تنقية غاز الأمين من كبريتيد الهيدروجين: المبدأ والخيارات الفعالة وخطط التركيب

يحتوي الغاز الطبيعي المنتج من الحقول للتسليم إلى المستهلك عبر خطوط الأنابيب على مركبات الكبريت بنسب مختلفة. إذا لم يتم التخلص منها ، فسوف تدمر المواد العدوانية خط الأنابيب وتجعل التركيبات غير قابلة للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إطلاق السموم أثناء احتراق الوقود الأزرق الملوث.

من أجل تجنب العواقب السلبية ، يتم إجراء تنقية غاز الأمين من كبريتيد الهيدروجين. هذه هي الطريقة الأسهل والأرخص لفصل المكونات الضارة عن الوقود الأحفوري. سنخبرك بكيفية حدوث عملية فصل شوائب الكبريت ، وكيفية ترتيب محطة المعالجة وعملها.

الغرض من معالجة الوقود الأحفوري

الغاز هو أكثر أنواع الوقود شيوعًا. يجذب السعر الأكثر بأسعار معقولة ويسبب أقل ضرر للبيئة. تشمل المزايا التي لا جدال فيها بساطة التحكم في عملية الاحتراق والقدرة على تأمين جميع مراحل معالجة الوقود في عملية الحصول على الطاقة الحرارية.

ومع ذلك ، لا يتم استخراج الأحافير الغازية الطبيعية في شكلها النقي ، لأنه بالتزامن مع استخراج الغاز من البئر ، يتم ضخ المركبات العضوية المرتبطة بها. أكثرها شيوعًا هو كبريتيد الهيدروجين ، والذي يختلف محتواه من أعشار إلى عشرة في المائة أو أكثر ، اعتمادًا على المجال.

كبريتيد الهيدروجين سام ، ضار بالبيئة ، ضار بالمواد الحفازة المستخدمة في معالجة الغاز. كما لاحظنا من قبل ، فإن هذا المركب العضوي شديد العدوانية فيما يتعلق بأنابيب الصلب والصمامات المعدنية.

بطبيعة الحال ، تآكل النظام الخاص و الغاز الرئيسييؤدي كبريتيد الهيدروجين إلى تسرب الوقود الأزرق والمواقف السلبية للغاية والمحفوفة بالمخاطر المرتبطة بهذه الحقيقة. لحماية المستهلك ، تتم إزالة المركبات غير الصحية من تركيبة الوقود الغازي قبل توصيله إلى الطريق السريع.

وفقًا لمعايير مركبات كبريتيد الهيدروجين ، لا يمكن أن يتجاوز الغاز المنقول عبر الأنابيب 0.02 جم / م 3. ومع ذلك ، في الواقع هناك الكثير. لتحقيق القيمة التي ينظمها GOST 5542-2014 ، يلزم التنظيف.

الطرق الحالية لفصل كبريتيد الهيدروجين

بالإضافة إلى كبريتيد الهيدروجين السائد ضد الشوائب الأخرى ، يمكن أيضًا احتواء المركبات الضارة الأخرى في الوقود الأزرق. يمكنك أن تجد فيه ثاني أكسيد الكربون والمركبتان الخفيف وكبريتيد الكربون. لكن كبريتيد الهيدروجين نفسه سيسود دائمًا.

وتجدر الإشارة إلى أن بعض المحتوى غير الهام من مركبات الكبريت في الوقود الغازي المنقى مقبول. يعتمد رقم التسامح المحدد على الغرض الذي يتم إنتاج الغاز من أجله. على سبيل المثال ، لإنتاج أكسيد الإيثيلين ، يجب أن يكون إجمالي محتوى الكبريت أقل من 0.0001 مجم / م 3.

يتم اختيار طريقة التنظيف ، مع التركيز على النتيجة المرجوة.

تنقسم جميع الطرق الحالية إلى مجموعتين:

• الامتصاص. وهي تتكون في امتصاص مركبات كبريتيد الهيدروجين بواسطة كاشف صلب (امتزاز) أو سائل (امتصاص) مع الإطلاق اللاحق للكبريت أو مشتقاته. بعد ذلك ، يتم التخلص من الشوائب الضارة المستخرجة من تركيبة الغاز أو إعادة تدويرها.
• حفاز. وهي تتكون في أكسدة أو اختزال كبريتيد الهيدروجين بتحويله إلى عنصر الكبريت.يتم تنفيذ العملية في وجود المحفزات - المواد التي تحفز مسار التفاعل الكيميائي.

يتضمن الامتزاز جمع كبريتيد الهيدروجين بتركيزه على سطح مادة صلبة. في معظم الأحيان ، تشارك المواد الحبيبية القائمة على الكربون المنشط أو أكسيد الحديد في عملية الامتزاز. تساهم الخاصية السطحية الكبيرة للحبوب في الحد الأقصى من الاحتفاظ بجزيئات الكبريت.

تنقسم جميع طرق تنقية الوقود الأزرق إلى الامتصاص والمحفز. يتم توجيه معدات التنظيف إلى مبدأ تشغيل تقنية معينة. ومع ذلك ، هناك تركيبات يتم فيها دمج العديد من الطرق ، بسبب إجراء التنظيف المعقد

تتميز تقنية الامتصاص في أنه يتم إذابة شوائب كبريتيد الهيدروجين الغازية في المادة السائلة النشطة. ونتيجة لذلك ، تنتقل الملوثات الغازية إلى المرحلة السائلة. ثم تتم إزالة المكونات الضارة المحددة عن طريق التبخر ، وإلا فإن الامتزاز ، بهذه الطريقة يتم إزالتها من السائل التفاعلي.

على الرغم من حقيقة أن تقنية الامتزاز تنتمي إلى "العمليات الجافة" وتسمح بالتنقية الدقيقة للوقود الأزرق ، إلا أن الامتصاص غالبًا ما يستخدم لإزالة الملوثات من الغاز الطبيعي. إن جمع وإزالة مركبات كبريتيد الهيدروجين باستخدام ممتصات السوائل هو أكثر ربحية وملاءمة.

النوع الأكثر شيوعًا من الامتزاز هو الكربون المنشط ، ويستخدم في شكل كبسولات أو حبوب. يمتص سطح كل عنصر كبريتيد الهيدروجين والشوائب العضوية الأخرى

تنقسم طرق الامتصاص المستخدمة في تنقية الغاز إلى المجموعات الثلاث التالية:

• مادة كيميائية. ينتج باستخدام مذيبات تتفاعل بحرية مع الملوثات الحمضية كبريتيد الهيدروجين. يتمتع الإيثانول أمين أو الألكانولامين بأعلى قدرة امتصاص بين المواد الماصة الكيميائية.
• جسدي. يتم عن طريق الذوبان الفيزيائي لكبريتيد الهيدروجين الغازي في جهاز امتصاص سائل. علاوة على ذلك ، كلما زاد الضغط الجزئي للملوثات الغازية ، زادت سرعة عملية الذوبان. يتم استخدام الميثانول ، كربونات البروبيلين ، وما إلى ذلك كممتص.
• مجتمعة. في النسخة المختلطة من استخراج كبريتيد الهيدروجين ، يتم تضمين كلتا التقنيتين. يتم تنفيذ العمل الرئيسي عن طريق الامتصاص ، ويتم تنفيذ العلاج العالي الدقيق بواسطة الممتزات.

لمدة نصف قرن ، كانت التكنولوجيا الأكثر شيوعًا وشعبية لاستخراج وإزالة كبريتيد الهيدروجين وحمض الكربونيك من الوقود الطبيعي هي التنقية الكيميائية للغاز باستخدام مادة ماصة أمين تستخدم في شكل محلول مائي.

تعتمد طرق الامتصاص لتنظيف الوقود الطبيعي على قدرة المواد الصلبة والسائلة على التفاعل مع كبريتيد الهيدروجين والشوائب العضوية الأخرى ، وبالتالي فصلها عن الغاز

تعد تكنولوجيا الأمين أكثر ملاءمة لمعالجة كميات كبيرة من الغاز ، وذلك للأسباب التالية:

• نقص العجز. يمكن دائمًا شراء الكواشف بالحجم المطلوب للتنظيف.
• امتصاص مقبول. تتميز الأمينات بقدرة امتصاص عالية. من بين جميع المواد المستخدمة ، فهي فقط قادرة على إزالة 99.9 ٪ من كبريتيد الهيدروجين من الغاز.
• خصائص الأولوية. تتميز محاليل الأمين المائية بأكثر اللزوجة قبولاً وكثافة البخار والاستقرار الحراري والكيميائي والقدرة الحرارية المنخفضة. توفر خصائصها أفضل مسار لعملية الامتصاص.
• لا سمية للمواد التفاعلية. هذه حجة مهمة مقنعة باللجوء بشكل خاص إلى طريقة الأمين.
• الانتقائية. الجودة المطلوبة للامتصاص الانتقائي. يوفر إمكانية تنفيذ التفاعلات اللازمة بالتسلسل بالترتيب المطلوب للحصول على أفضل نتيجة بالتسلسل.

تشتمل الإيثانولامينات المستخدمة في تنفيذ الطرق الكيميائية لتنظيف الغاز من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون على مونو إيثانول أمين (MEA) ، دايثانولامين (DEA) ، ثلاثي إيثانول أمين (TEA). علاوة على ذلك ، يتم التخلص من المواد ذات البادئات الأحادية والثنائية من الغاز و H₂S و CO₂. لكن الخيار الثالث يساعد على إزالة كبريتيد الهيدروجين فقط.

عند إجراء التنظيف الانتقائي للوقود الأزرق ، يتم استخدام methyldiethanolamines (MDEA) و diglycolamines (DHA) و diisopropanolamines (DIPA). ماص انتقائية تستخدم بشكل رئيسي في الخارج.

بطبيعة الحال ، ممتصات مثالية تلبي جميع متطلبات التنظيف قبل تسليمها إلى النظام. تسخين الغاز وتوريد المعدات الأخرى غير موجود حتى الآن. كل مذيب له بعض المزايا مع السلبيات. عند اختيار مادة تفاعلية ، فإنها تحدد ببساطة أنسب سلسلة مقترحة.

مبدأ التثبيت النموذجي

الامتصاص الأقصى فيما يتعلق بـ H₂يتميز S بمحلول أحادي الإيثانول أمين. ومع ذلك ، فإن هذا الكاشف له عيوب كبيرة. يتميز بضغط مرتفع إلى حد ما والقدرة على إنشاء مركبات لا رجعة فيها مع أول أكسيد الكربون أثناء تشغيل وحدة تنقية غاز الأمين.

يتم التخلص من الطرح الأول عن طريق الغسيل ، ونتيجة لذلك يتم امتصاص بخار الأمين جزئيًا. والثاني نادر في معالجة الغازات الحقلية.

يتم اختيار تركيز محلول مائي من monoethanolamine تجريبيا ، على أساس الدراسات التي أجريت يؤخذ لتنقية الغاز من مجال معين. يأخذ اختيار نسبة الكاشف في الاعتبار قدرته على تحمل التأثيرات العدوانية لكبريتيد الهيدروجين على المكونات المعدنية للنظام.

عادة ما يتراوح المحتوى الماص القياسي بين 15 و 20٪. ومع ذلك ، غالبًا ما يحدث أن يتم زيادة التركيز إلى 30 ٪ أو ينخفض ​​إلى 10 ٪ ، اعتمادًا على مدى ارتفاع درجة التنقية. على سبيل المثال لأي غرض ، في التدفئة أو في إنتاج مركبات البوليمر ، سيتم استخدام الغاز.

لاحظ أنه مع زيادة تركيز المركبات الأمينية ، ينخفض ​​تآكل كبريتيد الهيدروجين. ولكن يجب أن نأخذ في الاعتبار أنه في هذه الحالة يزيد استهلاك الكاشف. وبالتالي ترتفع تكلفة الغاز التجاري المنقى.

الوحدة الرئيسية لمحطة المعالجة هي ممتص صفيحة أو صنف مركب. هذا عبارة عن أنبوب اختبار موجه ، عموديًا ، يشبه أنبوبًا أو جهازًا مزودًا بفوهات أو صفائح موجودة بداخله. في الجزء السفلي يوجد مدخل لتوريد خليط الغاز الخام ، في الأعلى يوجد مخرج إلى جهاز الغسيل.

إذا كان الغاز المراد تنظيفه في المنشأة تحت ضغط كافٍ لكي ينتقل الكاشف إلى المبادل الحراري ومن ثم إلى عمود التقطير ، تحدث العملية بدون مشاركة المضخة. إذا لم يكن الضغط كافيًا للعملية ، يتم تحفيز التدفق من خلال تقنية الضخ

يتم ضخ تدفق الغاز بعد المرور عبر فاصل المدخل في الجزء السفلي من جهاز الامتصاص. ثم يمر من خلال لوحات أو فوهات تقع في منتصف الغلاف ، حيث تستقر الملوثات. يتم فصل الفوهات ، المبللة تمامًا بمحلول أمين ، بالشبكات لتوزيع الكاشف بشكل موحد.

علاوة على ذلك ، يتم إرسال الوقود الأزرق الذي تم تنظيفه من الشوائب إلى جهاز التنظيف. يمكن توصيل هذا الجهاز في دائرة المعالجة بعد الامتصاص أو يقع في الجزء العلوي.

يتدفق المحلول المستنفد إلى أسفل جدران جهاز الامتصاص ويتم إرساله إلى عمود التقطير - متجرد بمرجل. هناك ، يتم تنقية المحلول من الملوثات الممتصة بواسطة الأبخرة المنبعثة من الماء المغلي من أجل العودة إلى التركيب.

مجدد ، أي التخلص من مركبات كبريتيد الهيدروجين ، يتدفق المحلول إلى المبادل الحراري. في ذلك ، يتم تبريد السائل أثناء نقل الحرارة إلى الجزء التالي من المحلول الملوث ، وبعد ذلك يتم ضخه في الثلاجة بواسطة المضخة للتبريد الكامل وتكثيف البخار.

يتم تغذية المحلول المبرد مرة أخرى في جهاز الامتصاص. لذا يدور الكاشف من خلال التثبيت. كما يتم تبريد أبخرةها وتنقيتها من الشوائب الحمضية ، وبعد ذلك تقوم بتجديد إمداد الكاشف.

في معظم الأحيان ، يتم استخدام مخططات تنقية الغاز مع monoethanolamine و diethanolamine. هذه الكواشف تجعل من الممكن استخراج ليس فقط كبريتيد الهيدروجين ، ولكن أيضًا ثاني أكسيد الكربون من تكوين الوقود الأزرق

إذا كان من الضروري إجراء إزالة متزامنة لثاني أكسيد الكربون من الغاز المعالج₂ و H₂S ، يتم تنفيذ التنظيف على مرحلتين. يتكون من استخدام حلين يختلفان في التركيز. هذا الخيار أكثر اقتصادا من التنظيف على مرحلة واحدة.

أولاً ، يتم تنظيف الوقود الغازي بتركيبة قوية بمحتوى كاشف 25-35٪. ثم يتم معالجة الغاز بمحلول مائي ضعيف ، حيث تكون المادة الفعالة فقط 5-12 ٪. ونتيجة لذلك ، يتم إجراء التنظيف الخشن والناعم مع الحد الأدنى من معدل تدفق المحلول والاستخدام الرشيد للحرارة المتولدة.

أربعة خيارات لعلاج الألكونولامين

الكانولامين أو الكحولات الأمينية هي مواد لا تحتوي فقط على مجموعة أمين ، ولكن أيضًا مجموعة هيدروكسي.

يختلف جهاز وتكنولوجيا تنقية الغاز الطبيعي بألكانولامين بشكل رئيسي في طريقة توريد مادة ماصة. في معظم الأحيان ، يتم استخدام أربع طرق أساسية في تنقية الغاز باستخدام هذا النوع من الأمين.

الطريقة الأولى. يحدد تدفق الحل النشط في تيار واحد من الأعلى. يتم إرسال كامل كمية المادة الماصة إلى اللوحة العلوية للتثبيت. تحدث عملية التنظيف على خلفية درجة حرارة لا تزيد عن 40 درجة مئوية.

تتضمن أبسط طريقة تنظيف تزويد المحلول النشط في تيار واحد. يتم استخدام هذه التقنية إذا كان هناك كمية صغيرة من الشوائب في الغاز.

تستخدم هذه التقنية عادة للتلوث البسيط بمركبات كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. التأثير الحراري الإجمالي لإنتاج الغاز التجاري في هذه الحالة ، كقاعدة عامة ، منخفض.

الطريقة الثانية. يستخدم خيار التنظيف هذا لمستويات عالية من مركبات كبريتيد الهيدروجين في الوقود الغازي.

يتم تغذية الحل التفاعلي في هذه الحالة في تيارين. يتم إرسال الجزء الأول ، الذي يبلغ حجمه حوالي 65-75 ٪ من الكتلة الإجمالية ، إلى منتصف التثبيت ، ويتم تسليم الثاني من الأعلى.

يتدفق محلول الأمين إلى أسفل الألواح ويلتقي بتدفقات الغاز الصاعدة التي يتم ضخها على اللوحة السفلية للوحدة الماصة. قبل التقديم ، يتم تسخين المحلول إلى ما لا يزيد عن 40 درجة مئوية ، ولكن أثناء تفاعل الغاز مع الأمين ، ترتفع درجة الحرارة بشكل كبير.

من أجل منع كفاءة التنظيف من السقوط بسبب زيادة درجة الحرارة ، تتم إزالة الحرارة الزائدة مع المحلول المستهلك المشبع بكبريتيد الهيدروجين. وفي الجزء العلوي من التثبيت ، يتم تبريد التيار لاستخراج المكونات الحمضية المتبقية مع المكثفات.

تحدد الطريقة الثانية والثالثة من الطرق الموصوفة سلفًا تدفق المحلول الماص في تيارين. في الحالة الأولى ، يتم توفير الكاشف في نفس درجة الحرارة ؛ وفي الحالة الثانية ، يكون مختلفًا

هذه طريقة اقتصادية لتقليل استهلاك الطاقة والحل النشط. لا يتم إجراء تدفئة إضافية في أي مرحلة. من حيث الجوهر التكنولوجي ، فهو عبارة عن تنقية من مستويين ، توفر الفرصة بأقل خسارة لإعداد الغاز التجاري للإمداد إلى الطريق السريع.

الطريق الثالث. يفترض إمداد جهاز الامتصاص لمحطة التنظيف في تيارين بدرجات حرارة مختلفة. يتم تطبيق الطريقة إذا كان هناك أيضًا CS في الغاز الخام بالإضافة إلى كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون₂و COS.

يتم تسخين الجزء الغالب من جهاز الامتصاص ، حوالي 70-75٪ ، إلى 60-70 درجة مئوية ، والجزء المتبقي فقط إلى 40 درجة مئوية. يتم تغذية التدفقات إلى جهاز الامتصاص بالطريقة نفسها كما في الحالة الموضحة أعلاه: من الأعلى وفي المنتصف.

إن تكوين منطقة ذات درجة حرارة عالية يجعل من الممكن إزالة الشوائب العضوية بسرعة وفعالية من كتلة الغاز في أسفل عمود التنظيف. في الأعلى ، يتم ترسيب ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين مع أمين درجة حرارة قياسية.

الطريق الرابع. تحدد هذه التقنية توريد محلول مائي من الأمين في تيارين بدرجات مختلفة من التجدد. أي أنه يتم توفير واحد غير مكرر ، يحتوي على شوائب كبريتيد الهيدروجين ، والثاني بدونها.

لا يمكن استدعاء التيار الأول ملوث بالكامل. يحتوي فقط جزئيًا على مكونات حمضية ، لأن بعضها يتم إزالته أثناء التبريد إلى + 50 درجة مئوية / + 60 درجة مئوية في المبادل الحراري. يتم أخذ تيار المحلول هذا من الفوهة السفلية للمُعرية ، ويتم تبريده وإرساله إلى الجزء الأوسط من العمود.

مع محتوى كبير من كبريتيد الهيدروجين ومكونات الكربون في الوقود الغازي ، يتم التنظيف باستخدام تيارين من المحاليل بدرجات مختلفة من التجديد

يمر الجزء الوحيد من المحلول الذي يتم ضخه في القطاع العلوي من التثبيت من خلال التنظيف العميق. عادة لا تتجاوز درجة حرارة هذا التيار 50 درجة مئوية. يتم إجراء تنظيف دقيق للوقود الغازي هنا. يقلل هذا التصميم من التكاليف بنسبة 10٪ على الأقل عن طريق تقليل استهلاك البخار.

من الواضح أن طريقة التنظيف يتم اختيارها بناءً على وجود ملوثات عضوية وجدوى اقتصادية. على أي حال ، تسمح لك مجموعة متنوعة من التقنيات باختيار الخيار الأفضل. في نفس وحدة معالجة غاز الأمين ، يمكن أن تختلف درجة التنقية ، وتنتج وقودًا أزرقًا بالوقود المناسب للعمل غلايات الغازخصائص ومواقد وسخانات.

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

سيطلعك الفيديو التالي على تفاصيل استخراج كبريتيد الهيدروجين من الغاز المصاحب المستخرج بالزيت من بئر نفط:

سيقدم تركيب تنقية الوقود الأزرق من كبريتيد الهيدروجين مع إنتاج عنصر الكبريت لمزيد من المعالجة الفيديو:

سيخبرك مؤلف هذا الفيديو عن كيفية التخلص من الغازات الحيوية من كبريتيد الهيدروجين في المنزل.

يتم اختيار طريقة تنقية الغاز في المقام الأول نحو حل مشكلة معينة. لدى الفنان طريقتان: اتباع نمط مثبت أو تفضيل شيء جديد. ومع ذلك ، يجب أن يظل المبدأ التوجيهي الرئيسي هو الجدوى الاقتصادية مع الحفاظ على الجودة والحصول على الدرجة المطلوبة من المعالجة.