Способ удаления кислотных газов из находящегося под давлением природного газа, загрязнённого соединениями кислотных газов, и получение извлеченных кислотных газов при повышенном уровне давления

012853 Изобретение касается способа удаления кислотных газов из находящегося под давлением природного газа, загрязненного сернистыми соединениями и различными соединениями кислотных газов. Может быть полезным для природного газа, что наряду с ценными компонентами, такими как метан и более высокие углеводороды, содержатся загрязнения, такие как сероводород, органические сернистые компоненты, как, например, меркаптан и оксидсульфид углерода, кроме того, также диоксид углерода и водяной пар в различных количествах, причем способ согласно изобретению применяется предпочтительно для природного газа с высоким содержанием сероводорода. Как правило, необходимо содержащиеся в сыром природном газе сернистые компоненты для дальнейшего технического использования извлекать из газа до содержания в ppm. Извлечение сероводорода,меркаптанов, диоксида углерода и прочих составных частей кислотного газа из технических газов происходит, в общем, посредством химически действующего поглотителя, как, например, раствора амина,раствора соли щелочного металла и т.д., или физически действующего поглотителя, как, например, селексол, пропиленкарбонат, Н-метилпирролидон, морфисорб, метанол и прочие, в циклических системах,причем физически действующий поглотитель в отличие от химически действующих моющих средств также в состоянии извлекать органические сернистые компоненты. Содержащийся в газе диоксид углерода при этом извлекается в зависимости от поставленной цели и задачи или полностью, частично или также как можно меньше. Соответствующая технология по уровню техники описана, например, вDE 19753903 С 2. Обычно поступающий от регенерации поглотителя кислотный газ дополнительно перерабатывается в установке Клауса для извлечения серы. Наряду с инвестиционными расходами для непосредственного извлечения серы из газов должны быть инвестиционные расходы на установку Клауса в общих инвестиционных расходах. Экологические нормы остаточной концентрации компонентов серы в отходящем газе установки Клауса требуют дополнительного извлечения серы из отходящих газов установки Клауса посредством так называемой установки обработки остаточного газа, так что общие инвестиционные расходы дополнительно отчетливо повышаются. Из-за всеобщего избыточного предложения элементарной серы, которая снова большей частью получается при извлечении серы из газов, которые содержат сероводород, едва ли дает возможность за счет полученной серы достигать существенной выручки, которая могла бы внести вклад в амортизацию инвестиций. Поэтому в качестве альтернативы получения элементарной серы все чаще учитывается повторное впрыскивание и накопление в газовых полостях кислотных газов, освобождающихся при регенерации поглотителя. При этом кислотные газы посредством дорогостоящих газокомпрессионных машин сжимаются при давлении, которое позволяет перемещать кислотные газы в предусмотренный для этого подземный накопитель газа, например выработанное месторождение природного газа. Необходимые для повторного впрыскивания значения конечного давления являются, как правило, выше, чем давление, при котором удаляют сернистые компоненты. Для таких целей было бы особенно предпочтительно, если скапливающиеся при регенерации кислотные газы скапливались бы при, по возможности, высоком уровне давления, то тогда как значительные инвестиционные расходы за счет отсутствия или уменьшения количества компрессионных машин,так и значительные производственные затраты для сжатия кислотных газов могли бы быть сэкономлены. В соответствии с традиционным уровнем техники для абсорбции сероводорода, меркаптанов, диоксида углерода и прочих составных частей кислотных газов из природного газа и для подготовки концентрированных кислотных газов для повторного впрыскивания в месторождение полезного ископаемого, тем не менее, применяются или химические, или физические способы абсорбции. В обоих способах происходит регенерация поглотителя при несколько повышенном давлении от 0,1 до 1 бар. При этом незначительном рабочем давлении также высвобождается соответствующий кислотный газ. Задачей изобретения является разработка способа, который одинаковым образом подходит для очистки загрязненного природного газа и подготовки кислотного газа под повышенным давлением, и кислотный газ подготавливается так, что он может быть впрыснут в выработанное или разработанное месторождение. Согласно изобретению задача решается благодаря тому, что предназначенный для удаления серы природный газ, прежде всего, направляется на стадию абсорбции кислотных газов, где сернистые компоненты, а также при необходимости дополнительные компоненты абсорбируются посредством физически действующего раствора,абсорбат нагревается,абсорбат подается на стадию мгновенного испарения высокого давления, где разделяется имеющаяся смесь из обедненного кислотным газом поглотителя и десорбированного кислотного газа,десорбированный кислотный газ охлаждается, и испаряющийся поглотитель из потока кислотного газа конденсируется,обедненный кислотным газом поглотитель со стадии мгновенного испарения высокого давления на стадии отгонки легких фракций посредством отгоняемого газа освобождается от остатков кислотных газов,на стадии мгновенного испарения высокого давления установка давления происходит до давления,-1 012853 при котором десорбированный кислотный газ может быть сконденсирован посредством охлаждающей воды или охлаждающего воздуха,полученный поглотитель охлаждается и при циркуляции возвращается на стадию абсорбции кислотного газа. При этом давление на стадии мгновенного испарения высокого давления должно быть установлено между 10 и 100 бар, предпочтительно от 30 до 70 бар. Установка давления на стадии мгновенного испарения высокого давления происходит при этом таким образом, что десорбированный кислотный газ в области температур от 20 до 80C или еще лучше от 40 до 60C является преобладающе жидким, вместе с тем легко конденсируется. Поскольку метеорологические условия в месте расположения установки требуют различных температур охлаждающих средств, эти температуры являются определяющими. Таким образом, возможно посредством охлаждения воздухом или охлаждающей жидкостью сконденсировать кислотный газ и проводить повторное впрыскивание благоприятным образом посредством насосов,вместо того, чтобы, как обычно, использовать дорогостоящие компрессоры, что является преимуществом изобретения. В варианте осуществления способа полученный, нагруженный отгоняемый газ охлаждается и направляется на стадию абсорбции кислотного газа. Такая последовательность действий рекомендуется в особенности, если в качестве отгоняемого газа используется или очищенный загружаемый газ, или природный газ. Посредством возвращения, с одной стороны, избегают утечки природного газа, с другой стороны, при использовании природного газа не нужно подготавливать инородный газ. В варианте осуществления способа согласно изобретению выходящий со стадии абсорбции кислотного газа абсорбат перед его нагревом подается на рециркулирующую стадию мгновенного испарения, на которой происходит частичное понижение давления, и имеющаяся смесь абсорбата и десорбированного газа разделяется, и полученный на рециркулирующей стадии мгновенного испарения десорбированный газ повторно сжимается и возвращается на стадию абсорбции кислотного газа. Специалист предусматривает всегда такую рециркулирующую стадию мгновенного испарения, если используемый поглотитель действует не достаточно селективно относительно кислотного газа, а также теряются ценные компоненты природного газа. Эти ценные компоненты природного газа десорбируются большей частью на стадии мгновенного испарения и могут без проблем возвращаться на стадию абсорбции кислотного газа. Например, частичное понижение давления происходит на рециркулирующей стадии мгновенного испарения посредством приспособления для регенерации механической работы, в особенности при применении турбодетандеров или насосов обратного хода, соответствующих обычному уровню техники. В дополнительном варианте осуществления способа согласно изобретению содержащийся в десорбированном кислотном газе и сконденсированный поглотитель добавляется к абсорбату перед нагревом. В дополнительных вариантах осуществления способа согласно изобретению давление направленного на нагрев абсорбата поднимается до давления, которое, по меньшей мере, выше, чем давление на рециркулирующей стадии мгновенного испарения, если таковая предусматривается. Благоприятно выбирать давление на стадии мгновенного испарения высокого давления таким высоким, как возможно с технической точки зрения, так, чтобы давление, как правило, было выше, чем на рециркулирующей стадии мгновенного испарения, если таковая предусматривается, так как это является преимуществом для дальнейшего повторного впрыскивания кислотного газа. Еще благоприятнее, когда общий уровень давления может быть поднят так высоко, что всегда выше давления на стадии абсорбции кислотного газа, так как тогда возвращающийся поток газа больше не должен сжиматься. В дополнительных вариантах осуществления способа согласно изобретению альтернативно нагруженный отгоняемый газ и газ, полученный с рециркулирующей стадии мгновенного испарения, если предусмотрено, объединяются, и тогда только одной компрессионной машиной снова сжимаются и вместе направляются на стадию абсорбции кислотного газа, или направляемый на загрузку отгоняемый газ доводится до давления выше давления абсорбции кислотного газа, нагруженный отгоняемый газ и газ,полученный с рециркулирующей стадии мгновенного испарения, объединяются и вместе направляются в абсорбцию кислотного газа. Предпочтительно ввод на стадию абсорбции кислотного газа происходит при вводе загружаемого газа. В одном дополнительном варианте осуществления способа согласно изобретению стадия мгновенного испарения высокого давления выполнена в виде каскада нескольких расположенных друг за другом резервуаров мгновенного испарения с предшествующим частичным понижением давления и повторным сжатием кислотных газов, полученных в каждом случае из последующих резервуаров мгновенного испарения, до давления первого резервуара мгновенного испарения. При этом большая часть кислотных газов в первом из этих резервуаров мгновенного испарения освобождается. Изобретение далее подробно поясняется схемой способа на чертеже: на чертеже изображен способ согласно изобретению, состоящий из стадии абсорбции кислотного газа, двух стадий мгновенного испарения, одной стадии отгонки газа, а также управление согласно способу существенными потоками, при-2 012853 чем способ согласно изобретению не ограничивается этим примерным вариантом осуществления. Сырой природный газ 1, прежде всего, направляется в область куба стадии абсорбции кислотного газа, выполненной в виде абсорбционной колонны 2, причем содержащиеся в газе компоненты кислотного газа удаляются противотоком посредством регенерированного абсорбента 3, поданного в верхнюю часть абсорбционной колонны 2. Очищенный газовый продукт 4 отводится из верхней части абсорбционной колонны. Собранный в кубе абсорбционной колонны 2, нагруженный кислотными газами поглотитель 5 посредством турбодетандера 6 разгружается в резервуар мгновенного испарения 7. Освобожденные посредством понижения давления газы мгновенного испарения 8 содержат большую часть углеводородов, абсорбированных при абсорбции из сырого природного газа 1 в рециркулирующем газовом потоке 1. Они рециркулируют снова в абсорбционную колонну 2 посредством рециркулирующего компрессора 10. Выходящий из резервуара мгновенного испарения 7, нагруженный, главным образом, еще только компонентами кислотного газа абсорбционный раствор 11 посредством насоса 12 доводится до давления,которое дает возможность сконденсировать освобожденный на стадии мгновенного испарения высокого давления кислотный газ посредством охлаждающей воды или в охлаждающем воздухе. После теплообмена с горячим, наступающим с десорбционной колонны высокого давления 13 регенерированным абсорбционным раствором 14 в теплообменнике 15 и дополнительного подогрева посредством подогревателя 16 потоком теплоносителя 17 нагруженный раствор 18 мгновенно испаряется в резервуар мгновенного испарения высокого давления 19. При этом большая часть удаленных в абсорбционном растворе кислотных газов 20 высвобождается через верхнюю часть. Посредством нагруженного охлаждающей средой 21 охладителя 22 содержащийся в кислотном газе поглотитель конденсируется, и конденсат 23 направляется снова в рецикл. Фракция 24 кислотного газа в конденсаторе 25 кислотного газа тогда посредством охлаждающей воды 26 охлаждается далее и тем самым сжижается. Сжиженный кислотный газ 27 посредством насоса 29 доводится до необходимого для повторного впрыскивания давления и в виде потока повторного впрыскивания направляется в место захоронения. Чтобы еще удалить оставшиеся компоненты кислотного газа, оставшийся в резервуаре мгновенного испарения высокого давления 19 поток поглотителя 30 еще удерживается, этот поток направляется в верхнюю часть десорбционной колонны 13 высокого давления. В десорбционной колонне 13 высокого давления поднимающийся вверх обогащенный раствор противотоком посредством свободного от серы или обедненного серой природного газа 31, который в виде частичного потока отводится из очищенного газового продукта 4, освобождается от еще содержащихся в потоке поглотителя 30 остаточных компонентов кислотного газа, в особенности также от сернистых компонентов, причем содержащиеся в десорбционной колонне высокого давления 13 элементы массообмена, как, например, клапанные тарелки,насадка или структурированная насадка, служат для необходимой массопередачи. Из верхней части десорбционной колонны высокого давления 13 извлекается концентрированная фракция кислотного газа 32. Поступающая в верхнюю часть десорбционной колонны высокого давления 13 концентрированная фракция кислотного газа 32 для регенерации поглотителя охлаждается еще с помощью одного охладителя 33 посредством охлаждающей среды 34, например охлаждающей воды или охлаждающего воздуха, и покидает охладитель как поток кислотного газа 35. Повторно использованный поглотитель 36 направляется вместе с нагруженным поглотителем 11 по стороне всасывания насоса 12. Поток кислотного газа 35 посредством нагруженного охлаждающей средой 37 охладителя 38 дополнительно охлаждается и сжимается в конденсаторе 40 как охлажденный кислотный газ 39, пока он вместе с рециркулирующим газовым потоком 9 снова возвращается в абсорбционную колонну 2 в виде обратного потока 41. Полностью регенерированный абсорбционный раствор 14 после теплообмена в теплообменнике 15 и охлаждения в охладителе 42, который посредством охлаждающей среды или среды хладагента 43 охлаждает регенерированный абсорбционный раствор до желаемой температуры поглотителя для абсорбции требуемой спецификации содержащихся в сыром природном газе 1 компонентов кислотного газа, направляется в верхнюю часть абсорбционной колонны 2. Табл. 1 показывает далее рассчитанный пример, номера потоков соответствуют извлечению из потока 31 на чертеже. Поток 31 в вычисленном примере является внешним подводимым, чистым потоком метана. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ удаления кислотного газа из находящегося под давления природного газа, загрязненного сернистыми соединениями и другими соединениями кислотного газа, причем предназначенный для удаления серы природный газ, прежде всего, направляется на стадию абсорбции кислотных газов, где сернистые компоненты, а также при необходимости дополнительные компоненты абсорбируются посредством физически действующего раствора,абсорбат нагревается,абсорбат подается на стадию мгновенного испарения высокого давления, где смесь из обедненного кислотным газом поглотителя и десорбированного кислотного газа разделяется,десорбированный кислотный газ охлаждается, и испарившийся поглотитель из потока кислотного газа конденсируется,обедненный кислотным газом поглотитель со стадии мгновенного испарения высокого давления на стадии отгонки легких фракций посредством отгоняемого газа освобождается от остатков кислотного газа и полученный поглотитель охлаждается и в рецикле возвращается на стадию абсорбции кислотного газа,отличающийся тем, что-5 012853 на стадии мгновенного испарения высокого давления установка давления происходит на давление,при котором десорбированный кислотный газ может быть сконденсирован посредством охлаждающей воды или охлаждающего воздуха, причм давление на стадии мгновенного испарения составляет от 10 до 100 бар и давление регулируют так, чтобы десорбированный кислотный газ извлекался в жидком виде при температуре от 20 до 80C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный, нагруженный отгоняемый газ охлаждается и направляется на стадию абсорбции кислотного газа. 3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве отгоняемого газа используется или очищенный загружаемый газ, или очищенный от серы природный газ. 4. Способ по одному из пп.2 или 3, отличающийся тем, что ввод на стадию абсорбции кислотного газа происходит при вводе загружаемого газа. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что содержащийся в десорбированном кислотном газе поглотитель конденсируется и смешивается с абсорбатом перед нагревом. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что давление направленного на нагрев абсорбата поднимается до значения, которое выше давления на стадии абсорбции кислотного газа. 7. Способ по одному из пп.2-6, отличающийся тем, что подаваемый для загрузки отгоняемый газ доводится до давления выше значения абсорбции кислотного газа и направляется на абсорбцию кислотного газа. 8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что выходящий со стадии абсорбции кислотного газа абсорбат перед его нагревом подается на рециркулирующую стадию мгновенного испарения, на которой происходит частичное понижение давления, и имеющаяся смесь из абсорбата и десорбированного газа разделяется, и полученный на рециркулирующей стадии мгновенного испарения десорбированный газ снова сжимается и возвращается на стадию абсорбции кислотного газа. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что давление направленного на нагрев абсорбата поднимается до давления, которое выше давления на рециркулирующей стадии мгновенного испарения. 10. Способ по одному из пп.8 или 9, отличающийся тем, что давление на стадии мгновенного испарения высокого давления выше, чем давление на рециркулирующей стадии мгновенного испарения. 11. Способ по одному из пп.8-10, отличающийся тем, что нагруженный отгоняемый газ и газ, полученный с рециркулирующей стадии мгновенного испарения, объединяются, снова сжимаются и вместе направляются на стадию абсорбции кислотного газа. 12. Способ по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что стадия мгновенного испарения высокого давления выполнена в виде каскада нескольких расположенных друг за другом резервуаров мгновенного испарения с предшествующим частичным понижением давления и обратного сжатия кислотных газов,полученных в каждом случае из последующих резервуаров мгновенного испарения, до давления первого резервуара мгновенного испарения каскада.