Purificación de gas amina a partir de sulfuro de hidrógeno: principio, opciones efectivas y esquemas de instalación

El gas natural producido en los campos para su entrega al consumidor a través de las tuberías contiene compuestos de azufre en diferentes proporciones. Si no se eliminan, las sustancias agresivas destruirán la tubería y dejarán inutilizables los accesorios. Además, se liberan toxinas durante la combustión del combustible azul contaminado.

Para evitar consecuencias negativas, se realiza una purificación de gas amina a partir de sulfuro de hidrógeno. Esta es la forma más fácil y económica de separar los componentes dañinos de los combustibles fósiles. Le diremos cómo se produce el proceso de separación de las inclusiones de azufre, cómo se organiza y funciona la planta de tratamiento.

Propósito del tratamiento de combustibles fósiles.

El gas es el tipo de combustible más popular. Atrae el precio más asequible y causa el menor daño al medio ambiente. Las ventajas indiscutibles incluyen la simplicidad de controlar el proceso de combustión y la capacidad de asegurar todas las etapas del procesamiento de combustible en el proceso de obtención de energía térmica.

Sin embargo, el fósil gaseoso natural no se extrae en su forma pura, porque simultáneamente con la extracción de gas del pozo, se bombean compuestos orgánicos asociados. El más común de estos es el sulfuro de hidrógeno, cuyo contenido varía de décimas a diez o más por ciento, dependiendo del campo.

El sulfuro de hidrógeno es tóxico, nocivo para el medio ambiente, nocivo para los catalizadores utilizados en el procesamiento de gases. Como ya hemos señalado, este compuesto orgánico es extremadamente agresivo con respecto a las tuberías de acero y las válvulas de metal.

Naturalmente, corroyendo el sistema privado y tubería de gas, el sulfuro de hidrógeno conduce a fugas de combustible azul y a las situaciones extremadamente negativas y riesgosas asociadas con este hecho. Para proteger al consumidor, los compuestos no saludables se eliminan de la composición del combustible gaseoso antes de ser entregado a la carretera.

De acuerdo con los estándares de los compuestos de sulfuro de hidrógeno, el gas transportado a través de tuberías no puede exceder 0.02 g / m³. Sin embargo, de hecho hay mucho más. Para alcanzar el valor regulado por GOST 5542-2014, se requiere limpieza.

Métodos existentes para separar el sulfuro de hidrógeno.

Además del sulfuro de hidrógeno que prevalece contra otras impurezas, otros compuestos nocivos también pueden estar contenidos en el combustible azul. Puede encontrar en él dióxido de carbono, mercaptanos ligeros y sulfuro de carbono. Pero el sulfuro de hidrógeno en sí mismo siempre prevalecerá.

Vale la pena señalar que es aceptable un contenido insignificante de compuestos de azufre en el combustible gaseoso purificado. La cifra de tolerancia específica depende del propósito para el cual se produce el gas. Por ejemplo, para la producción de óxido de etileno, el contenido total de azufre debe ser inferior a 0,0001 mg / m³.

Se elige el método de limpieza, centrándose en el resultado deseado.

Todos los métodos existentes se dividen en dos grupos:

• Sorción Consisten en la absorción de compuestos de sulfuro de hidrógeno por un reactivo sólido (adsorción) o líquido (absorción) con la posterior liberación de azufre o sus derivados. Después de eso, las impurezas nocivas extraídas de la composición del gas se eliminan o reciclan.
• Catalítico. Consisten en la oxidación o reducción del sulfuro de hidrógeno con su conversión a azufre elemental.El proceso se implementa en presencia de catalizadores, sustancias que estimulan el curso de una reacción química.

La adsorción implica la recolección de sulfuro de hidrógeno al concentrarlo en la superficie de un sólido. Muy a menudo, los materiales granulares basados ​​en carbón activado u óxido de hierro están involucrados en el proceso de adsorción. La gran superficie específica característica de los granos contribuye a la máxima retención de moléculas de azufre.

Todos los métodos de purificación de combustible azul se dividen en sorción y catalíticos. El equipo de limpieza está orientado al principio de funcionamiento de una determinada tecnología. Sin embargo, hay instalaciones en las que se combinan varios métodos, debido a que se realiza una limpieza compleja

La tecnología de absorción se caracteriza porque las impurezas gaseosas de sulfuro de hidrógeno se disuelven en la sustancia líquida activa. Como resultado, los contaminantes gaseosos pasan a la fase líquida. Luego, los componentes dañinos seleccionados se eliminan por evaporación, de lo contrario, por desorción, por este método se eliminan del líquido reactivo.

A pesar de que la tecnología de adsorción pertenece a los "procesos secos" y permite la purificación fina del combustible azul, la absorción se usa con mayor frecuencia en la eliminación de contaminantes del gas natural. La recolección y eliminación de compuestos de sulfuro de hidrógeno usando absorbentes líquidos es más rentable y apropiada.

El tipo de adsorbente más popular es el carbón activado, que se usa en forma de cápsulas o granos. La superficie de cada elemento "absorbe" sulfuro de hidrógeno y otras impurezas orgánicas

Los métodos de absorción utilizados en la purificación de gases se dividen en los siguientes tres grupos:

• Química Producido utilizando solventes que reaccionan libremente con contaminantes ácidos de sulfuro de hidrógeno. Las etanolaminas o alcanolaminas tienen la mayor capacidad de absorción entre los sorbentes químicos.
• Fisico. Realizado por disolución física de sulfuro de hidrógeno gaseoso en un absorbente líquido. Además, cuanto mayor es la presión parcial del contaminante gaseoso, más rápido es el proceso de disolución. El metanol, el carbonato de propileno, etc. se usan aquí como absorbente.
• Combinado. En la versión mixta de la extracción de sulfuro de hidrógeno, ambas tecnologías están involucradas. El trabajo principal se lleva a cabo por absorción, y el tratamiento terciario fino se lleva a cabo mediante adsorbentes.

Durante medio siglo, la tecnología más popular y popular para la extracción y eliminación de sulfuro de hidrógeno y ácido carbónico de los combustibles naturales ha sido la purificación química del gas utilizando un sorbente de amina utilizado en forma de una solución acuosa.

Los métodos de sorción para limpiar combustibles naturales se basan en la capacidad de las sustancias sólidas y líquidas de reaccionar con sulfuro de hidrógeno y otras impurezas orgánicas, separándolas del gas.

La tecnología de amina es más adecuada para procesar grandes volúmenes de gas, porque:

• Falta de déficit. Los reactivos siempre se pueden comprar en el volumen requerido para la limpieza.
• Absorción Aceptable Las aminas se caracterizan por una alta capacidad de absorción. De todas las sustancias utilizadas, solo ellas pueden eliminar el 99,9% de sulfuro de hidrógeno del gas.
• Características prioritarias. Las soluciones de aminas acuosas se distinguen por la viscosidad más aceptable, la densidad de vapor, la estabilidad térmica y química y la baja capacidad térmica. Sus características proporcionan el mejor curso del proceso de absorción.
• Sin toxicidad de sustancias reactivas. Este es un argumento importante convincente para recurrir específicamente al método de la amina.
• Selectividad Calidad requerida para la absorción selectiva. Proporciona la posibilidad de llevar a cabo secuencialmente las reacciones necesarias en el orden requerido para un resultado óptimo.

Las etanolaminas utilizadas en la realización de métodos químicos para limpiar el gas del sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono incluyen monoetanolaminas (MEA), dietanolaminas (DEA), trietanolaminas (TEA). Además, las sustancias con prefijos mono y di se eliminan del gas y el H₂S y CO₂. Pero la tercera opción ayuda a eliminar solo el sulfuro de hidrógeno.

Cuando se realiza una limpieza selectiva de combustible azul, se utilizan metildietanolaminas (MDEA), diglicocolaminas (DHA) y diisopropanolaminas (DIPA). Los absorbentes selectivos se utilizan principalmente en el extranjero.

Naturalmente, absorbentes ideales que cumplen con todos los requisitos de limpieza antes de ser entregados al sistema. calefacción de gas y el suministro de otros equipos aún no existe. Cada solvente tiene algunas ventajas junto con desventajas. Al elegir una sustancia reactiva, simplemente determinan la más adecuada de la serie propuesta.

Principio de instalación típico

Absorción máxima con respecto a H₂S se caracteriza por una solución de monoetanolamina. Sin embargo, este reactivo tiene un par de desventajas significativas. Se caracteriza por una presión bastante alta y la capacidad de crear compuestos irreversibles con monóxido de carbono durante el funcionamiento de la unidad de purificación de gas amina.

El primer signo negativo se elimina mediante lavado, como resultado de lo cual el vapor de amina se absorbe parcialmente. El segundo es raro en el procesamiento de gases de campo.

La concentración de una solución acuosa de monoetanolamina se selecciona empíricamente, sobre la base de los estudios realizados, se toma para purificar el gas de un campo específico. La selección del porcentaje de reactivo tiene en cuenta su capacidad para resistir los efectos agresivos del sulfuro de hidrógeno en los componentes metálicos del sistema.

El contenido absorbente estándar generalmente está en el rango de 15 a 20%. Sin embargo, a menudo sucede que la concentración se incrementa al 30% o se reduce al 10%, dependiendo de qué tan alto sea el grado de purificación. Es decir para qué propósito, en el calentamiento o en la producción de compuestos poliméricos, se usará gas.

Tenga en cuenta que con un aumento en la concentración de compuestos de amina, disminuye la corrosividad del sulfuro de hidrógeno. Pero debemos tener en cuenta que en este caso aumenta el consumo de reactivos. En consecuencia, el costo del gas comercial purificado aumenta.

La unidad principal de la planta de tratamiento es un absorbente de una placa o variedad montada. Este es un aparato de orientación vertical, que se asemeja externamente a un tubo de ensayo, un aparato con boquillas o placas ubicadas dentro. En su parte inferior hay una entrada para el suministro de mezcla de gas crudo, en la parte superior hay una salida al depurador.

Si el gas a limpiar en la instalación está bajo presión suficiente para que el reactivo pase al intercambiador de calor y luego a la columna de destilación, el proceso ocurre sin la participación de una bomba. Si la presión no es suficiente para el proceso, la técnica de bombeo estimula el flujo de salida.

El flujo de gas después de pasar a través del separador de entrada se bombea a la sección inferior del absorbedor. Luego pasa a través de placas o boquillas ubicadas en el centro de la carcasa, sobre las cuales se depositan los contaminantes. Las boquillas, completamente humedecidas con una solución de amina, están separadas por rejillas para una distribución uniforme del reactivo.

Además, el combustible azul limpio de impurezas se envía al depurador. Este dispositivo se puede conectar en el circuito de procesamiento después del absorbedor o ubicado en su parte superior.

La solución gastada fluye por las paredes del absorbedor y se envía a la columna de destilación, un separador con una caldera. Allí, la solución se purifica de los contaminantes absorbidos por los vapores liberados por el agua hirviendo para volver a la instalación.

Regenerado, es decir libre de compuestos de sulfuro de hidrógeno, la solución fluye hacia el intercambiador de calor. En él, el líquido se enfría durante la transferencia de calor a la siguiente porción de la solución contaminada, después de lo cual la bomba lo bombea al refrigerador para enfriar y condensar el vapor por completo.

La solución absorbente enfriada se alimenta nuevamente al absorbente. Entonces el reactivo circula a través de la instalación. Sus vapores también se enfrían y purifican a partir de impurezas ácidas, después de lo cual reponen el suministro de reactivo.

Muy a menudo, los esquemas de purificación de gases se usan con monoetanolamina y dietanolamina. Estos reactivos hacen posible extraer no solo sulfuro de hidrógeno, sino también dióxido de carbono de la composición del combustible azul

Si es necesario llevar a cabo la eliminación simultánea de CO del gas procesado₂ y H₂S, se realiza la limpieza en dos etapas. Consiste en el uso de dos soluciones que difieren en concentración. Esta opción es más económica que la limpieza de una sola etapa.

Primero, el combustible gaseoso se limpia con una composición fuerte con un contenido de reactivo de 25-35%. Luego, el gas se trata con una solución acuosa débil, en la que el principio activo es solo del 5-12%. Como resultado, tanto la limpieza gruesa como la fina se realizan con un caudal mínimo de la solución y el uso racional del calor generado.

Cuatro opciones de tratamiento con alcanolamina

Las alcanolaminas o los aminoalcoholes son sustancias que contienen no solo un grupo amina, sino también un grupo hidroxi.

El aparato y la tecnología para purificar el gas natural con alcanolaminas difieren principalmente en el método de suministro de una sustancia absorbente. Muy a menudo, se utilizan cuatro métodos básicos en la purificación de gases utilizando este tipo de amina.

Primera forma. Determina el flujo de la solución activa en una corriente desde arriba. Toda la cantidad de absorbente se envía a la placa superior de la instalación. El proceso de limpieza se produce a una temperatura de fondo no superior a 40ºС.

El método de limpieza más simple consiste en suministrar la solución activa en un solo flujo. Esta técnica se usa si hay una pequeña cantidad de impurezas en el gas.

Esta técnica se usa generalmente para la contaminación menor con compuestos de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. El efecto térmico total para la producción de gas comercial en este caso, por regla general, es bajo.

Segunda forma. Esta opción de limpieza se utiliza para altos niveles de compuestos de sulfuro de hidrógeno en combustibles gaseosos.

La solución reactiva en este caso se alimenta en dos corrientes. El primero, con un volumen de aproximadamente el 65-75% de la masa total, se envía a la mitad de la instalación, el segundo se entrega desde arriba.

La solución de amina fluye por las placas y se encuentra con las corrientes de gas ascendentes que se bombean sobre la placa inferior del sistema absorbente. Antes de servir, la solución se calienta a no más de 40 ° C, pero durante la interacción del gas con la amina, la temperatura aumenta significativamente.

Para evitar que la eficiencia de limpieza disminuya debido al aumento de temperatura, se elimina el exceso de calor junto con la solución gastada saturada con sulfuro de hidrógeno. Y en la parte superior de la instalación, la corriente se enfría para extraer los componentes ácidos residuales junto con el condensado.

El segundo y el tercero de los métodos descritos predetermina el flujo de la solución absorbente en dos corrientes. En el primer caso, el reactivo se suministra a la misma temperatura; en el segundo, es diferente

Esta es una forma económica de reducir el consumo de energía y solución activa. No se realiza calentamiento adicional en ninguna etapa. En términos de esencia tecnológica, es una purificación de dos niveles, que brinda la oportunidad con la menor pérdida para preparar gas comercial para el suministro a la carretera.

Tercera forma. Asume el suministro del absorbedor a la planta de limpieza en dos corrientes de diferentes temperaturas. El método se aplica si, además del sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono, también hay CS en el gas crudo₂y COS.

La parte predominante del absorbedor, aproximadamente 70-75%, se calienta a 60-70 ° C, y la fracción restante solo a 40 ° C. Los flujos se alimentan al absorbedor de la misma manera que en el caso descrito anteriormente: desde arriba y en el medio.

La formación de una zona con una temperatura alta permite eliminar de manera rápida y eficiente las impurezas orgánicas de la masa de gas en el fondo de la columna de limpieza. En la parte superior, el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno se precipitan con una amina de temperatura estándar.

Cuarta forma. Esta tecnología determina el suministro de una solución acuosa de amina en dos corrientes con diferentes grados de regeneración. Es decir, uno se suministra sin refinar, que contiene inclusiones de sulfuro de hidrógeno, el segundo sin ellos.

La primera corriente no se puede llamar completamente contaminada. Solo contiene parcialmente componentes ácidos, porque algunos de ellos se eliminan durante el enfriamiento a + 50º / + 60ºC en el intercambiador de calor. Esta corriente de solución se toma de la boquilla inferior del separador, se enfría y se envía a la parte media de la columna.

Con un contenido significativo de sulfuro de hidrógeno y componentes de carbono en los combustibles gaseosos, la limpieza se lleva a cabo con dos corrientes de solución con diferentes grados de regeneración.

Solo la parte de la solución que se bombea al sector superior de la instalación pasa por una limpieza profunda. La temperatura de esta corriente no suele superar los 50 ° C. Aquí se realiza una limpieza fina de combustibles gaseosos. Este diseño reduce los costos en al menos un 10% al reducir el consumo de vapor.

Está claro que el método de limpieza se elige en función de la presencia de contaminantes orgánicos y la viabilidad económica. En cualquier caso, una variedad de tecnologías le permite elegir la mejor opción. En la misma unidad de tratamiento de gas de amina, el grado de purificación puede variar, produciendo combustible azul con los adecuados para el trabajo. calderas de gas, estufas, calentadores características.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

El siguiente video lo familiarizará con los detalles de extraer sulfuro de hidrógeno del gas asociado extraído con petróleo de un pozo petrolero:

La instalación de purificación de combustible azul de sulfuro de hidrógeno con la producción de azufre elemental para su posterior procesamiento presentará el video:

El autor de este video le contará cómo deshacerse del biogás del sulfuro de hidrógeno en el hogar.

La elección del método de purificación de gas está orientada principalmente a resolver un problema específico. El artista tiene dos formas: seguir un patrón probado o preferir algo nuevo. Sin embargo, la directriz principal debe ser la viabilidad económica mientras se mantiene la calidad y se obtiene el grado deseado de procesamiento.