Пречистване на аминен газ от сероводород: принцип, ефективни опции и инсталационни диаграми

Природният газ, извлечен от находища за доставка до потребителите по тръбопроводи, съдържа серни съединения в различни пропорции.Ако не се отървете от тях, агресивните вещества ще разрушат тръбопровода и ще направят фитингите неизползваеми. Освен това при изгаряне на замърсено синьо гориво се отделят токсини.

За да се избегнат негативни последици, се извършва пречистване на аминния газ от сероводород. Това е най-простият и евтин начин за отделяне на вредните компоненти от изкопаемите горива. Ще ви разкажем как протича процесът на отделяне на серни включвания, как е проектирана и работи пречиствателната станция.

Целта на почистването на изкопаеми горива

Газта е най-популярният вид гориво. Той привлича с най-достъпната цена и причинява най-малко щети на околната среда. Безспорните предимства включват лекотата на контролиране на процеса на горене и способността да се осигурят всички етапи на обработка на горивото по време на производството на топлинна енергия.

Природният газообразен минерал обаче не се добива в чиста форма, т.к Едновременно с извличането на газ, свързаните органични съединения се изпомпват от кладенеца. Най-често срещаният от тях е сероводородът, чието съдържание варира от десети до десет процента или повече в зависимост от находището.

Сероводородът е отровен, опасен за околната среда и вреден за катализаторите, използвани при преработката на газ. Както вече отбелязахме, това органично съединение е изключително агресивно към стоманени тръби и метални клапани.

Естествено, разяждайки частната система и магистрален газопровод, сероводородът води до изтичане на синьо гориво и изключително негативни, рискови ситуации, свързани с този факт. За да се защити потребителят, вредните за здравето съединения се отстраняват от газообразното гориво, преди да бъде доставено в тръбопровода.

Съгласно стандартите сероводородните съединения в газа, транспортиран по тръби, не могат да надвишават 0,02 g/m³. Всъщност обаче има много повече от тях. За да се постигне стойността, регулирана от GOST 5542-2014, е необходимо почистване.

Съществуващи методи за отделяне на сероводород

В допълнение към сероводорода, който преобладава сред другите примеси, синьото гориво може да съдържа и други вредни съединения. В него могат да бъдат намерени въглероден диоксид, леки меркаптани и въглероден сулфид. Но самият сероводород винаги ще преобладава.

Струва си да се отбележи, че известно незначително съдържание на серни съединения в пречистеното газообразно гориво е приемливо. Конкретната толерантност зависи от целите, за които се произвежда газът.Например, за да се произведе етиленов оксид, общото съдържание на серни примеси трябва да бъде по-малко от 0,0001 mg/m³.

Методът на почистване се избира въз основа на желания резултат.

Всички съществуващи в момента методи са разделени на две групи:

• Сорбтивно. Те включват абсорбция на сероводородни съединения от твърд (адсорбционен) или течен (абсорбционен) реагент с последващо освобождаване на сяра или нейни производни. След което отделените от газа вредни примеси се изхвърлят или преработват.
• Каталитичен. Те се състоят от окисляване или редукция на сероводород, превръщайки го в елементарна сяра. Процесът се извършва в присъствието на катализатори - вещества, които стимулират хода на химична реакция.

Адсорбцията включва събиране на сероводород чрез концентрирането му върху повърхността на твърдо вещество. Най-често в процеса на адсорбция се използват гранулирани материали на базата на активен въглен или железен оксид. Голямата специфична повърхност, характерна за зърната, допринася за максималното задържане на серните молекули.

Всички методи за пречистване на синьо гориво са разделени на сорбционни и каталитични. Почистващото оборудване е ориентирано към принципа на работа на определена технология. Има обаче инсталации, които комбинират няколко метода, което води до цялостно почистване.

Технологията на абсорбция се различава по това, че примесите от газообразен сероводород се разтварят в активното течно вещество. В резултат на това газообразните замърсители преминават в течна фаза. След това изолираните вредни компоненти се отстраняват чрез стрипинг, иначе десорбция, по този метод те се елиминират от реактивната течност.

Въпреки факта, че адсорбционната технология се отнася към „сухите процеси“ и позволява фино пречистване на синьо гориво, абсорбцията се използва по-често за отстраняване на замърсители от природния газ. Събирането и елиминирането на сероводородни съединения с течни абсорбенти е по-изгодно и целесъобразно.

Най-популярният вид адсорбер е активният въглен, използван под формата на капсули или зърна. Повърхността на всеки елемент "абсорбира" сероводород и други органични включвания

Абсорбционните методи, използвани при пречистване на газове, се разделят на следните три групи:

• химически. Произведени с помощта на разтворители, които лесно реагират със сероводородните киселинни замърсители. Етаноламините или алканоламините имат най-висока абсорбционна способност сред химическите сорбенти.
• Физически. Те се извършват чрез физическо разтваряне на газ сероводород в течен абсорбер. Освен това, колкото по-високо е парциалното налягане на газообразния замърсител, толкова по-бързо протича процесът на разтваряне. Като абсорбери тук се използват метанол, пропилей карбонат и др.
• Комбиниран. В смесения вариант на извличане на сероводород са включени и двете технологии. Основната работа се извършва чрез абсорбция, а финото пречистване се извършва чрез адсорбенти.

В продължение на половин век най-популярната и популярна технология за отделяне и отстраняване на сероводород и въглеродна киселина от природни горива е химическото пречистване на газ с помощта на аминов сорбент, използван под формата на воден разтвор.

Сорбционните методи за пречистване на природни горива се основават на способността на твърди и течни вещества да реагират със сероводород и други органични примеси, като по този начин ги освобождават от газовия състав

Аминната технология е по-подходяща за обработка на големи обеми газ, защото:

• Без недостиг. Реагентите винаги могат да бъдат закупени в обема, необходим за почистване.
• Приемлива абсорбция. Амините се характеризират с висока абсорбционна способност. От всички използвани вещества само те са в състояние да премахнат 99,9% от сероводорода от газа.
• Приоритетни характеристики. Водните разтвори на амини се характеризират с най-приемливия вискозитет, плътност на парите, термична и химическа стабилност и нисък топлинен капацитет. Техните характеристики осигуряват най-доброто протичане на процеса на усвояване.
• Няма токсичност на реактивните вещества. Това е важен аргумент, който убеждава човек да прибегне до аминовия метод.
• Избирателност. Качество, необходимо за селективна абсорбция. Той осигурява възможност за последователно извършване на необходимите реакции в реда, необходим за оптимален резултат.

Етаноламините, използвани в химични методи за пречистване на газ от сероводород и въглероден диоксид, включват моноетаноламини (MEA), диетаноламини (DEA) и триетаноламини (TEA). Освен това веществата с префиксите моно- и ди- се отстраняват от газа и H₂S и CO₂. Но третият вариант помага да се премахне само сероводородът.

При извършване на селективно почистване на синьо гориво се използват метилдиетаноламини (MDEA), дигликоламини (DGA) и диизопропаноламини (DIPA). В чужбина се използват предимно селективни абсорбенти.

Естествено, идеални абсорбенти, които отговарят на всички изисквания за почистване преди доставка в системата отопление на газ и доставка на друго оборудване все още не съществува. Всеки разтворител има някои предимства, заедно с недостатъци. Когато избирате реактивно вещество, просто определете най-подходящото от множеството предложени.

Принцип на работа на типична инсталация

Максимален капацитет на поглъщане по отношение на H₂S се характеризира с разтвор на моноетаноламин. Този реагент обаче има няколко съществени недостатъка. Характеризира се с доста високо налягане и способността да създава необратими съединения с въглероден сулфид по време на работа на блока за пречистване на аминния газ.

Първият недостатък се елиминира чрез измиване, в резултат на което аминните пари се абсорбират частично. Вторият рядко се среща при обработката на полеви газове.

Концентрацията на воден разтвор на моноетаноламин се избира експериментално и въз основа на проведените изследвания се използва за пречистване на газ от конкретно находище. Изборът на процентното съдържание на реагента взема предвид способността му да издържа на агресивните ефекти на сероводорода върху металните компоненти на системата.

Типичното абсорбиращо съдържание обикновено е в диапазона от 15 до 20%. Често обаче се случва концентрацията да се увеличи до 30% или да се намали до 10%, в зависимост от това колко висока трябва да бъде степента на пречистване. Тези. за какви цели, за отопление или за производство на полимерни съединения, ще се използва газът.

Имайте предвид, че с увеличаване на концентрацията на аминови съединения корозивният потенциал на сероводорода намалява. Но трябва да вземем предвид, че в този случай консумацията на реагента се увеличава. Следователно цената на пречистения търговски газ се увеличава.

Основният възел на пречиствателната станция е абсорбатор от плоча или монтирана разновидност. Това е вертикално ориентиран апарат, наподобяващ на външен вид епруветка, с дюзи или плочи, разположени вътре. В долната му част има вход за подаване на непречистена газова смес, в горната част има изход към скрубера.

Ако газът, който се пречиства в инсталацията, е под достатъчно налягане, за да може реагентът да премине в топлообменника и след това в стрипинг колоната, процесът протича без участието на помпа.Ако налягането е твърде ниско за протичане на процеса, помпената технология стимулира изтичането

Газовият поток, след преминаване през входния сепаратор, се изтласква в долната част на абсорбера. След това преминава през пластини или дюзи, разположени в средата на тялото, върху които се отлагат замърсители. Дюзите, напълно намокрени с разтвора на амина, са разделени една от друга с решетки за равномерно разпределение на реагента.

След това синьото гориво, изчистено от замърсители, се изпраща в скрубера. Това устройство може да бъде свързано към веригата за обработка след абсорбера или разположено в горната му част.

Отработеният разтвор се стича по стените на абсорбера и се насочва към стрипинг колона - стриппер с котел. Там разтворът се пречиства от абсорбираните замърсители чрез изпаренията, отделяни при преваряване на водата, за да се върне обратно в инсталацията.

Регенериран, т.е. освободен от сероводородни съединения, разтворът се влива в топлообменника. В него течността се охлажда в процеса на пренос на топлина към следващата порция замърсен разтвор, след което се изпомпва в хладилника за пълно охлаждане и кондензация на парата.

Охладеният абсорбиращ разтвор се подава обратно в абсорбера. По този начин реагентът циркулира в инсталацията. Неговите пари също се охлаждат и изчистват от киселинни примеси, след което допълват запаса от реагент.

Най-често при пречистване на газовете се използват схеми с моноетаноламин и диетаноламин. Тези реагенти правят възможно извличането не само на сероводород, но и на въглероден диоксид от синьо гориво.

Ако е необходимо едновременно отстраняване на CO от обработвания газ₂ и Х₂S, извършва се двустепенно почистване.Състои се от използване на два разтвора, които се различават по концентрация. Тази опция е по-икономична от едноетапното почистване.

Първо, газообразното гориво се почиства със силен състав, съдържащ реагент от 25-35%. След това газът се обработва със слаб воден разтвор, в който активното вещество е само 5-12%. В резултат на това грубото и финото почистване се извършват с минимален разход на разтвор и разумно използване на генерираната топлина.

Четири опции за почистване с алкохоламин

Алконоламините или аминоалкохолите са вещества, съдържащи не само аминова група, но и хидрокси група.

Дизайнът на инсталациите и технологиите за пречистване на природен газ с алканоламини се различават главно по метода на подаване на абсорбиращо вещество. Най-често се използват четири основни метода за пречистване на газ с помощта на този тип амини.

Първи начин. Предопределя подаването на активния разтвор в един поток отгоре. Целият обем абсорбент се насочва към горната плоча на инсталацията. Процесът на почистване протича при температурен фон не по-висок от 40ºС.

Най-простият метод за почистване включва подаване на активния разтвор в един поток. Тази техника се използва, ако количеството примеси в газа е незначително

Тази техника обикновено се използва за незначително замърсяване със сероводородни съединения и въглероден диоксид. Общият топлинен ефект за производство на търговски газ като правило е нисък.

Втори начин. Тази опция за почистване се използва, когато има високо съдържание на сероводородни съединения в газообразното гориво.

В този случай разтворът на реагента се подава в два потока. Първият, с обем от приблизително 65-75% от общата маса, се изпраща в средата на инсталацията, вторият се подава отгоре.

Разтворът на амина тече надолу по тарелките и среща издигащите се газови потоци, които се изтласкват към долната тава на абсорбиращия модул. Преди захранването разтворът се нагрява до не повече от 40ºC, но по време на взаимодействието на газа с амина температурата се повишава значително.

За да се предотврати намаляване на ефективността на почистване поради повишаване на температурата, излишната топлина се отстранява заедно с отпадъчния разтвор, наситен със сероводород. А в горната част на инсталацията потокът се охлажда, за да се извлекат останалите киселинни компоненти заедно с кондензата.

Вторият и третият от описаните методи предопределят подаването на абсорбиращия разтвор в два потока. В първия случай реагентът се подава при същата температура, във втория - при различна температура.

Това е икономичен метод, който намалява консумацията както на енергия, така и на активен разтвор. Допълнително нагряване не се извършва на нито един етап. По своята технологична същност това е двустепенно пречистване, което дава възможност за подготовка на търговския газ за подаване към газопровода с минимални загуби.

Трети начин. Това включва подаване на абсорбера към почистващата инсталация в два потока с различни температури. Методът се използва, ако освен сероводород и въглероден диоксид, суровият газ съдържа и CS₂и COS.

Преобладаващата част от абсорбера, приблизително 70-75%, се нагрява до 60-70ºС, а останалата част само до 40ºС. Потоците се подават в абсорбера по същия начин, както в описания по-горе случай: отгоре и в средата.

Образуването на високотемпературна зона позволява бързо и ефективно отстраняване на органичните замърсители от газовата маса на дъното на почистващата колона. И най-отгоре въглеродният диоксид и сероводородът се утаяват от амин при стандартна температура.

Четвърти метод. Тази технология предопределя подаването на воден разтвор на амин в два потока с различна степен на регенерация. Тоест, единият се доставя в нерафинирана форма, съдържащ сероводородни включвания, вторият - без тях.

Първият поток не може да се нарече напълно замърсен. Той съдържа само частично киселинни компоненти, тъй като някои от тях се отстраняват при охлаждане до +50º/+60ºC в топлообменника. Този поток от разтвор се взема от долната дюза на стрипера, охлажда се и се насочва към средната част на колоната.

Ако в газообразното гориво има значително съдържание на компоненти на сероводород и въглероден диоксид, почистването се извършва с два потока разтвор с различна степен на регенерация

Само тази част от разтвора, която се изпомпва в горния сектор на инсталацията, се подлага на дълбоко почистване. Температурата на този поток обикновено не надвишава 50ºС. Тук се извършва фино почистване на газообразно гориво. Тази схема ви позволява да намалите разходите с поне 10% чрез намаляване на потреблението на пара.

Ясно е, че методът за почистване се избира въз основа на наличието на органични замърсители и икономическата целесъобразност. Във всеки случай разнообразието от технологии ви позволява да изберете най-добрия вариант. В една и съща инсталация за пречистване на аминни газове е възможно да се променя степента на пречистване, като се получава синьо гориво с необходимите за работа газови котли, печки, нагреватели характеристики.

Изводи и полезно видео по темата

Следното видео ще ви запознае със спецификата на извличане на сероводород от свързан газ, произведен заедно с нефта от нефтен кладенец:

Видеото ще представи инсталацията за пречистване на синьо гориво от сероводород за производство на елементарна сяра за по-нататъшна преработка:

Авторът на това видео ще ви каже как да се отървете от сероводорода от биогаз у дома:

Изборът на метод за пречистване на газа е насочен преди всичко към решаването на конкретен проблем. Изпълнителят има две възможности: да следва доказана схема или да предпочете нещо ново. Основната насока обаче трябва да бъде икономическата осъществимост при запазване на качеството и получаване на необходимата степен на обработка.