Purificarea gazelor amine din sulfura de hidrogen: principiu, opțiuni eficiente și scheme de instalare

Gazul natural produs din câmpurile pentru livrarea către consumator prin conducte conține compuși de sulf în proporții diferite. Dacă nu sunt eliminate, substanțele agresive vor distruge conducta și vor face inutilizabile accesoriile. În plus, toxinele sunt eliberate în timpul arderii combustibilului albastru poluat.

Pentru a evita consecințele negative, se efectuează o purificare a gazelor aminice din hidrogen sulfurat. Acesta este cel mai simplu și 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 amenajată și funcționată stația de tratare.

Scopul tratării combustibililor fosili

Gazul este cel mai popular tip de combustibil. Atrage cel mai accesibil preț și cauzând cele mai mici daune mediului. Avantajele incontestabile includ simplitatea controlului procesului de ardere și capacitatea de a asigura toate etapele procesării combustibilului în procesul de obținere a energiei termice.

Cu toate acestea, fosila gazoasă naturală nu este extrasă în forma sa pură, deoarece simultan cu extragerea gazului din puț, compușii organici asociați sunt pompați. Cea mai frecventă dintre acestea este hidrogenul sulfurat, al cărui conținut variază de la zecimi până la zece sau mai multe procente, în funcție de câmp.

Sulfura de hidrogen este toxică, dăunătoare mediului înconjurător, dăunătoare pentru catalizatorii folosiți în procesarea gazelor. După cum am menționat deja, acest compus organic este extrem de agresiv în ceea ce privește conductele de oțel și supapele metalice.

În mod natural, corodarea sistemului privat și gaz principal, sulfura de hidrogen duce la scurgeri de combustibil albastru și situații extrem de negative, riscante asociate cu acest fapt. Pentru a proteja consumatorul, compușii nesănătoși sunt eliminați din compoziția combustibilului gazos înainte de a fi livrat pe autostradă.

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

Metode existente pentru separarea hidrogen sulfuratului

Pe lângă hidrogenul sulfurat care prevalează împotriva altor impurități, alți compuși nocivi pot fi, de asemenea, conținuți în combustibil albastru. Puteți găsi în el dioxid de carbon, mercaptani ușori și sulfură de carbon. Dar hidrogenul sulfurat va predomina întotdeauna.

Este demn de remarcat faptul că un anumit conținut nesemnificativ de compuși cu sulf în combustibil gazos purificat este acceptabil. Cifra de toleranță specifică depinde de scopul pentru care este produs gazul. De exemplu, pentru producerea de oxid de etilenă, conținutul total de sulf trebuie să fie mai mic de 0,0001 mg / m³.

Se alege metoda de curățare, cu accent pe rezultatul dorit.

Toate metodele existente sunt împărțite în două grupuri:

• Sorbția. Ele constau în absorbția compușilor cu hidrogen sulfurat de către un reactiv solid (adsorbție) sau lichid (absorbție) cu eliberarea ulterioară a sulfului sau a derivaților săi. După aceea, impuritățile nocive extrase din compoziția gazelor sunt eliminate sau reciclate.
• Catalitică. Ele constau în oxidarea sau reducerea sulfurii de hidrogen cu transformarea acesteia în sulf elementar.Procesul este implementat în prezența catalizatorilor - substanțe care stimulează cursul unei reacții chimice.

Adsorbția implică colectarea sulfurii de hidrogen prin concentrarea acesteia pe suprafața unui solid. Cel mai adesea, materialele granulare pe bază de carbon activat sau oxid de fier sunt implicate în procesul de adsorbție. Suprafața specifică mare a boabelor contribuie la retenția maximă a moleculelor de sulf.

Toate metodele de purificare a combustibilului albastru sunt împărțite în sorbație și catalitice. Echipamentul de curățare este orientat către principiul funcționării unei anumite tehnologii. Cu toate acestea, există instalații în care sunt combinate mai multe metode, datorită cărora se efectuează curățări complexe

Tehnologia de absorbție este caracterizată prin aceea că, în substanța lichidă activă, se dizolvă impurități gazoase cu hidrogen sulfurat. Drept urmare, poluarea gazoasă trece în faza lichidă. Apoi componentele dăunătoare selectate sunt îndepărtate prin evaporare, altfel desorbție, prin această metodă sunt eliminate din lichidul reactiv.

În ciuda faptului că tehnologia de adsorbție aparține „proceselor uscate” și permite purificarea fină a combustibilului albastru, absorbția este utilizată cel mai adesea pentru a elimina contaminanții din gazele naturale. Colectarea și eliminarea compușilor cu hidrogen sulfurat folosind absorbante de lichide este mai profitabilă și mai potrivită.

Cel mai popular tip de adsorber este carbonul activ, utilizat sub formă de capsule sau boabe. Suprafața fiecărui element „absoarbe” sulfura de hidrogen și alte impurități organice

Metodele de absorbție utilizate în epurarea gazelor sunt împărțite în următoarele trei grupe:

• Chimice. Produs folosind solvenți care reacționează liber cu poluanții acide cu hidrogen sulfurat. Etanolaminele sau alcanaminele au cea mai mare capacitate de absorbție în rândul sorbanților chimici.
• fizic. Se realizează prin dizolvarea fizică a sulfurii gazoase într-un absorbant de lichide. Mai mult, cu cât este mai mare presiunea parțială a poluantului gazos, cu atât procesul de dizolvare este mai rapid. Metanolul, carbonatul de propilenă etc. sunt utilizate aici ca absorbant.
• combinate. În versiunea mixtă a extracției de hidrogen sulfurat, sunt implicate ambele tehnologii. Lucrarea principală este realizată prin absorbție, iar tratamentul terțiar fin este realizat de adsorbanți.

Timp de jumătate de secol, cea mai populară și populară tehnologie pentru extragerea și îndepărtarea sulfurii de hidrogen și a acidului carbonic din combustibilii naturali a fost purificarea chimică a gazului folosind un sorbent aminic folosit sub formă de soluție apoasă.

Metodele de sorbiere pentru curățarea combustibililor naturali se bazează pe capacitatea substanțelor solide și lichide de a reacționa cu hidrogen sulfurat și alte impurități organice, prin separarea lor de gaz

Tehnologia Amine este mai potrivită pentru procesarea volumelor mari de gaz, deoarece:

• Lipsa deficitului. Reactivii pot fi cumpărați întotdeauna în volumul necesar pentru curățare.
• Absorbție acceptabilă. Aminele sunt caracterizate prin capacitate mare de absorbție. Dintre toate substanțele utilizate, numai acestea sunt capabile să îndepărteze 99,9% hidrogen sulfurat din gaz.
• Caracteristici prioritare. Soluțiile apoase amine se disting prin cea mai acceptabilă vâscozitate, densitate de vapori, stabilitate termică și chimică, capacitate redusă de căldură. Caracteristicile lor oferă cel mai bun curs al procesului de absorbție.
• Fără toxicitate a substanțelor reactive. Acesta este un argument important care convinge să recurgă în mod specific la metoda amină.
• Selectivitatea. Calitate necesară pentru absorbția selectivă. Oferă posibilitatea de a efectua secvențial reacțiile necesare în ordinea necesară pentru un rezultat optim.

Etanolaminele utilizate în realizarea metodelor chimice pentru curățarea gazelor din hidrogen sulfurat și dioxid de carbon includ monoetanolamine (MEA), dietanolamine (DEA), trietanolamine (TEA). Mai mult, substanțele cu prefixele mono și di- sunt eliminate din gaz și H₂S, și CO₂. Dar a treia opțiune ajută la eliminarea numai a hidrogenului sulfurat.

Atunci când efectuați curățarea selectivă a combustibilului albastru, se utilizează metildetanolaminele (MDEA), digliccolaminele (DHA) și diizopropanolaminele (DIPA). Absorbantele selective sunt utilizate mai ales în străinătate.

În mod natural, absorbanții ideali care îndeplinesc toate cerințele de curățare înainte de a fi livrați în sistem. încălzire cu gaz iar furnizarea altor echipamente nu există încă. Fiecare solvent are câteva avantaje împreună cu minusurile. Atunci când aleg o substanță reactivă, ei determină pur și simplu cea mai potrivită din seria propusă.

Principiul tipic de instalare

Absorbție maximă față de H₂S se caracterizează printr-o soluție de monoetanolamină. Cu toate acestea, acest reactiv prezintă câteva dezavantaje semnificative. Se caracterizează prin presiune destul de mare și capacitatea de a crea compuși ireversibili cu monoxid de carbon în timpul funcționării unității de purificare a gazului aminic.

Primul minus este eliminat prin spălare, în urma căruia vaporii de amină sunt parțial absorbiți. Al doilea este rar în procesarea gazelor de câmp.

Concentrația unei soluții apoase de monoetanolamină este selectată empiric, pe baza studiilor efectuate, este luată pentru purificarea gazului dintr-un câmp specific. Selecția procentului de reactiv ia în considerare capacitatea sa de a rezista la efectele agresive ale sulfurii de hidrogen asupra componentelor metalice ale sistemului.

Conținutul de absorbție standard se situează, de obicei, între 15 și 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. Ie în ce scop, în încălzirea sau în producția de compuși polimeri, se va utiliza gaz.

Rețineți că, odată cu creșterea concentrației compușilor aminici, corodivitatea sulfurii de hidrogen scade. Dar trebuie să avem în vedere că în acest caz consumul de reactiv crește. În consecință, costul gazelor comerciale purificate crește.

Unitatea principală a stației de tratare este un amortizor al unei plăci sau a unui soi montat. Acesta este un aparat orientat vertical, asemănător cu o eprubetă, un aparat cu duze sau plăci amplasate în interior. În partea sa inferioară există o intrare pentru furnizarea amestecului de gaz netratat, în partea de sus se află o ieșire la scrubber.

Dacă gazul care va fi curățat în instalație este sub presiune suficientă pentru ca reactivul să treacă în schimbătorul de căldură și apoi în coloana de distilare, procesul are loc fără participarea unei pompe. Dacă presiunea nu este suficientă pentru proces, debitul este stimulat prin tehnica de pompare

Fluxul de gaz după trecerea prin separatorul de admisie este pompat în secțiunea inferioară a absorbantului. Apoi trece prin plăci sau duze amplasate în mijlocul carcasei, pe care se instalează contaminanții. Duzele, umezite complet cu o soluție amină, sunt separate prin grătare pentru distribuirea uniformă a reactivului.

Mai departe, combustibilul albastru curățat de impurități este trimis la spălător. Acest dispozitiv poate fi conectat în circuitul de prelucrare după absorbant sau situat în partea superioară a acestuia.

Soluția uzată curge pe pereții absorbantului și este trimisă în coloana de distilare - un stripper cu un cazan. Acolo, soluția este purificată de contaminanții absorbiți de vaporii degajați prin apă clocotită pentru a reveni la instalație.

Regenerat, adică scăpând de compuși cu hidrogen sulfurat, soluția curge în schimbătorul de căldură. În el, lichidul este răcit în timpul transferului de căldură în următoarea porțiune a soluției contaminate, după care este pompat în frigider de către pompă pentru răcirea completă și condensarea aburului.

Soluția absorbantă răcită este din nou introdusă în absorbant. Deci, reactivul circulă prin instalație. Vaporii săi sunt de asemenea răciți și purificați de impuritățile acide, după care reaprovizionează reactivul.

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

Dacă este necesar să se efectueze îndepărtarea simultană a CO din gazul prelucrat₂ și H₂S, se efectuează curățare în două etape. Ea constă în utilizarea a două soluții care diferă în concentrație. Această opțiune este mai economică decât curățarea cu o singură etapă.

În primul rând, combustibilul gazos este curățat cu o compoziție puternică, cu un conținut de reactiv de 25-35%. Apoi, gazul este tratat cu o soluție apoasă slabă, în care substanța activă este doar 5-12%. Drept urmare, atât curățarea grosieră cât și cea fină se efectuează cu un debit minim al soluției și utilizarea rațională a căldurii generate.

Patru opțiuni de tratament cu alkonolamina

Alkanolaminele sau amino alcoolii sunt substanțe care conțin nu numai o grupă amină, ci și o grupare hidroxi.

Aparatul și tehnologia pentru purificarea gazelor naturale cu alcanaminele diferă în principal în modul în care este alimentat absorbantul. Cel mai adesea, patru metode de bază sunt utilizate în purificarea gazelor folosind acest tip de amină.

Prima cale. Determină fluxul soluției active într-un flux de sus. Întreaga cantitate de absorbant este trimisă pe placa superioară a instalației. Procesul de curățare are loc pe un fond de temperatură nu mai mare de 40ºС.

Cea mai simplă metodă de curățare presupune furnizarea soluției active într-un singur flux. Această tehnică este utilizată dacă există o cantitate mică de impurități în gaz.

Această tehnică este de obicei folosită pentru contaminarea minoră cu compuși de sulfură de hidrogen și dioxid de carbon. Efectul termic total pentru producția de gaz comercial în acest caz, de regulă, este scăzut.

Al doilea mod. Această opțiune de curățare este utilizată pentru un nivel ridicat de compuși cu hidrogen sulfurat în combustibili gazoși.

Soluția de reacție în acest caz este alimentată în două fluxuri. Prima, cu un volum de aproximativ 65-75% din masa totală, este trimisă la mijlocul instalației, a doua este livrată de sus.

Soluția amină curge pe plăci și întâlnește fluxuri de gaz ascendente care sunt pompate pe placa de jos a sistemului absorbant. Înainte de servire, soluția este încălzită la nu mai mult de 40 ° C, dar în timpul interacțiunii gazului cu amina, temperatura crește semnificativ.

Pentru a preveni căderea eficienței de curățare din cauza creșterii temperaturii, excesul de căldură este îndepărtat împreună cu soluția uzată saturată cu hidrogen sulfurat. Și în partea de sus a instalației, fluxul este răcit pentru a extrage componente acide reziduale împreună cu condensul.

A doua și a treia dintre metodele descrise predetermina fluxul soluției absorbante în două fluxuri. În primul caz, reactivul este furnizat la aceeași temperatură, în al doilea, este diferit

Acesta este un mod economic de a reduce consumul de energie și de soluție activă. Încălzirea suplimentară nu se efectuează în nicio etapă. În ceea ce privește esența tehnologică, este vorba de o purificare pe două niveluri, care oferă cea mai mică pierdere pentru a pregăti gazele comerciale pentru furnizarea autostrăzii.

A treia cale. Presupune furnizarea absorbantului la instalația de curățare în două fluxuri de temperaturi diferite. Metoda se aplică dacă, pe lângă hidrogen sulfurat și dioxid de carbon, există și CS în gazul brut₂, și COS.

Partea predominantă a absorbantului, aproximativ 70-75%, este încălzită la 60-70 ° C, iar fracția rămasă doar la 40 ° C. Fluxurile sunt introduse în absorbant în același mod ca în cazul descris mai sus: de sus și de mijloc.

Formarea unei zone cu o temperatură ridicată face posibilă îndepărtarea rapidă și eficientă a impurităților organice din masa de gaz din partea inferioară a coloanei de curățare. În vârf, dioxidul de carbon și sulfura de hidrogen sunt precipitate cu o amină de temperatură standard.

A patra cale. Această tehnologie determină furnizarea unei soluții apoase de amină în două fluxuri cu grade diferite de regenerare. Adică, unul este furnizat neterminat, conținând incluziuni cu hidrogen sulfurat, al doilea fără ele.

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

Cu un conținut semnificativ de sulfură de hidrogen și componente de carbon în combustibili gazoși, curățarea se realizează cu două fluxuri de soluție cu grade diferite de regenerare

Doar partea din soluția care este pompată în sectorul superior al instalației trece prin curățare profundă. Temperatura acestui curent nu depășește, de obicei, 50 ° C. Curățarea fină a combustibililor gazoși se efectuează aici. Acest design reduce costurile cu cel puțin 10% prin reducerea consumului de abur.

Este clar că metoda de curățare este aleasă pe baza prezenței poluanților organici și a fezabilității economice. În orice caz, o varietate de tehnologii vă permite să alegeți cea mai bună opțiune. În aceeași unitate de tratare a gazelor amine, gradul de purificare poate fi variat, producând combustibil albastru cu cele potrivite pentru muncă cazane pe gaz, sobe, caracteristici de încălzire.

Concluzii și video util pe această temă

Următorul videoclip vă va familiariza cu specificul extragerii sulfurii de hidrogen din gazul asociat extras cu uleiul dintr-un puț de petrol:

Instalarea de purificare a combustibilului albastru din hidrogen sulfurat cu producerea de sulf elementar pentru prelucrarea ulterioară va prezenta videoclipul:

Autorul acestui videoclip vă va spune despre cum să scăpați de biogaz din hidrogen sulfurat acasă.

Alegerea metodei de purificare a gazelor este orientată în primul rând către rezolvarea unei probleme specifice. Artistul are două moduri: să urmeze un model dovedit sau să prefere ceva nou. Cu toate acestea, orientarea principală ar trebui să fie în continuare fezabilitatea economică, păstrând calitatea și obținând gradul dorit de prelucrare.