Purificarea gazelor amine din hidrogen sulfurat: principiu, opțiuni eficiente și diagrame de instalație

Gazul natural extras din câmpuri pentru livrare către consumatori prin conducte conține compuși de sulf în proporții diferite.Dacă nu scăpați de ele, substanțele agresive vor distruge conducta și vor face fitingurile inutilizabile. În plus, atunci când combustibilul albastru contaminat este ars, se eliberează toxine.

Pentru a evita consecințele negative, se efectuează purificarea gazului amină din hidrogen sulfurat. Acesta este cel mai simplu și mai ieftin mod de a separa componentele dăunătoare de combustibilii fosili. Vă vom spune cum are loc procesul de separare a incluziunilor de sulf, cum este proiectată și funcționează instalația de epurare.

Scopul curățării combustibililor fosili

Gazul este cel mai popular tip de combustibil. Atrage cu cel mai accesibil preț și provocând cel mai mic prejudiciu mediului. Avantajele incontestabile includ ușurința de a controla procesul de ardere și capacitatea de a asigura toate etapele procesării combustibilului în timpul producerii de energie termică.

Cu toate acestea, mineralul natural gazos nu este extras în forma sa pură, deoarece Simultan cu extracția gazelor, compușii organici asociați sunt pompați din puț. Cea mai comună dintre ele este hidrogenul sulfurat, al cărei conținut variază de la zecimi la zece procente sau mai mult, în funcție de depozit.

Hidrogenul sulfurat este otrăvitor, periculos pentru mediu și dăunător pentru catalizatorii utilizați în procesarea gazelor. După cum am observat deja, acest compus organic este extrem de agresiv față de țevile de oțel și supapele metalice.

Desigur, corodând sistemul privat și conducta principală de gaz, hidrogenul sulfurat duce la scurgeri de combustibil albastru și la situații extrem de negative, riscante asociate cu acest fapt. Pentru a proteja consumatorul, compușii nocivi pentru sănătate sunt îndepărtați din combustibilul gazos înainte ca acesta să fie livrat la conductă.

Conform standardelor, compușii de hidrogen sulfurat din gazul transportat prin conducte nu pot depăși 0,02 g/m³. Cu toate acestea, de fapt, sunt mult mai mulți. Pentru a atinge valoarea reglementată de GOST 5542-2014, este necesară curățarea.

Metode existente pentru separarea hidrogenului sulfurat

Pe lângă hidrogenul sulfurat, care predomină printre alte impurități, combustibilul albastru poate conține și alți compuși nocivi. În el se găsesc dioxid de carbon, mercaptani ușori și sulfură de carbon. Dar hidrogenul sulfurat în sine va predomina întotdeauna.

Este de remarcat faptul că un conținut minor de compuși de sulf în combustibilul gazos purificat este acceptabil. Cifra de toleranță specifică depinde de scopurile pentru care este produs gazul.De exemplu, pentru a produce oxid de etilenă, conținutul total de impurități de sulf trebuie să fie mai mic de 0,0001 mg/m³.

Metoda de curățare este aleasă în funcție de rezultatul dorit.

Toate metodele existente în prezent sunt împărțite în două grupuri:

• Sorptiv. Acestea implică absorbția compușilor de hidrogen sulfurat de către un reactiv solid (adsorbție) sau lichid (absorbție) cu eliberarea ulterioară de sulf sau derivații săi. După care impuritățile nocive separate din gaz sunt eliminate sau procesate.
• catalitic. Ele constau în oxidarea sau reducerea hidrogenului sulfurat, transformându-l în sulf elementar. Procesul se desfășoară în prezența catalizatorilor - substanțe care stimulează cursul unei reacții chimice.

Adsorbția implică colectarea hidrogenului sulfurat prin concentrarea acesteia pe suprafața unui solid. Cel mai adesea, în procesul de adsorbție se folosesc materiale granulare pe bază de cărbune activ sau oxid de fier. Suprafața specifică mare caracteristică boabelor contribuie la reținerea maximă a moleculelor de sulf.

Toate metodele de purificare a combustibilului albastru sunt împărțite în sorbție și catalitice. Echipamentul de curățare este axat pe principiul de funcționare al unei anumite tehnologii. Cu toate acestea, există instalații care combină mai multe metode, rezultând o curățare completă.

Tehnologia de absorbție diferă prin aceea că impuritățile gazoase de hidrogen sulfurat sunt dizolvate în substanța lichidă activă. Ca urmare, poluanții gazoși trec în faza lichidă. Apoi componentele dăunătoare izolate sunt îndepărtate prin stripare, altfel desorbție, prin această metodă sunt eliminate din lichidul reactiv.

În ciuda faptului că tehnologia de adsorbție se referă la „procese uscate” și permite purificarea fină a combustibilului albastru, absorbția este mai des folosită pentru a elimina contaminanții din gazele naturale. Colectarea și eliminarea compușilor de hidrogen sulfurat folosind absorbanți lichizi este mai profitabilă și mai convenabilă.

Cel mai popular tip de adsorbant este cărbunele activ, folosit sub formă de capsule sau boabe. Suprafața fiecărui element „absoarbe” hidrogen sulfurat și alte incluziuni organice

Metodele de absorbție utilizate în purificarea gazelor sunt împărțite în următoarele trei grupuri:

• Chimic. Fabricat folosind solvenți care reacționează ușor cu poluanții acizi cu hidrogen sulfurat. Etanolaminele sau alcanolaminele au cea mai mare capacitate de absorbție dintre adsorbanții chimici.
• Fizic. Acestea sunt realizate prin dizolvarea fizică a hidrogenului sulfurat gazos într-un absorbant de lichid. Mai mult, cu cât presiunea parțială a poluantului gazos este mai mare, cu atât mai rapid are loc procesul de dizolvare. Metanolul, carbonatul de propilenă etc. sunt folosiți aici ca absorbanți.
• Combinate. În versiunea mixtă a extracției cu hidrogen sulfurat sunt implicate ambele tehnologii. Lucrarea principală este realizată prin absorbție, iar purificarea fină este efectuată de adsorbanți.

Timp de o jumătate de secol, cea mai populară și populară tehnologie pentru separarea și îndepărtarea hidrogenului sulfurat și a acidului carbonic din combustibilii naturali a fost purificarea chimică a gazelor folosind un sorbent de amină utilizat sub formă de soluție apoasă.

Metodele de sorbție pentru purificarea combustibililor naturali se bazează pe capacitatea substanțelor solide și lichide de a reacționa cu hidrogenul sulfurat și alte impurități organice, eliberându-le astfel din compoziția gazului.

Tehnologia aminelor este mai potrivită pentru procesarea unor volume mari de gaz deoarece:

• Nu lipsesc. Reactivii pot fi achiziționați întotdeauna în volumul necesar pentru curățare.
• Absorbție acceptabilă. Aminele se caracterizează printr-o capacitate mare de absorbție. Dintre toate substanțele utilizate, numai acestea sunt capabile să elimine 99,9% din hidrogenul sulfurat din gaz.
• Caracteristici prioritare. Soluțiile apoase de amine se caracterizează prin vâscozitatea cea mai acceptabilă, densitatea vaporilor, stabilitatea termică și chimică și capacitatea termică scăzută. Caracteristicile lor asigură cel mai bun curs al procesului de absorbție.
• Fără toxicitate a substanțelor reactive. Acesta este un argument important care convinge să recurgă la metoda aminei.
• Selectivitate. Calitate necesară pentru absorbția selectivă. Oferă capacitatea de a efectua secvenţial reacţiile necesare în ordinea necesară pentru rezultatul optim.

Etanolaminele utilizate în metodele chimice pentru purificarea gazului din hidrogen sulfurat și dioxid de carbon includ monoetanolaminele (MEA), dietanolaminele (DEA) și trietanolaminele (TEA). Mai mult, substanțele cu prefixele mono- și di- sunt îndepărtate din gaz și H₂S și ​​CO₂. Dar a treia opțiune ajută la eliminarea doar a hidrogenului sulfurat.

Când se efectuează curățarea selectivă a combustibilului albastru, se folosesc metildietanolamine (MDEA), diglicolamine (DGA) și diizopropanolamine (DIPA). Absorbanții selectivi sunt utilizați în principal în străinătate.

Desigur, absorbanți ideali care satisfac toate cerințele de curățare înainte de livrarea la sistem incalzire pe gaz iar furnizarea de alte echipamente nu există încă. Fiecare solvent are unele avantaje împreună cu dezavantaje. Atunci când alegeți o substanță reactivă, alegeți pur și simplu pe cea mai potrivită dintr-o serie de substanțe propuse.

Principiul de funcționare al unei instalații tipice

Capacitate maximă de absorbție în raport cu H₂S este caracterizat printr-o soluție de monoetanolamină. Cu toate acestea, acest reactiv are câteva dezavantaje semnificative. Se caracterizează prin presiune destul de ridicată și capacitatea de a crea compuși ireversibili cu sulfură de carbon în timpul funcționării unității de purificare a gazelor amine.

Primul dezavantaj este eliminat prin spălare, în urma căreia vaporii de amine sunt parțial absorbiți. Al doilea este rar întâlnit în timpul procesării gazelor de câmp.

Concentrația unei soluții apoase de monoetanolamină este selectată experimental și, pe baza cercetărilor efectuate, este utilizată pentru purificarea gazului dintr-un anumit câmp. Selectarea procentului de reactiv ia în considerare capacitatea acestuia de a rezista la efectele agresive ale hidrogenului sulfurat asupra componentelor metalice ale sistemului.

Conținuturile tipice de absorbanți sunt de obicei în intervalul de la 15 la 20%. Cu toate acestea, se întâmplă adesea ca concentrația să fie crescută la 30% sau redusă la 10%, în funcție de cât de mare ar trebui să fie gradul de purificare. Acestea. în ce scop, la încălzire sau la producerea compuşilor polimerici, se va folosi gazul.

Rețineți că odată cu creșterea concentrației de compuși amine, potențialul corosiv al hidrogenului sulfurat scade. Dar trebuie să ținem cont că în acest caz consumul de reactiv crește. În consecință, costul gazului comercial purificat crește.

Unitatea principală a instalației de epurare este un absorbant al plăcii sau soiului montat. Acesta este un aparat orientat vertical, care seamănă cu o eprubetă în aparență, cu duze sau plăci amplasate în interior. În partea inferioară există o intrare pentru alimentarea unui amestec de gaz nepurificat, în partea de sus există o ieșire către scruber.

Dacă gazul care este purificat în instalație este sub presiune suficientă pentru ca reactivul să treacă în schimbătorul de căldură și apoi în coloana de stripare, procesul are loc fără participarea unei pompe.Dacă presiunea este prea scăzută pentru ca procesul să continue, tehnologia de pompare stimulează fluxul de ieșire

Fluxul de gaz, după ce trece prin separatorul de admisie, este forțat în secțiunea inferioară a absorbantului. Trece apoi prin plăci sau duze situate în mijlocul corpului, pe care se depun contaminanți. Duzele, complet umezite cu soluția de amină, sunt separate între ele prin grile pentru distribuția uniformă a reactivului.

Apoi, combustibilul albastru, curățat de contaminanți, este trimis la scruber. Acest dispozitiv poate fi conectat în circuitul de procesare după absorbant sau amplasat în partea superioară a acestuia.

Soluția uzată curge în jos pe pereții absorbantului și este trimisă într-o coloană de stripare - un stripper cu un cazan. Acolo, soluția este curățată de contaminanții absorbiți de vaporii eliberați la fierberea apei pentru a fi returnată în instalație.

Regenerat, adică eliberată de compuși de hidrogen sulfurat, soluția curge în schimbătorul de căldură. În acesta, lichidul este răcit în procesul de transfer de căldură către următoarea porțiune a soluției contaminate, după care este pompat în frigider pentru răcirea completă și condensarea aburului.

Soluția absorbantă răcită este reintrodusă în absorbant. Așa circulă reactivul în întreaga instalație. Vaporii săi sunt, de asemenea, răciți și curățați de impuritățile acide, după care reumple alimentarea cu reactiv.

Cel mai adesea, schemele cu monoetanolamină și dietanolamină sunt utilizate în purificarea gazelor. Acești reactivi fac posibilă extragerea nu numai a hidrogenului sulfurat, ci și a dioxidului de carbon din combustibilul albastru.

Dacă este necesar să se elimine simultan CO din gazul procesat₂ si H₂S, se efectuează curățarea în două etape.Constă în folosirea a două soluții care diferă ca concentrație. Această opțiune este mai economică decât curățarea într-o singură etapă.

În primul rând, combustibilul gazos este curățat cu o compoziție puternică care conține un reactiv de 25-35%. Apoi gazul este tratat cu o soluție apoasă slabă, în care substanța activă este doar 5-12%. Ca rezultat, atât curățarea grosieră, cât și cea fină sunt efectuate cu un consum minim de soluție și utilizarea rezonabilă a căldurii generate.

Patru opțiuni de curățare cu alcoolamină

Alconolaminele sau aminoalcoolii sunt substanțe care conțin nu numai o grupare amină, ci și o grupare hidroxi.

Proiectarea instalațiilor și tehnologiilor de purificare a gazelor naturale cu alcanolamine diferă în principal prin metoda de furnizare a substanței absorbante. Cel mai adesea, patru metode principale sunt utilizate în curățarea gazelor folosind acest tip de amine.

Prima cale. Predetermina furnizarea soluției active într-un singur flux de sus. Întregul volum de absorbant este direcționat către placa superioară a instalației. Procesul de curățare are loc la un fundal de temperatură care nu depășește 40ºС.

Cea mai simplă metodă de curățare presupune furnizarea soluției active într-un singur flux. Această tehnică este utilizată dacă cantitatea de impurități din gaz este nesemnificativă

Această tehnică este de obicei utilizată pentru contaminarea minoră cu compuși de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. Efectul termic total pentru producerea gazului comercial este, de regulă, scăzut.

A doua cale. Această opțiune de curățare este utilizată atunci când există un conținut ridicat de compuși de hidrogen sulfurat în combustibilul gazos.

În acest caz, soluția de reactiv este furnizată în două fluxuri. Primul, cu un volum de aproximativ 65-75% din masa totală, este trimis la mijlocul instalației, al doilea este alimentat de sus.

Soluția de amină curge în jos pe tăvi și întâlnește fluxurile de gaz în creștere, care sunt forțate pe tava inferioară a unității absorbante. Înainte de alimentare, soluția este încălzită la cel mult 40 °C, dar în timpul interacțiunii gazului cu amina, temperatura crește semnificativ.

Pentru a preveni scăderea eficienței de curățare din cauza creșterii temperaturii, excesul de căldură este îndepărtat împreună cu soluția reziduală saturată cu hidrogen sulfurat. Iar în partea de sus a instalației, fluxul este răcit pentru a extrage componentele acide rămase împreună cu condensul.

Al doilea și al treilea dintre metodele descrise predetermină furnizarea soluției absorbante în două fluxuri. În primul caz, reactivul este furnizat la aceeași temperatură, în al doilea - la o temperatură diferită.

Aceasta este o metodă economică care reduce atât consumul de energie, cât și de soluție activă. Încălzirea suplimentară nu se realizează în nicio etapă. În esența sa tehnologică, este o purificare pe două niveluri, care oferă posibilitatea de a pregăti gazul comercial pentru alimentarea conductei cu pierderi minime.

A treia cale. Constă în alimentarea instalației de curățare a absorbantului în două fluxuri de temperaturi diferite. Metoda este utilizată dacă, pe lângă hidrogen sulfurat și dioxid de carbon, gazul brut conține și CS₂, și COS.

Partea predominantă a absorbantului, aproximativ 70-75%, se încălzește până la 60-70ºС, iar partea rămasă doar la 40ºС. Fluxurile sunt introduse în absorbant în același mod ca în cazul descris mai sus: de sus și în mijloc.

Formarea unei zone de temperatură ridicată face posibilă îndepărtarea rapidă și eficientă a contaminanților organici din masa de gaz din partea inferioară a coloanei de curățare. Și în partea de sus, dioxidul de carbon și hidrogenul sulfurat sunt precipitate de o amină la temperatura standard.

A patra metodă. Această tehnologie predetermină furnizarea unei soluții apoase de amină în două fluxuri cu grade diferite de regenerare. Adică, unul este furnizat într-o formă nerafinată, care conține incluziuni de hidrogen sulfurat, al doilea - fără ele.

Primul flux nu poate fi numit complet poluat. Conține doar parțial componente acide, deoarece unele dintre ele sunt îndepărtate în timpul răcirii la +50º/+60ºC în schimbătorul de căldură. Acest flux de soluție este preluat din duza de stripare inferioară, răcit și direcționat către partea de mijloc a coloanei.

Dacă există un conținut semnificativ de componente de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon în combustibilul gazos, curățarea se efectuează cu două fluxuri de soluție cu grade diferite de regenerare

Doar acea parte a soluției care este pompată în sectorul superior al instalației este supusă curățării profunde. Temperatura acestui curent nu depășește, de obicei, 50ºС. Aici se efectuează curățarea fină a combustibilului gazos. Această schemă vă permite să reduceți costurile cu cel puțin 10% prin reducerea consumului de abur.

Este clar că metoda de curățare este aleasă pe baza prezenței contaminanților organici și a fezabilității economice. În orice caz, varietatea de tehnologii vă permite să alegeți cea mai bună opțiune. La aceeași stație de tratare a gazelor amine se poate varia gradul de epurare, obținând combustibil albastru cu necesarul de lucru cazane pe gaz, sobe, caracteristici încălzitoare.

Concluzii și video util pe această temă

Următorul videoclip vă va prezenta specificul extragerii hidrogenului sulfurat din gazul asociat produs împreună cu petrolul de o sondă de petrol:

Videoclipul va prezenta instalația pentru purificarea combustibilului albastru din hidrogen sulfurat pentru a produce sulf elementar pentru procesare ulterioară:

Autorul acestui videoclip vă va spune cum să scăpați de hidrogenul sulfurat din biogaz acasă:

Alegerea metodei de purificare a gazelor este, în primul rând, concentrată pe rezolvarea unei probleme specifice. Artistul are două opțiuni: urmează o schemă dovedită sau preferă ceva nou. Cu toate acestea, ghidul principal ar trebui să fie în continuare fezabilitatea economică, menținând în același timp calitatea și obținerea gradului de prelucrare necesar.