CS258326B1

CS258326B1 - A method for separating hydrocarbons from acid gases and apparatus for carrying out the process

Info

Publication number: CS258326B1
Application number: CS864930A
Authority: CS
Inventors: Ludek Vins
Original assignee: Ludek Vins
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS493086A1

Abstract

Řešení se týká způsobu oddělování uhlovodíků z kyselých plynů rektifikací za tlaku nad 0,4 MPa a zařízení k provádění tohoto způsobu. Podstata způsobu spočívá v tom, že se úplná tepelná regenerace metanolu provádí za tlaku o 0,001 MPa až 0,05 MPa vyšším než je tlak při rektifikaci kyselých plynů, potom se kyselé plyny a uhlovodíky po ochlazení na teplotu -20° až -40 °C a do odloučení metanolu zavedou do· rektifikačního dělení. Plyny se chladí v hlavě kolony amoniakem, vroucím za teploty -40 °C až -50 °C a uhlovodíky v patě kolony ae ohřívají amoniakem o tlaku Q,6,MPa a vyěším. Podstata zařízení k provedení způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že do potrubí spojujícího.spodní část koncentrační kolony se středem desorpční kolony je vloženo Éerpadlo, a výstup chladiče kyselých plynů je spojen se středem rektifikační kolony.The solution relates to a method of separating hydrocarbons from acid gases by rectification at a pressure above 0.4 MPa and a device for carrying out this method. The essence of the method lies in the fact that the complete thermal regeneration of methanol is carried out at a pressure of 0.001 MPa to 0.05 MPa higher than the pressure during rectification of acid gases, then the acid gases and hydrocarbons, after cooling to a temperature of -20° to -40 °C and until the methanol is separated, are introduced into the rectification separation. The gases are cooled in the head of the column with ammonia boiling at a temperature of -40 °C to -50 °C and the hydrocarbons in the bottom of the column are heated with ammonia at a pressure of Q.6.MPa and higher. The essence of the device for carrying out the method according to the invention consists in that a pump is inserted into the pipe connecting the lower part of the concentration column with the center of the desorption column, and the outlet of the acid gas cooler is connected to the center of the rectification column.

Description

Vynález se týká způsobu oddělováni uhlovodíků a vyšších z kyselých plynů obsahujících H^S a C0-, které se uvolnují z metanolu při jeho úplné tepelné regenerací.The invention relates to a method for separating hydrocarbons and higher hydrocarbons from acid gases containing H2S and CO2, which are released from methanol during its complete thermal regeneration.

Při praní plynu studeným metanolem se v prvním stupni z plynu odstraňuje sirovodík. Současně se sirovodíkem se v metanolu absorbuje též Část C0₂, uhlovodíky a další plyny. Máli se sirovodík takto získaný přeměnit na síru Clausovým způsobem, musí se sirovodík v metanolu zkoncentrovat. Při koncentraci se z metanolu uvolni značná část C0₂ a též pohlcené plyny s menším absorpčním koeficientem než má C0₂· Po následující úplné tepelné regenerací za mírného přetlaku se z metanolu oddělí kyselé plyny obsahující i velké množství uhlovodíků Cj a vyšších. S ohledem na kvalitu vyráběné síry je ' třeba co nejvíce snížit obsah uhlovodíků v kyselých plynech. Jedna z možností je praní kyselých plynů některým z aminů. Nevýhoda, tohoto způsobu spočívá v tom, že se absorbuji kyselé plyny, které se při desorpci.vypuzuji. Uhlovodíky se absorpce nezúčastní. Vzhledem k tomu, že kyselých plynů je dokonce víc než uhlovodíků, je toto absorpční čištěni velmi náročné na spotřebu páry při desorpci. Nabízí se druhá možnost, a sice rektifikační rozděleni na kyselé plyny bez uhlovodíků a na uhlovodíky. Pro rektifikační rozděleni se musí tlak surových kyselých plynů zvýšit asi na 0,5 MPa, což je energeticky náročné. Nevýhody současného stavu odstraňuje způsob dle vynálezu.When washing gas with cold methanol, hydrogen sulfide is removed from the gas in the first stage. At the same time as hydrogen sulfide, part of C0 ₂ , hydrocarbons and other gases are also absorbed in methanol. If the hydrogen sulfide thus obtained is to be converted into sulfur by the Claus process, the hydrogen sulfide in methanol must be concentrated. During concentration, a significant part of C0 ₂ is released from the methanol, as well as absorbed gases with a smaller absorption coefficient than that of C0 _2. After the following complete thermal regeneration under slight excess pressure, acid gases containing a large amount of hydrocarbons of C1 and higher are separated from the methanol. With regard to the quality of the sulfur produced, it is necessary to reduce the hydrocarbon content in acid gases as much as possible. One option is to wash acid gases with some of the amines. The disadvantage of this method is that acid gases are absorbed, which are expelled during desorption. Hydrocarbons do not participate in the absorption. Since there are even more acid gases than hydrocarbons, this absorption purification is very demanding in terms of steam consumption during desorption. A second option is offered, namely rectification separation into acid gases without hydrocarbons and into hydrocarbons. For rectification separation, the pressure of the raw acid gases must be increased to about 0.5 MPa, which is energy-intensive. The disadvantages of the current state of the art are eliminated by the method according to the invention.

Podstata způsobu oddělováni uhlovodíků z kyselých plynů rektifikaci za tlaku nad 0,4 MPa spočívá v tom, že se úplná tepelná regenerace metanolu provádí za tlaku o 0,001 MPa ažThe essence of the method of separating hydrocarbons from acid gases by rectification at a pressure above 0.4 MPa is that the complete thermal regeneration of methanol is carried out at a pressure of 0.001 MPa to

0,05 MPa vyšším než je tlak při rektifikaci kyselých plynů, načež se kyselé plyny s uhlovodíky po ochlazení na teplotu0.05 MPa higher than the pressure during acid gas rectification, after which the acid gases with hydrocarbons are cooled to a temperature

-20 °C až -40 °c a po odloučeni metanolu zavedou do rektifikačnihó děleni. Podstata způsobu oddělováni uhlovodíků z kyše lých plynů rektifikaci spočívá dále v tom, že se plyny chladl v hlavě kolony amoniakem vroucím za teploty -40 °C až -50 °C a uhlovodíky v patě kolony se ohřívají amoniakem o tlaku 0,6 MPa a vyšším.-20 °C to -40 °C and after methanol separation they are introduced into the rectification separation. The essence of the method of separating hydrocarbons from acid gases by rectification further consists in the fact that the gases are cooled in the head of the column with ammonia boiling at a temperature of -40 °C to -50 °C and the hydrocarbons in the bottom of the column are heated with ammonia at a pressure of 0.6 MPa and higher.

Zařízeni k prováděni způsobu podle vynáte2u sestává z ko Ion, vařáků, kondenzátorú, výměníků tepla, čerpadel, potrubí a armatur, a jeho podstata spočívá v tom, že do potrubí spojů jici spodní část koncentrační kolony se středem desorpčni kolony je vloženo čerpadlo, a dále, že výstup chladiče kyselých plynů je spojen se středem rektifikačnl kolony.The device for carrying out the method according to the invention consists of a column, reboilers, condensers, heat exchangers, pumps, pipes and fittings, and its essence lies in the fact that a pump is inserted into the pipe connecting the lower part of the concentration column with the center of the desorption column, and further that the outlet of the acid gas cooler is connected to the center of the rectification column.

Způsob a 2ařizeni k oddělováni uhlovodíků z kyselých plynů má proti současnému stavu řadu výhod: Na zvýšeni tlaku kyselých plynů se spotřebuje jen velmi malé množství energie, protože se stlačuji pohlcené v metanolu, p?1čemž desorpce pohlcených plynů z metanolu probíhá za tlaku, kde k ohřevu vařáku postačí nízkotlaká pára, běžně používaná pro. regeneraci metanolu. Pro chlazeni kondenzátorú postačí amoniak vroucí při stejné teplotě jako amoniak ochlazující metanol při absorpci, takže neni zapotřebi žádna samostatné zařízeni. Oddělené uhlovodíky jsou k dispozici v kapalné formě, -takže se daji skladovat jako kapalina a stlačovat čerpadlem na vyšší tlak při malé spotřebě energie. Zařízeni je velmi jednoduché a jednoduše regulovatelné.The method and apparatus for separating hydrocarbons from acid gases has a number of advantages over the current state of the art: Only a very small amount of energy is consumed to increase the pressure of the acid gases, since they are compressed by being absorbed in methanol, while the desorption of the absorbed gases from methanol takes place at a pressure where low-pressure steam, commonly used for methanol regeneration, is sufficient to heat the reboiler. Ammonia boiling at the same temperature as ammonia cooling the methanol during absorption is sufficient to cool the condensers, so that no separate apparatus is required. The separated hydrocarbons are available in liquid form, so that they can be stored as a liquid and compressed by a pump to a higher pressure with little energy consumption. The apparatus is very simple and easily controllable.

Provedeni způsobu a zařízeni na oddělováni uhlovodíků z kyselých plynů je schematicky znázorněno na přiloženém obrázku.The implementation of the method and device for separating hydrocarbons from acid gases is schematically illustrated in the attached figure.

Na obrázku značí 1* koncentrační kolonu s přívodem 2 metanolu s pohlceným sirovodíkem, s přívodem 3 metanolu be2 sirovodíku, s odtahem 4 uvolněných plynů a s odtahem £ částečně desorbovaného metanolu, dále č> čerpadlo, 2 výměník tepla, 8 desorpčni kolonu s vařákem 9, kondenzátorem 10, sběračem 11 kondenzátu,chladičem 12 odplynů, čerpadlem 13 a čerpadlem 14, a dále 15 rektifikačnl kolonu s vařákem 16, kondenzátorem 17 včetně odlučovače 18, s přívodem 19 odplynů.In the figure, 1* denotes a concentration column with a feed 2 of methanol with absorbed hydrogen sulfide, with a feed 3 of methanol without hydrogen sulfide, with a discharge 4 of released gases and with a discharge £ of partially desorbed methanol, further č> a pump, 2 a heat exchanger, 8 a desorption column with a reboiler 9, a condenser 10, a condensate collector 11, a waste gas cooler 12, a pump 13 and a pump 14, and further 15 a rectification column with a reboiler 16, a condenser 17 including a separator 18, with a feed 19 of waste gases.

odtahem 20 kyselých plynů, odtahem 21 kapalných uhlovodíků, přívodem 22 kapalného amoniaku, odtahem 23 plynného amoniaku, přívodem 24 a odtahem 25 kapalného amoniaku.by the acid gas outlet 20, by the liquid hydrocarbon outlet 21, by the liquid ammonia inlet 22, by the gaseous ammonia outlet 23, by the liquid ammonia inlet 24 and outlet 25.

Příklad» 'Example» '

Metanol s pohlceným sirovodíkem, C0₂ a dalšími plyny vstupuje o tlaku 0,15 MPa a teplotě -60 °C přívodem 2. do koncentrační kolony 1_, kde se na stěnách trubek této kolony ohří vá na teplotu -8 °C. Přitom se ž metanolu uvolňuji plyny o.bsa hujici přednostně C0₂, které stoupaji vzhůru proti proudu kapaliny. Výměnou tepla a hmoty mezi stékající kapalinou a stou pajicimi plyny dochází ke koncentraci sirovodíku v metanolu, ale též ke koncentraci propanu a vyšších uhlovodíků. Takto uvolněné plyny se propiraji metanolem obsahujícím C0₂, avšak bez sirovodíku za účelem odstraněni sirovodíku. Metanol bez sirovodíku vstupuje do koncentrační kolony 1^ přívodem 3. Uvol něné plyny zbavené sirovodíku odcházejí odtahem 4. Metanol částečně desorbovaný s koncentrovaným sirovodíkem odchází odtahem _5 a stlačuje se čerpadlem 6. na tlak 0,51 MPa,' načež po ohřáti ve výměníku 7 tepla vstupuje metanol do desorpčni kolo ny 8., kde se ohřevem ňa teplotu 113 °C z metanolu vypudí všechny pohlcené plyny a současně se odpaří část metanolu. Pá ry metanolu s uvolněnými plyny, vystupující z hlavy desorpčni kolony 8 se zkondenzuji v kondenzátoru 10. Plyny od kondenzátu se oddělí ve sběrači 11. Uvolněné kyselé plyny s uhlovodíky se ochladí v chladiči 12 na teplotu -25 °C, přičemž zkondenzuje většina par metanolu obsažených v těchto plynech. Zkondenzovaný metanol se dopravuje ze'sběrače 11 čerpadlem 13 ňa hlavu desorpčni kolony 8·.Methanol with absorbed hydrogen sulfide, C0 ₂ and other gases enters the concentration column 1 at a pressure of 0.15 MPa and a temperature of -60 °C through inlet 2, where it is heated to a temperature of -8 °C on the walls of the tubes of this column. In this process, gases containing primarily C0 ₂ are released from the methanol, which rise upward against the flow of the liquid. The exchange of heat and mass between the flowing liquid and the rising gases leads to the concentration of hydrogen sulfide in the methanol, but also to the concentration of propane and higher hydrocarbons. The gases released in this way are scrubbed with methanol containing C0 ₂ but without hydrogen sulfide in order to remove hydrogen sulfide. Methanol without hydrogen sulfide enters the concentration column 1 through inlet 3. The released gases freed from hydrogen sulfide leave through outlet 4. Methanol partially desorbed with concentrated hydrogen sulfide leaves through outlet 5 and is compressed by pump 6 to a pressure of 0.51 MPa, after which, after heating in heat exchanger 7, methanol enters desorption column 8, where all absorbed gases are expelled from methanol by heating to a temperature of 113 °C and at the same time part of methanol evaporates. Methanol vapors with released gases, emerging from the head of desorption column 8, are condensed in condenser 10. Gases from condensate are separated in collector 11. Released acid gases with hydrocarbons are cooled in cooler 12 to a temperature of -25 °C, whereby most of the methanol vapors contained in these gases condense. The condensed methanol is transported from the collector 11 by pump 13 to the head of the desorption column 8.

Odplyny z regenerace metanolu, tj. kyselé plyny s uhlovo díky se zaváději přívodem 19 do rektifikačni kolony 15, kde se za tlaku 0,5 MPa rozdělí na kyselé plyny bez uhlovodíků, které odcházejí odtahem 20, a na kapalné uhlovodíky, které od cházeji odtahem 21.. Hlava kolony se chladl amoniakem vroucím při teptotě -45 °C v kondenzátoru 17 s odlučovačem 18. Kapalný amoniak se přivádí do odlučovače 18 přívodem 22 opatřeným škrticím ventilem. Plynný amoniak se z odlučovače 18 odvádí odtahem £3. Vařák 16 rektifíkačni kolony 15 je ohříván tlakovým kapalným amoniakem přiváděným přívddem 24 a odváděným odtahem 25.The off-gases from methanol regeneration, i.e. acid gases with carbon content, are introduced through inlet 19 into the rectification column 15, where they are separated at a pressure of 0.5 MPa into acid gases without hydrocarbons, which leave through outlet 20, and into liquid hydrocarbons, which leave through outlet 21. The head of the column is cooled with ammonia boiling at a temperature of -45 °C in a condenser 17 with a separator 18. Liquid ammonia is fed into the separator 18 through inlet 22 equipped with a throttle valve. Gaseous ammonia is removed from the separator 18 through outlet £3. The boiler 16 of the rectification column 15 is heated by pressurized liquid ammonia supplied through inlet 24 and removed through outlet 25.

Zřegenerováný metanol ze.spodku desorpčni kolony 8 se dopravuje čerpadlem 14 přes výměník tepla 7a mezitrubkový prostor koncentrační kolony £, ochlazený na teplotu na praní plynu·The regenerated methanol from the bottom of the desorption column 8 is transported by pump 14 through the heat exchanger 7a and the intertube space of the concentration column £, cooled to the gas scrubbing temperature.

Celková materiálová bilance oddělováni uhlovodíků z kyselých plynů je v následující tabulce, kde čísla proudů se shodují se vstupními a výstupními potrubími.The overall material balance for the separation of hydrocarbons from sour gases is shown in the following table, where the stream numbers correspond to the inlet and outlet pipelines.

3_4 5 - 1920213_4 5 - 192021

^H2 ^H 2 0,0018 0.0018 0,0079 0.0079 0,0044 0.0044 • • -.—. -.—. CO WHAT 0,0002 0.0002 0,0000 0.0000 0,0002 0.0002 ^N2 ^N 2 0,0001 0.0001 0,0009 0.0009 0,0004 0.0004 / / h₂s h ₂ s 3,9390 3.9390 0,0000 0.0000 5 ppM 5 ppm 27,06 27.06 27,06 27.06 0/97 0/97 34,72 34.72 co₂ what ₂ 92,3720 92.3720 98,5945 98.5945 99,241 99,241 49,69 49.69 49,69 49.69 0,00 0.00 64,29 64.29 CH₄ CH ₄ 0,0546 0.0546 0,0391 0.0391 0,025 0.025 0,28 0.28 0,28 0.28 1,23 1.23 0,00 0.00 ^C2^H6 ^C2H6 0/2534 0/2534 1,2339 1.2339 0/548 0/548 1,03 1.03 1/03 1/03 1,30 . 1.30 . ^C3+ ^C 3+ 3,3789 3.3789 0,1237 0.1237 0/181 0/181 21,94 21.94 21/94 21/94 96,50 96.50 0,99 0.99 Σ Σ 100,0000 100.0000 100,0000 100.0000 100/000C 100/000C 100,00 100.00 100/00 100/00 100,00 100.00 100,00 100.00 kmol/h kmol/h 1254,165 1254,165 667 667 1738/6 1738/6 182,565 182,565 182/565 182/565 41,451 41,451 141,114 141,114 CHjOH kmol/h CHjOH kmol/h 4229,18 4229.18 2537 2537 0,18 0.18 6766 6766 0 0 ΛΤ 0 ΛΤ 0 «0 «0 °C °C —60 —60 -62 -62 -60,5 -60.5 -8 -8 -25 -25 -40 -40 2 2 MPa MPa 0,15 0.15 0,15 0.15 0,15 0.15 0,17 0.17 0/5 0/5 0,5 0.5 0,5 0.5

Claims

Process for separating hydrocarbons from acid gases by rectification at a pressure above 0.4 MPa, characterized in that the complete thermal regeneration of methanol is carried out at a pressure of 0.001 MPa to 0.05 MPa higher than the pressure at rectification of acidic gases, the acid gases with hydrocarbons, after cooling to -20 ° C to -40 ° C and after the methanol has been separated off, are introduced into a fictitious separation.

2. The process of claim 1, wherein the gases are cooled in the top of the column by ammonia boiling at -40 [deg.] To -50 [deg.] C and the hydrocarbons at the bottom of the column are heated with ammonia at a pressure of 0.6 MPa or higher.

3. Apparatus for carrying out the method according to Claims 1 and 2, comprising columns, digesters, condensers, heat exchangers, pumps, pipes and fittings, characterized in that in a pipe (5) connecting the bottom of the concentration column (1) to the center of the desorption column 78), a pump (6) is inserted, and further that the outlet of the acid gas cooler (12) is connected to the center of the rectification column (15).