Способ получения газового потока, обедненного меркаптанами
Номер патента: 14385
Опубликовано: 29.10.2010
Авторы: Карлссон Андерс, Раджани Джаянтилал Багванджи, Ласт Тейме
Формула / Реферат
1. Способ получения газового потока, обедненного меркаптанами, из потока газового сырья, содержащего природный газ, меркаптаны и в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.% в расчете на общий поток газового сырья ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, включает следующие стадии:
(a) введение в контакт в зоне удаления ароматических соединений потока газового сырья с абсорбирующей жидкостью, содержащей физический растворитель, чтобы получить насыщенную абсорбирующую жидкость, содержащую ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, и газового потока, обедненного этими ароматическими соединениями;
(b) введение в контакт в зоне удаления меркаптанов газового потока, полученного на стадии (а), с твердым адсорбентом, чтобы получить твердый адсорбент, насыщенный меркаптанами, и газового потока, обедненного меркаптанами.
2. Способ по п.1, в котором твердый адсорбент содержит цеолит.
3. Способ по п.2, в котором цеолит имеет среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8Å.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором абсорбирующая жидкость дополнительно содержит один или несколько растворителей, выбранных из группы, состоящей из моноэтаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА), триэтаноламина (ТЭА), диизопропаноламина (ДИПА) и метилдиэтаноламина (МДЭА).
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором физический растворитель содержит одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из сульфолана, амидов алифатических кислот, N-метилпирролидона, N-алкилированных пирролидонов и соответствующих пиперидонов, метанола, этанола и диалкиловых эфиров полиэтиленгликолей.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором абсорбирующая жидкость дополнительно содержит воду.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором абсорбирующая жидкость содержит сульфолан, вторичный или третичный амин, предпочтительно соединения из класса аминов, производных этаноламина, более конкретно ДИПА, ДЭА, ММЭА (монометилэтаноламин), МДЭА или ДЭМЭА (диэтилмоноэтаноламин), предпочтительно ДИПА или МДЭА и, необязательно, воду.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором концентрация меркаптанов в потоке газового сырья находится в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.% в расчете на общий поток газового сырья.
9. Сжиженный природный газ, полученный охлаждением газового потока, обедненного меркаптанами, образовавшегося с помощью способа по любому из пп.1-8.
Текст
(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ШЕЛЛ ИНТЕРНЭШНЛ РИСЕРЧ МААТСХАППИЙ Б.В. (NL) Карлссон Андерс, Ласт Тейме, Раджани Джаянтилал Багванджи (NL) Представитель: Настоящее изобретение обеспечивает способ получения газового потока, обедненного RSH, из потока газового сырья, содержащего природный газ, RSH и ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, в диапазоне от 1 об. ч./млн до 1 об.% в расчете на общий поток газового сырья. Указанный способ содержит стадии: (a) введение в контакт в зоне удаления ароматических соединений потока газового сырья с абсорбирующей жидкостью, содержащей физический растворитель, чтобы получить насыщенную абсорбирующую жидкость, содержащую ароматические соединения, выбранные из группы,состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, и газовый поток, обедненный этими ароматическими соединениями; (b) введение в контакт в зоне удаления меркаптанов газового потока, полученного на стадии (а), с твердым адсорбентом, чтобы получить твердый адсорбент, насыщенный RSH, и газовый поток, обедненный RSH. 014385 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу получения газового потока, обедненного меркаптанами (RSH), из потока природного газа, включающего в себя RSH и ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола. Уровень техники Получение газового потока, обедненного RSH, из потока природного газа, включающего в свой состав RSH и соединения ароматического ряда, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола,о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, включает в себя удаление RSH. Удаление RSH из газовых потоков,содержащих эти соединения, всегда имело большое значение в прошлом и, еще более того, в настоящем ввиду непрерывного ужесточения экологического законодательства. Многочисленные скважины природного газа производят то, что называют "высокосернистым нефтяным газом", т.е. природный газ, включающий в себя RSH, часто в комбинации с ароматическими соединениями, выбранными из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола,и дополнительно содержащими серу, и соединениями, такими как H2S, сульфиды, дисульфиды и тиофены. Общее количество этих соединений вообще слишком велико, что делает природный газ неподходящим для прямого использования. Кроме того, природный газ может дополнительно содержать различные количества углекислого газа. В зависимости от предполагаемого использования природного газа часто углекислый газ также должен быть удален. Вообще желательно, чтобы общая концентрация серосодержащих соединений была менее чем 30 об.ч./млн. В коммерческих технических требованиях на газ часто упоминается, что общая концентрация серы должна быть ниже чем 10 об.ч./млн или даже ниже чем 4 об.ч./млн. Одна из ситуаций, в которой важно удаление RSH из потока природного газа, представляет собой случай, когда газовый поток предназначен для использования в домашнем хозяйстве. Меркаптаны из-за характера их запаха могут быть обнаружены при уровнях концентрации порядка несколько частей на миллион. Таким образом, желательно понизить концентрации RSH, например, до уровней менее чем 10 или даже менее чем 5 об.ч./млн. Другой ситуацией, где важно удаление меркаптанов, является случай, когда поток природного газа предназначен для использования в процессе, включающем в себя каталитическую стадию. Например,природный газ может использоваться для получения синтез-газа, обычно в установке риформинга. Полученный таким образом синтез-газ обычно превращают в углеводороды в каталитическом процессе, известном в технике как процесс Фишера-Тропша. Если меркаптаны RSH присутствуют в потоке природного газа, то они будут реагировать в установке риформинга, образуя H2S, что приведет к потоку синтезгаза, содержащему H2S. Образовавшийся таким образом H2S будет необратимо связываться с катализаторами, что вызовет их отравление серой. Это приводит к дезактивации катализатора, которая сильно препятствует каталитическому процессу. Следовательно, в случаях, когда процесс включает каталитическую стадию, требуется удаление RSH до очень низкого уровня, по крайней мере менее чем 2 об.ч./млн или даже в диапазоне нескольких объемных частей на миллиард. Способы для удаления RSH из газового потока, включающего в себя природный газ и RSH, известны из уровня техники и обычно основаны на адсорбции в твердом слое или физической и/или химической абсорбции. Недостаток физических способов абсорбции заключается в том, что часто возникают трудности удаления RSH до низкой концентрации. Вообще необходимы большие контактные аппараты для достижения желательных низких концентраций. В химических способах абсорбции в общем возможно удаление углекислого газа и/или сероводорода без больших трудностей. Однако недостатком этих способов является тот факт, что RSH удаляются неэффективно и часто образуются большие количества отходов. Например, в Европейском патенте 229587 описан способ, в котором газовый поток обрабатывают жидкостью на основе водной щелочи. В способе, описанном в Европейском патенте 229587, для удаления RSH необходим высокий расход щелочных химикалий. Способы, основанные на адсорбции в твердом слое, в общем подходят для адсорбции RSH. Однако возможным недостатком этих способов является тот факт, что могут также адсорбироваться и другие соединения, отличающиеся от RSH, в результате ограничивается адсорбция RSH или необходимо использовать очень большие слои адсорбента. Получение газового потока, обедненного RSH, из газового потока, включающего в себя другие соединения, особенно когда желательны низкие уровни RSH, является трудной задачей. Регенерация адсорбента является относительно тяжелой. Особенно для больших слоев твердых адсорбентов требуется относительно больше времени для регенерации и необходимы непропорционально большие количества регенерирующего газа. Поэтому в уровне техники имеется потребность в простом и эффективном способе для удаленияRSH из газового потока, включающего в себя RSH и соединения ароматического ряда, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, чтобы получить, таким образом, очищенный газовый поток, имеющий низкую концентрацию RSH.-1 014385 Раскрытие изобретения С этой целью в настоящем изобретении разработан способ получения газового потока, обедненногоRSH, из потока газового сырья, включающего в себя природный газ, RSH и ароматические соединения,выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, содержание которых находится в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.% в расчете на весь поток газового сырья, причем этот способ включает в себя стадии:(a) контактирование в зоне удаления ароматических соединений потока газового сырья с абсорбирующей жидкостью, содержащей физический растворитель, чтобы получить насыщенную абсорбирующую жидкость, включающую в себя ароматические соединения, выбранные из группы бензола, толуола,о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, и газовый поток, обедненный этими ароматическими соединениями;(b) контактирование газового потока, полученного по стадии (а), с твердым адсорбентом в зоне удаления меркаптанов, чтобы получить твердый адсорбент, насыщенный RSH, и газовый поток, обедненный RSH. Найдено, что ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола,о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, известные под общим термином "соединения БТК", препятствуют адсорбции RSH, особенно когда в качестве адсорбентов используют цеолиты. Полагают, что предпочтительная адсорбция этих ароматических соединений имеет место, особенно когда в качестве адсорбентов используются цеолиты. Поэтому поток газового сырья, включающий в себя RSH и соединения БТК, считают трудным сырьем для получения газового потока, обедненного RSH, при использовании адсорбционного способа, особенно когда в качестве адсорбентов используют цеолиты. В способе согласно изобретению предложен простой и эффективный процесс получения газового потока, обедненного RSH,даже из такого потока газового сырья, так как соединения БТК в большой степени удалены до того, как газовый поток вовлекается в процесс адсорбции. Это приводит к значительно лучшей адсорбции RSH на цеолитном адсорбенте и получению газового потока, обедненного RSH, с низкой концентрацией RSH. Еще одно преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что обеспечивается масштабирование зоны удаления ароматических соединений и зоны удаления меркаптанов в соответствии с потребностью. Это обеспечивает гибкость управления процессом. Кроме того, возможно осуществление оптимизации процесса путем расчета обеих зоны в соответствии с потребностью. На стадии (а) способа согласно данному изобретению ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, переводят из потока газового сырья, включающего в себя природный газ, ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, и RSH, в абсорбирующую жидкость. Получают насыщенную абсорбирующую жидкость, содержащую соединения БТК, и газовый поток, обедненный соединениями БТК. Природный газ является общим термином, который применяют к смесям легких углеводородов и,необязательно, других газов (азота, углекислого газа, гелия), полученным из скважин природного газа. Основным компонентом природного газа является метан. Кроме того, часто присутствуют этан, пропан и бутан. В некоторых случаях могут присутствовать (небольшие) количества высших углеводородов, часто обозначаемые как жидкие компоненты природного газа или конденсаты. Когда природный газ добывается вместе с нефтью, обычно такой газ называют попутным газом. Другие соединения, которые могут присутствовать в природном газе в различных количествах, включают H2S, алифатические RSH, сульфиды, дисульфиды, тиофены и ароматические RSH. Используемый здесь термин RSH относится к алифатическим меркаптанам, особенноC1-C6-меркаптанам, более конкретно C1-C4-меркаптанам; ароматическим меркаптанам, особенно фенилмеркаптану; или смесями алифатических и ароматических RSH. Настоящее изобретение имеет особое отношение к удалению метилмеркаптана, этилмеркаптана, нормального и изопропилмеркаптанов и изомеров бутилмеркаптана из потока газового сырья. Меркаптаны, имеющие 3 или больше атомов углерода,далее упоминаются как С 3+ RSH. Концентрация RSH и наличие соединений типа RSH в потоке газового сырья могут меняться и зависят от источника, из которого происходит первичный газовый поток. Соответственно общий поток газового сырья включает в себя RSH в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.%, и соединения БТК от 1 об.ч./млн до 1 об.%, предпочтительно от 20 об.ч./млн до 1 об.% RSH и от 5 об.ч./млн до 1 об.% соединений БТК в расчете на общий поток газового сырья. Поток газового сырья, включающий в себяRSH и соединения БТК в этих диапазонах концентрации, считается очень трудным потоком сырья для получения газового потока, обедненного RSH, при использовании адсорбционного процесса. Как возможный вариант поток газового сырья может также содержать H2S, предпочтительно в диапазоне от 1 об.ч./млн до 10 об.%, более предпочтительно от 0,1 до 10 об.% в расчете на общий поток газового сырья. Найдено, что присутствие H2S препятствует удалению RSH в обычном адсорбционном способе, особенно когда в качестве адсорбента используют цеолиты, так как на цеолитах предпочтительно адсорбируется H2S. Поэтому газовый поток, включающий в себя RSH, соединения БТК и H2S, в котором концентрация H2S находится в диапазоне от 0,1 до 10 об.%, расценивают как очень трудный поток газового сырья для получения газового потока, обедненного RSH. Способ согласно настоящему изобре-2 014385 тению допускает получение газового потока, обедненного RSH, даже из такого потока газового сырья,потому что на стадии (a) H2S будет удален в значительной степени из потока газового сырья, в результате получается газовый поток, обедненный соединениями БТК и H2S. Поток газового сырья может также содержать углекислый газ, предпочтительно в диапазоне от 0 до 40 об.%, более предпочтительно от 0 до 30 об.% в расчете на общий поток газового сырья. Часто желательно понизить концентрацию углекислого газа, особенно в случаях, когда поток газового сырья включает в себя природный газ, и газовый поток, обедненный RSH, предполагается перерабатывать в сжиженный природный газ (СПГ). Способ согласно изобретению позволяет получить обедненный углекислым газом газовый поток, имеющий низкую концентрацию углекислого газа, потому что на стадии (а) углекислый газ будет удален в значительной степени из потока газового сырья. Абсорбирующая жидкость содержит физический растворитель, способный удалять соединения БТК и соединения С 3+ RSH, которые могут содержаться в газовом сырье, из потока газового сырья. Предпочтительно количество физического растворителя находится в диапазоне от 10 до 80, более предпочтительно от 15 до 50, еще более предпочтительно от 20 до 35 вес.ч. по отношению ко всей абсорбирующей жидкости. Оставшаяся часть абсорбирующей жидкости представляет собой другой подходящий растворитель, предпочтительно воду и/или аминный растворитель. Предпочтительные физические растворители выбирают из группы, состоящей из сульфолана(циклотетраметиленсульфон и его производные), амидов алифатических кислот, N-метилпирролидона,N-алкилированных пирролидонов и соответствующих пиперидонов, метанола, этанола и смесей диалкиловых эфиров полиэтиленгликоля. Наиболее предпочтительным физическим растворителем является сульфолан. Преимущество использования абсорбирующей жидкости, включающей в себя физический растворитель, состоит в том, что достигается удаление соединений БТК до низких уровней, даже до диапазона миллионных долей (по объему). Соединения БТК являются канцерогенными, и поэтому их выброс должен быть ниже определенного уровня. Поэтому необходимо уменьшать концентрацию соединений БТК в газовом потоке. Что еще более важно, найдено, что присутствие соединений БТК препятствует адсорбции RSH на адсорбентах, особенно на некоторых типах цеолитов. Следовательно, получение газового потока, обедненного RSH, из потока газового сырья, содержащего RSH и соединения БТК, с помощью обычного процесса адсорбции, особенно при использовании цеолитного адсорбента, является трудным. Низкий уровень RSH в обедненном RSH газовом потоке, типично в диапазоне миллионных долей (по объему), не может быть достигнут в способе с использованием цеолитного адсорбента. Другое преимущество использования абсорбирующей жидкости, включающей в себя физический растворитель, состоит в том, что RSH, содержащие три или больше атомов углерода (С 3+ RSH), которые считают трудными для удаления с помощью обычного процесса адсорбции, будут также захвачены физическим растворителем и, таким образом, удалены из потока газового сырья. Предпочтительно абсорбирующая жидкость является смешанным растворителем, включающим в себя физический и химический растворители. Предпочтительны поглотительные жидкости, включающие в себя как химические, так и физические растворители, потому что они показывают хорошую абсорбционную емкость и хорошую селективность по отношению к H2S при умеренных инвестиционных и эксплуатационных затратах. Кроме того, когда поток газового сырья содержит углекислый газ, последний также может быть удален в смешанной поглотительной жидкости в зависимости от состава растворителя с получением газового потока, обедненного H2S и углекислым газом. Другое преимущество смешанных систем состоит в том, что они хорошо функционируют при высоком давлении, особенно между 20 и 90 бар. Следовательно, в случае, когда поток газового сырья находится под давлением, например если поток газового сырья представляет собой поток природного газа, полученный при высоком давлении, нет необходимости сброса давления на какой-либо стадии. Еще одно преимущество использования комбинированной физической/химической абсорбирующей жидкости перед использованием только физической абсорбирующей жидкости состоит в том, что также существует возможность быстрого удаления всего углекислого газа при относительно высоком давлении (т.е. между 5 и 15 бар). Это уменьшает требования по повторному сжатию, например, для повторной инжекции. Подходящими химическими растворителями являются первичные, вторичные и/или третичные амины, особенно амины, которые являются производными этаноламина, в частности моноэтаноламин(МДЭА) или их смеси. Предпочтительными химическими растворителями являются вторичные или третичные амины, особенно аминосоединения, являющиеся производными этаноламина, главным образом ДИПА, ДЭА, ММЭА (монометилэтаноламин), МДЭА или ДЭМЭА (диэтилмоноэтаноламин), предпочтительно ДИПА или МДЭА. Кроме того, абсорбирующая жидкость может также включать в себя так называемое соединениеактиватор, необязательно в комбинации с химическим растворителем. Полагают, что добавление соединения-активатора к абсорбирующей жидкой системе приводит к улучшению удаления кислых соединений. Это особенно полезно в случае, когда поток газового сырья дополнительно содержит H2S и/или углекислый газ. Подходящие соединения-активаторы представляют собой пиперазин, метилэтаноламин-3 014385 или (2-аминоэтил)этаноламин, особенно пиперазин. Предпочтительная абсорбирующая жидкая система включает в себя сульфолан и вторичный или третичный амин, предпочтительно амин, полученный из этаноламина, более предпочтительно ДИПА,ДЭА, ММЭА (монометилэтаноламин), МДЭА или ДЭМЭА (диэтилмоноэтаноламин), предпочтительно ДИПА или МДЭА. В способе согласно изобретению количество воды в водном абсорбенте предпочтительно находится между 20 и 45 вес.ч., количество сульфолана предпочтительно между 20 и 35 вес.ч., а количество амина предпочтительно между 40 и 55 вес.ч.; причем суммарное количество воды, сульфолана и амина составляет 100 вес.ч. Применение предпочтительных диапазонов приводит в большинстве случаев к оптимальному удалению углекислого газа. Другая предпочтительная абсорбирующая жидкость включает в себя от 15 до 45 вес.ч., предпочтительно от 15 до 40 вес.ч. воды, от 15 до 40 вес.ч. сульфолана, от 30 до 60 вес.ч. вторичного или третичного амина - производного этаноламина и от 0 до 15 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 10 вес.% соединения-активатора, предпочтительно пиперазина, причем все весовые части взяты по отношению к общему количеству раствора и добавленных количеств воды, сульфолана, амина и активатора, составляющих вместе 100 вес.ч. Эта предпочтительная абсорбирующая жидкость позволяет удалять углекислый газ,сероводород и/или COS из газового потока, содержащего эти соединения. Это предоставляет преимущество перед другими способами, в которых не обеспечивается удаление углекислого газа. При сравнении с той же самой абсорбирующей жидкостью, но без добавления первичного или вторичного амина, особенно вторичного амина, получено одно или несколько следующих преимуществ: повышается скорость абсорбции углекислого газа и степень его поглощения, снижается отношение растворитель/газ, уменьшается размер установки и снижается потребность в теплоте регенерации (что приводит к меньшей потребности в охлаждении). При сравнении с абсорбирующей жидкостью,включающей в себя водные амины, особенно ДМЭА и пиперазин, добавление сульфолана позволяет получать газовый поток, содержащий углекислый газ, имеющий промежуточные величины давления, например между 3 и 15 бар, предпочтительно между 5 и 10 бар. Преимуществом данного изобретения является то, что, выбирая определенную абсорбирующую жидкость на стадии (а), данный способ можно откорректировать таким образом, чтобы допустить получение газового потока, обедненного RSH, из потоков газового сырья, дополнительно содержащих другие соединения, в частности H2S и/или углекислый газ. Данный способ также позволяет получать газовый поток, обедненный RSH, из потоков газового сырья, имеющих различные концентрации соединений БТК и/или других соединений, таких как сероводород или углекислый газ. Может быть сделан выбор, удалять ли определенные соединения, например углекислый газ, и в какой степени удалять эти соединения. Следовательно, могут быть достигнуты различные составы газового потока, полученного на стадии (а). Приемлемо, когда стадию (а) проводят при температуре в диапазоне от 15 до 90 С, предпочтительно при температуре по крайней мере 20 С, более предпочтительно от 25 до 80 С, еще более предпочтительно от 40 до 65 С, а еще более предпочтительно около 55 С. Стадию (а) приемлемо проводить при давлении между 10 и 150 бар, особенно между 25 и 90 бар. Стадию (а) приемлемо проводить в зоне, имеющей от 5 до 80 уровней контакта, таких как клапанные тарелки, колпачковые тарелки, дефлекторы и т.п. Также может быть применена структурированная насадка. Степень удаления СО 2 можно оптимизировать, регулируя отношение растворитель/сырьевой газ. Подходящее отношение растворитель/сырьевой газ составляет от 1,0 до 10 (по массе), предпочтительно между 2 и 6. В результате переноса соединений БТК из потока газового сырья в абсорбирующую жидкость газовый поток, полученный на стадии (а), обеднен соединениями БТК и, необязательно, С 3+ RSH; это означает, что концентрация соединений БТК и, необязательно, С 3+ RSH, в газовом потоке, полученном на стадии (а), ниже, чем концентрация этих соединений в потоке газового сырья. Следует понимать, что концентрация соединений БТК и дополнительно С 3+ RSH в газовом потоке, полученном на стадии (а),зависит от концентрации этих соединений в потоке газового сырья. Приемлемо, чтобы общая концентрация соединений БТК в газовом потоке, полученном на стадии (а), была менее чем 500 об.ч./млн, предпочтительно в диапазоне от 1 до 100 об.ч./млн, более предпочтительно от 1 до 50 об.ч./млн. Приемлемая концентрация С 3+ RSH в газовом потоке, полученном на стадии (а), составляет менее чем 10 об.ч./млн,предпочтительно менее чем 5 об.ч./млн. Следует понимать, что концентрация меркаптанов в газовом потоке, полученном после стадии (а),будет зависеть от концентрации меркаптанов в потоке газового сырья. Приемлемо, чтобы концентрация меркаптанов в газовом потоке, полученном после стадии (а), была в диапазоне от 100 об.ч./млрд до 5 об.%. На стадии (а) получают отработанную абсорбирующую жидкость, включающую в себя соединения БТК и, необязательно, другие соединения, такие как С 3+ RSH, сероводород и, необязательно, углекислый газ, и другие соединения серы, такие как карбонилсульфид. Обычно стадия (а) может быть осуществлена в непрерывном режиме, который также включает в себя регенерацию отработанной абсорбирующей жидкости. Поэтому в предпочтительном варианте изобретения зона удаления ароматических соединений включает по крайней мере один регенератор, в котором регенерируют отработанную абсорбирующую-4 014385 жидкость, передавая по крайней мере часть соединений в поток газа регенерации, обычно при относительно низком давлении и высокой температуре. Приемлемая температура регенерации находится в диапазоне от 70 до 150 С. Желательную температуру предпочтительно достигают путем нагревания паром или горячим маслом. Предпочтительно применяют ступенчатое повышение температуры. Приемлемо,когда регенерацию проводят при давлениях в диапазоне от 1 до 2 бар. Отработанная абсорбирующая жидкость содержит соединения БТК и, кроме того, может включать в себя С 3+ RSH и, необязательно,СО 2, H2S и/или COS. Заметные количества других соединений из потока газового сырья, например конденсаты углеводородов, также могут присутствовать в отработанной абсорбирующей жидкости. Может быть выгодным удалять эти соединения, по крайней мере, частично из отработанного растворителя путем быстрого испарения при давлении выше, чем сумма парциальных давлений, соответствующих этим соединениям. Обычно быстрое испарение выполняют при давлении между 1 и 15 бар, предпочтительно между 1 и 10 бар, более предпочтительно при давлении окружающей среды. Быстрое испарение при атмосферном давлении является предпочтительным. Приемлемая температура в операции быстрого испарения находится в диапазоне от 50 до 120 С, предпочтительно между 60 и 90 С. Процесс регенерации приводит к регенерированной абсорбирующей жидкости и потоку отработанного газа регенерации, включающему в себя соединения БТК и, необязательно, С 3+ RSH, сероводород,углекислый газ и/или карбонилсульфид. Приемлемо, чтобы соединения серы были удалены из потока отработанного газа регенерации в установке извлечения серы, например, по способу Клауса. Приемлемо,чтобы по крайней мере часть регенерированного жидкого абсорбента использовалась для удаления соединений БТК, как описано выше. Предпочтительно по крайней мере часть регенерированного абсорбирующего растворителя используется повторно на стадии (а) адсорбции. Целесообразно осуществлять теплообмен между регенерированным растворителем и отработанным растворителем, чтобы использовать эту теплоту в другом месте. На стадии (b) полученный по стадии (а) газовый поток, обедненный соединениями БТК, приводят в контакт с твердым адсорбентом. Таким образом, оставшиеся меркаптаны RSH переходят из газового потока на твердый адсорбент. Подходящие твердые адсорбирующие материалы включают в себя материалы на основе диоксида кремния, силикагеля, оксида алюминия или алюмосиликата. Предпочтительно в слоях, адсорбирующих меркаптан, используются цеолиты. Цеолиты представляют собой твердые адсорбенты, имеющие окна, способные пропускать частицы внутрь или сквозь цеолит. В некоторых типах цеолитов окна приемлемо определять как диаметр пор, тогда как в других типах их приемлемо определять как отверстия в кристаллической ячейке. Предпочтительны цеолиты, имеющие среднюю величину отверстий (диаметр пор) 5 или больше, более предпочтительны цеолиты, имеющие среднюю величину отверстий (диаметр пор) в диапазоне от 6 до 8. Особенно предпочтительными являются цеолиты 13 Х, имеющие среднюю величину отверстий (структура ячейки) приблизительно 7,4. Полагают, что в цеолитах, имеющих среднюю величину отверстий 5 или больше, возможна адсорбция метилмеркаптана, этилмеркаптана и н-пропилмеркаптана и, следовательно, обеспечивается их удаление из газового потока. Полагают, что цеолиты, имеющие среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8, особенно цеолиты 13 Х, обеспечивают также адсорбцию разветвленных RSH, например изопропилмеркаптана. Таким образом, цеолиты, имеющие среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8,особенно цеолиты 13 Х, представляют преимущества перед цеолитами, имеющими меньшую среднюю величину отверстий, потому что они обеспечивают удаление всех RSH, включая разветвленные RSH. Было найдено, однако, что соединения БТК также адсорбируются на цеолитах, имеющих среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8, особенно на цеолитах 13 Х, и препятствуют адсорбции RSH из-за их предпочтительной адсорбции. Поэтому было бы невозможно получить газовый поток, обедненныйRSH, включая С 3+ RSH, из потока газового сырья, содержащего соединения БТК, используя твердый адсорбент, включающий в себя цеолиты, имеющие среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8,особенно цеолиты 13 Х. Однако способ согласно настоящему изобретению допускает использование цеолитов, имеющих среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8, особенно цеолитов 13 Х, в качестве твердых адсорбентов, потому что соединения БТК удалены до контакта газового потока с твердым адсорбентом. Хотя по меньшей мере часть С 3+ RSH будет удалена на стадии (а), обычно некоторая часть С 3+ RSH все еще будет присутствовать в газовом потоке, полученном на стадии (а). Использование цеолитов, имеющих среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8, особенно цеолитов 13 Х, в качестве твердых адсорбентов на стадии (b) дает возможность удалить остающиеся С 3+ RSH с целью достижения очень низкого уровня общей концентрации RSH в газовом потоке, обедненном RSH. Таким образом,могут быть достигнуты уровни менее чем 1 об.ч./млн. В случае, когда в потоке углеводородов присутствует вода, добиваются более эффективного способа, удаляя воду в модуле удаления воды, предшествующем удалению RSH, предпочтительно с помощью адсорбции воды на цеолитных молекулярных ситах, имеющих размер отверстий 5 или менее, предпочтительно 3 или 4. В таких цеолитах никакие RSH практически не адсорбируются, а главным образом адсорбируется вода. Вообще емкость таких цеолитов тем выше, чем больше поры цеолитов. Количество воды, которая будет удалена, может быть меньшим или большим, но предпочтительно должно быть уда-5 014385 лено по крайней мере 60 вес.% воды, предпочтительно 90 вес.%. Весьма целесообразно воду из газового потока, покидающего модуль удаления воды, удаляют до уровня менее чем 1 об.%, предпочтительно до уровня менее чем 100 об.ч./млн, более предпочтительно до уровня менее чем 5 об.ч./млн. Рабочая температура слоев твердого адсорбента в зоне удаления меркаптанов может изменяться в широком диапазоне, и приемлемы значения между 0 и 80 С, предпочтительно между 10 и 60 С, приемлемое давление находится между 10 и 150 бар. Приемлемая линейная скорость газа находится между 0,03 и 0,6 м/с, предпочтительно между 0,05 и 0,40 м/с. Особенно предпочтительными являются адсорбенты, включающие в себя цеолиты 13 Х. Преимущество использования цеолитов 13 Х состоит в том, что на них могут адсорбироваться все RSH, включая С 3+ RSH. Хотя по крайней мере часть С 3+ RSH будет удалена на стадии (а), в зависимости от условий на стадии (а) и от концентрации С 3+ RSH в потоке газового сырья газовый поток, полученный на стадии (а),обычно будет все еще содержать некоторое количество С 3+ RSH. Это дает возможность удалять RSH до низких уровней, получая приемлемый газовый поток, обедненный RSH и имеющий концентрацию RSH менее чем 1 об.ч./млн. Как правило, процесс в модуле адсорбции меркаптанов приводит к очищенному газовому потоку,существенно освобожденному от RSH, и слоям адсорбента меркаптанов, уже насыщенным меркаптанамиRSH. Следует понимать, что способ согласно настоящему изобретению предпочтительно исполняют в непрерывном режиме, который включает регенерацию насыщенных слоев адсорбента. Адсорбция RSH на адсорбентах меркаптана может быть обратимой при контакте насыщенных меркаптанами слоев с потоком газа при повышенной температуре или пониженном давлении. Таким образом, RSH переходит из слоев адсорбента меркаптанов в поток газа регенерации и получается газовый поток, насыщенный меркаптанами RSH. Этот газовый поток является первым газовым потоком согласно настоящему изобретению. Подходящими газовыми потоками для этой цели являются, например, потоки инертных газов или потоки углеводородных газов. Для целей данного изобретения предпочтительно в качестве потока газа регенерации использовать углеводородный поток, особенно часть очищенного углеводородного потока, покидающего модуль адсорбции меркаптанов. Предпочтительно используют два или более адсорбирующих слоя, содержащих твердый адсорбент,предпочтительно цеолиты. Как правило по меньшей мере один адсорбирующий слой находится в режиме адсорбции и по меньшей мере один адсорбирующий слой - в режиме десорбции. В зависимости от фактической ситуации возможны комбинации из двух, трех, четырех или более адсорбирующих слоев,один из которых находится в режиме адсорбции, а другие на различных стадиях режима десорбции. Упомянутый здесь термин "обедненный меркаптаном газовый поток" означает газовый поток, в котором концентрация как H2S, так и RSH понижена до уровня, который является приемлемым для намеченной цели использования данного газового потока. Поток обедненного меркаптаном газа далее может быть переработан известными способами, например методом каталитического или некаталитического сжигания, для генерации электричества, теплоты или энергии, или в качестве газового сырья для химических процессов, или для получения сжиженного природного газа (СПГ), или для бытового использования. Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ получения СПГ сжижением газового потока, обедненного RSH. Полученный таким образом СПГ, как правило, имеет очень низкие концентрации соединений, отличающихся от природного газа. Преимущество способа согласно настоящему изобретению заключается в том, что обедненный RSH газовый поток имеет очень низкое содержание примесей, особенно серосодержащих примесей, обеспечивая получение СПГ без потребности в дополнительных стадиях для удаления серосодержащих примесей. В способе согласно изобретению получают эффективным способом газовый поток, имеющий приемлемую очень низкую концентрацию RSH, в области миллионных долей по объему. Поскольку только часть RSH, а именно С 3+ RSH, удаляют на стадии (а), способ позволяет избежать использования очень больших и неэффективных реакторов. На стадии (b) может использоваться относительно небольшой слой твердого адсорбента, чтобы удалить остающуюся часть RSH. Это возможно благодаря тому, что почти весь сероводород уже был удален на стадии (а) совместно с частью RSH. Регенерация такого слоя не является очень трудоемкой или громоздкой. Таким образом, комбинация стадий способа согласно изобретению приводит к полному эффективному способу получения газового потока, обедненного RSH,из потока газового сырья, содержащего RSH и соединения БТК, даже в присутствии сульфида водорода и углекислого газа, избегая недостатков только одного технологического решения или других решений. Кроме того, обработка газа регенерации слоя твердого адсорбента в специально предназначенном абсорбере оптимизирует данный способ. Затем использованный растворитель специально предназначенного абсорбера регенерируют в том же самом регенераторе, который используют для основного процесса. Изобретение будет теперь иллюстрировано следующими, не ограничивающими примерами.-6 014385 Пример 1 (сравнительный). Поток газового сырья, имеющий состав, показанный в таблице, колонка А, контактировал с абсорбирующей жидкостью, содержащей МДЭА и пиперазин, в абсорбере при температуре 45 С и давлении 60 бар. Состав газового потока, покидающего абсорбер, также показан в таблице, колонка В. Газовый поток, покидающий абсорбер, контактировал с большим слоем адсорбента, содержащим цеолит 13 Х. Газовый поток, покидающий слой адсорбента, проанализированный с помощью газовой хроматографии,все еще содержал RSH в концентрациях выше 10 об.ч./млн. Пример 2 (согласно изобретению). Поток газового сырья, имеющий состав, показанный в таблице, колонка А, контактировал с абсорбирующей жидкостью, включающей в себя физический растворитель, при температуре 45 С и давлении 60 бар. Состав газового потока, покидающего абсорбер, также показан в таблице, колонка С. Газовый поток, покидающий абсорбер, контактировал с небольшим слоем адсорбента, содержащим цеолит 13 Х. Концентрация RSH в газовом потоке, покидающем слой адсорбента, измеренная с помощью газовой хроматографии, была ниже 2 об.ч./млн. Концентрация компонентов в мол.%. Общая концентрация соединений БТК и RSH приведена в об.ч./млн Из примеров очевидно, что способ согласно настоящему изобретению позволяет получать обедненный RSH газовый поток, имеющий концентрации RSH ниже 2 об.ч./млн. Способы, взятые для сравнения,приводят к газовым потокам, имеющим концентрацию RSH выше 10 об.ч./млн. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения газового потока, обедненного меркаптанами, из потока газового сырья, содержащего природный газ, меркаптаны и в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.% в расчете на общий поток газового сырья ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, оксилола, м-ксилола и п-ксилола, включает следующие стадии:(a) введение в контакт в зоне удаления ароматических соединений потока газового сырья с абсорбирующей жидкостью, содержащей физический растворитель, чтобы получить насыщенную абсорбирующую жидкость, содержащую ароматические соединения, выбранные из группы, состоящей из бензола, толуола, о-ксилола, м-ксилола и п-ксилола, и газового потока, обедненного этими ароматическими соединениями;(b) введение в контакт в зоне удаления меркаптанов газового потока, полученного на стадии (а), с твердым адсорбентом, чтобы получить твердый адсорбент, насыщенный меркаптанами, и газового потока, обедненного меркаптанами. 2. Способ по п.1, в котором твердый адсорбент содержит цеолит. 3. Способ по п.2, в котором цеолит имеет среднюю величину отверстий в диапазоне от 6 до 8. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором абсорбирующая жидкость дополнительно содержит один или несколько растворителей, выбранных из группы, состоящей из моноэтаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА), триэтаноламина (ТЭА), диизопропаноламина (ДИПА) и метилдиэтаноламина (МДЭА).-7 014385 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором физический растворитель содержит одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из сульфолана, амидов алифатических кислот, Nметилпирролидона, N-алкилированных пирролидонов и соответствующих пиперидонов, метанола, этанола и диалкиловых эфиров полиэтиленгликолей. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором абсорбирующая жидкость дополнительно содержит воду. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором абсорбирующая жидкость содержит сульфолан, вторичный или третичный амин, предпочтительно соединения из класса аминов, производных этаноламина,более конкретно ДИПА, ДЭА, ММЭА (монометилэтаноламин), МДЭА или ДЭМЭА (диэтилмоноэтаноламин), предпочтительно ДИПА или МДЭА и, необязательно, воду. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором концентрация меркаптанов в потоке газового сырья находится в диапазоне от 1 об.ч./млн до 1 об.% в расчете на общий поток газового сырья. 9. Сжиженный природный газ, полученный охлаждением газового потока, обедненного меркаптанами, образовавшегося с помощью способа по любому из пп.1-8.
МПК / Метки
МПК: B01D 53/04, B01D 53/14
Метки: обедненного, меркаптанами, способ, получения, газового, потока
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/9-14385-sposob-polucheniya-gazovogo-potoka-obednennogo-merkaptanami.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения газового потока, обедненного меркаптанами</a>