1.2 Описание технологического процесса и технологической схемы установок

Химизм процесса абсорбционной очистки сырого газа от примесей Н₂S, СО₂

В основу процесса заложена способность физического компонента абсорбента (в данном процессе ДЭА, МДЭА) извлекать сероорганические примеси за счет физической растворимости и образования не стойких химических комплексов.

В абсорбере протекают следующие реакции:

Для ДЭА - R₂ NH где R - C₂H₄OH

R₂ NH + H₂S (R₂NH₂)₂ S (мгновенная)

(R₂NH₂)₂S + H₂S 2RNH₂HS (мгновенная)

2R₂NH + CO₂ R₂NCOOR₂NH₂ (быстрая)

СO₂ + H₂O H₂CO₃ (медленная)

2R₂NH + H₂CO₃ (R₂NH₂)₂CO₃ (быстрая)

(R₂NH₂)₂C0₃ + H₂CO₃ 2R₂NH₂HCO₃ (быстрая)

Для МДЭА R₂CH₃N

2R₂CH₃N + H₂S (R₂CH₃NH)₂S (мгновенная)

(R₂CH₃NH)₂S + H₂S 2R₂CH₃NHHS (мгновенная)

R₂CH₃N + CO₂ (прямой реакции нет)

CO₂ + H₂O H₂CO₃ (медленная)

2R₂CH₃N + H₂CO₃ (R₂CH₃NH)₃CO₃ (быстрая)

(R₂CH₃NH)₂CO₃ + H₂CO₃ 2R₂CH₃NHHCO₃ (быстрая)

Данные реакции поглощения обратимые, экзотермические и чувствительные к колебаниям температуры и давления. Реакции поглощения протекают с выделением тепла, обратимая реакция сопровождается поглощением тепла. Поглощение кислых компонентов повышается с увеличением давления и снижения температуры, нижний предел температуры абсорбции ограничивается вязкостью аминов. Абсорберы работают при повышенном давлении и пониженной температуре, а регенераторы - при низком давлении и повышенной температуре.

Из приведенных уравнений видно, что ДЭА, МДЭА реагируют с Н₂S одинаковым образом с образованием сульфида и гидросульфида амина, причем реакция классифицируется, как мгновенная; СО₂ могут реагировать с ДЭА с образованием карбоната диэтаноламмония R₂NHCOOR₂NH₂, а также карбоната (R₂NH₂)₂CO₃ и бикарбоната R₂NH₂HCO₃. Обе реакции классифицируются как быстрые, но образованию карбоната и бикарбоната предшествует медленная реакция растворения СО₂ в воде образованием угольной кислоты H₂CO₃.

Из структурной формулы

ДЭА ОН- СН_2-СН₂ - N -CH_{2 -} CH₂ - OH HМДЭА OH - CH₂- CH₂ - N -

- CH₂ - CH₂ - OH CH₃

видно, что у МДЭА отсутствует свободный водород в аминовой группе, поэтому прямая реакция СО₂ с образованием карбоната не протекает, а взаимодействие протекает через медленную стадию образования угольной кислоты, конечными продуктами является карбонат бикарбонат. Скорость реакции СО₂ с МДЭА примерно на два порядка меньше, чем с ДЭА.

В связи с этим, при использовании МДЭА можно достичь определенной избирательности извлечения Н₂S в присутствии СО₂, что позволяет в условиях переработки газа КГКМ получить кислые газы с соединениями Н₂S >50% при меньшем их объеме. (При ДЭА очистке содержание Н₂S40%). Сероокись углерода (COS) извлекается из газа после предварительного разрушения его гидролизом:

СOS + H₂O CO₂ + H₂S

Эта реакция идет при температурах более высоких, чем абсорбция. Для обеспечения условий разрушения сероокиси углерода предусмотрено повышение температуры в средней части абсорбера до - (75⁰90)⁰С.

Согласно признаку Ле-Шателье повышение температуры и понижение давления сдвигают вышеприведенные реакции влево - этим обусловлен выбор и реакции регенерации насыщенного амина.

Описание технологической схемы

Очистка производится двумя параллельными потоками на трех установках. Для удобства дано описание одной полулинии.

Процесс очистки осуществляется непрерывно в абсорбере колонного типа, оснащенном двадцатью пятью ситчатыми тарелками.

Приходящий с блока сепарации неочищенный сырьевой газ после подогрева в теплообменнике 372 Е01 до температуры не менее 20 ⁰С за счет тепла регенерированного амина подается на очистку в нижнюю часть абсорбера 372С01.

В абсорбере газ, проходя снизу вверх, контактирует с встречным потоком раствора амина, освобождается от кислых компонентов и выводится на блок осушки У-374.

Амин в абсорбер 372 С01 подается в две точки:

- на 15 тарелку с температурой -(75 90)⁰С

- на 25 тарелку с температурой -(35 50)⁰С.

Регенерированный амин подается из емкости хранения амина 372Т01 подпорными насосами 372Р01А,В,С на охлаждение в аэрохолодильники 372А02, где охлаждается до температуры -(7590)⁰С и поступает на прием насосов высокого давления 372Р02 А,С. Дополнительное охлаждение осуществляется в аэрохолодильниках 372А04, А05, установленных параллельно 372А02 и водяном холодильнике 372Е08А,В, установленном на выходе с 372А04,А05.

С нагнетания насосов 372P02А, С часть амина с температурой -(7590)⁰С и расходом до 260м³/ час подается на 15 тарелку абсорбера.

Другая часть охлаждается в аэрохолодильниках 372А03, в теплообменнике 372Е01 с температурой до 50⁰С и расходом до 240 м³/ час подается на 25 тарелку.

Для предотвращения возможного вспенивания раствора амина предусмотрена подача антивспенивателя. Из бака 372В05 раствор подается дозирующим насосом 372Р04 на прием насосов 372Р01А, В, С, в случае интенсивного вспенивания предусмотрена увеличенная подача антивспенивателя центробежным насосом 372Р05 на прием насосов 372Р02 А, С.

Стекая по тарелкам амин насыщается Н₂S и СО₂ собирается в кубе колонны и выводится в емкость расширения 372 В01. Емкость расширения (экспанзер) 372В01 работает под давлением 7 ати и служит для частичной дегазации насыщенного раствора амина.

Предусмотрена линия сброса газов расширения из 372В01 на факел низкого давления при пуске установки или повышенном давлении. На случай повышения давления в результате проскока газа из абсорберов емкость дегазации защищена разрывной мембраной RD02, рассчитанной на 20 ати со сбросом газа на факел ВД.

Газы расширения, состоящие из легких углеводородов и кислых газов, проходят колонну 372С05, очищаются амином от кислых компонентов и выводятся в топливную сеть завода. Колонна 372С05 оснащена 10 клапанными тарелками и расположена на емкости расширения 372В01. Амин подается на 10 тарелку после теплообменника 372Е01 с температурой до 50⁰С.

Регенерация амина от Н₂S и СО₂ производится в отпарной колонне 372С03. Колонна оснащена 33 клапанными тарелками.

Дегазированный от углеводородов амин из емкости 372В01 двумя потоками поступает в теплообменники 372Е02А, В, С, подогревается до 110⁰С за счет тепла регенерированного амина и подается на 20 тарелку десорбера 372С03.

Часть богатого амина (около 10% ) может подаваться по схеме с «холодным байпасом» минуя теплообменники 372Е02 А, В, С на 22 тарелку десорбера, что при нормальной работе теплообменников позволяет снизить расход тепла подводимого в рибойлера.

Насыщенный амин, поступающий в десорбер 372C03 стекает по тарелкам где из него выделяется сероводород и СО₂ за счет тепло- и массообмена с восходящим паровым потоком.

Окончательная регенерация амина осуществляется в выносных подогревателях типа рибойлер 372Е04 А1, А2. Амин со второй полуглухой тарелки десорберов сливается в межтрубное пространство рибойлеров 372Е04 А1, А2, подогревается паром низкого давления до -(120-128)⁰С и через перегородку поступает в кубовую часть десорберов.

Паровая фаза из рибойлера подается под вторую тарелку десорбера. Каждый рибойлер оснащен впрыскным конденсатоотборником.

Паровой поток, состоящий в основном из кислого газа и паров воды, проходит тарелки отпарной части десорбера, промывную 22 тарелку, полуглухую 23 тарелку и поступает в верхнюю часть десорбера, оснащенную десятью тарелками. Назначение верхней части - укрепление концентрации кислого газа за счет его охлаждения и конденсации основного количества водяных паров.

Охлаждение производится холодной циркуляционной водой при непосредственном контакте на тарелках. Из верхней части десорбера охлажденный до Т = (45-65)⁰С кислый газ с незначительным содержанием паров воды потоком поступает в заводской коллектор.

Кислая вода собирается на полуглухой тарелке №23 и самотеком сливается в емкость 372В02. Из емкости 372В02 кислая вода поступает на прием насосов 372Р03АВ. С нагнетания насосов 372P03А, В, часть воды подается на промывочную 22 тарелку десорбера.

Другая часть воды в количестве до 250 т/час на полулинию охлаждается в аэрохолодильниках 372А01 и подается на 33 тарелку десорбера для охлаждения кислого газа. Унос воды в виде паров с кислым газом восполняется подпиткой паровым конденсатом.

Регенерированный амин из кубовой части десорбера после охлаждения в теплообменниках 372Е02 А, В, С насыщенным амином до температуры +90⁰С поступает в емкость хранения 372T01.