Los compuestos de azufre en diferentes proporciones están contenidos en el gas natural extraído de los campos para su entrega al consumidor a través de gasoductos. Si no se deshace de ellos, las sustancias agresivas destruirán la tubería e inutilizarán los accesorios. Además, la combustión de combustible azul contaminado libera toxinas.
Para evitar consecuencias negativas, se lleva a cabo 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 un mineral combustible. Le diremos cómo se desarrolla el proceso de separación de inclusiones de azufre, cómo está dispuesta y funciona la unidad de purificación.
El contenido del artículo:
- Propósito de la limpieza de combustibles fósiles.
- Métodos existentes para separar el sulfuro de hidrógeno.
- Cómo funciona una instalación típica
- Cuatro opciones de limpieza con alconolaminas
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
Propósito de la limpieza de combustibles fósiles.
El gas es el combustible más popular. Atrae con el precio más asequible y causando el menor daño a la situación ambiental. Las ventajas indiscutibles incluyen la simplicidad de control del proceso de combustión y la capacidad de asegurar todas las etapas del procesamiento del combustible en el curso de la 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 los compuestos orgánicos asociados. El más común de ellos es el sulfuro de hidrógeno, cuyo contenido varía de décimas a diez por ciento o más, según el campo.
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El gas natural es el tipo de combustible más extendido y demandado, cuya popularidad se basa no solo en la asequibilidad del precio.
La mayoría de las estufas y cocinas domésticas de la industria alimentaria funcionan con gas principal.
La mejor opción para calentar empresas industriales a gran escala es el gas. Hace el menor daño al medio ambiente natural, no emite hollín ni productos de combustión insolubles.
Las calderas de gas se utilizan con mayor frecuencia en la preparación de agua caliente y calefacción de casas / apartamentos privados, edificios comerciales pequeños y medianos, talleres.
El gas se utiliza para obtener la temperatura requerida del entorno de trabajo en las industrias química y alimentaria.
El gas natural es necesario para obtener gases industriales, que luego se utilizan en soldadura, en el suministro de energía de varios calentadores.
El gas principal se utiliza como materia prima valiosa para la producción de muchos compuestos químicos, a partir de los cuales se fabrican todo tipo de productos poliméricos.
Independientemente del propósito de usar gas natural, debe limpiarse de sulfuro de hidrógeno y otros compuestos orgánicos antes de enviarlo a la tubería.
El gas natural es el combustible más común
Usar gas para cocinar
El uso de gas en la calefacción de empresas industriales.
Quemador de caldera de gas atmosférico
El uso de gas en procesos industriales
Producción de gases industriales
El uso de gas como materia prima en la industria química
Transporte de gas a través del gasoducto.
El sulfuro de hidrógeno es venenoso, peligroso para el medio ambiente y nocivo para los catalizadores utilizados en el procesamiento de gas. Como ya hemos señalado, este compuesto orgánico es extremadamente agresivo con las tuberías de acero y las válvulas metálicas.
Naturalmente, corroer el sistema privado y gasoducto principal, el sulfuro de hidrógeno provoca fugas de combustible azul y, relacionado con este hecho, situaciones de riesgo extremadamente negativas. Para proteger al consumidor, los compuestos nocivos para la salud se eliminan de la composición del combustible gaseoso incluso antes de que se entregue a la tubería.
De acuerdo con los estándares de compuestos de sulfuro de hidrógeno en el gas transportado por las tuberías, no puede exceder los 0.02 g / m³. Sin embargo, de hecho, hay muchos más. Para lograr 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 en el contexto de otras impurezas, el combustible azul puede contener otros compuestos nocivos. Puede encontrar en él dióxido de carbono, mercaptanos ligeros y sulfuro de carbono. Pero siempre prevalecerá directamente el sulfuro de hidrógeno.
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La presencia de impurezas orgánicas en el gas natural es la principal causa de corrosión de tuberías y accesorios de acero. Sus resultados son deplorables
Debido a la aparición de óxido, las paredes de la tubería de gas se vuelven más delgadas. Como resultado, se pierde tirantez. En el mejor de los casos, las fugas de gas generarán costos, en el peor de los casos: explosiones y envenenamiento.
El óxido que aparece en la tubería se extenderá rápidamente a las válvulas de cierre. Los grifos y válvulas oxidados no se pueden cerrar en una situación peligrosa o para reparar
Debido a la oxidación, aparecerá un relieve dentro de las tuberías, incluso se puede formar una superposición parcial de la ruta. El resultado del negativo mencionado anteriormente puede ser una explosión, una de las razones por las cuales a menudo es la inestabilidad de la presión en el sistema de gas.
Corrosión dentro de la tubería de gas.
Pérdida de estanqueidad del gasoducto.
Oxidación de los racores de acero del gasoducto.
Explosión de gas por presión inestable
Cabe señalar que es aceptable un contenido insignificante de compuestos de azufre en el combustible gaseoso purificado. La cifra específica de la tolerancia depende de los fines para los que 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.
El método de limpieza se elige en función del resultado requerido.
Todos los métodos existentes actualmente se dividen en dos grupos:
- Sorción. Consisten en la absorción de compuestos de sulfuro de hidrógeno por un reactivo sólido (adsorción) o líquido (absorción), seguido de la liberación de azufre o sus derivados. Después de eso, las impurezas dañinas liberadas por el gas se eliminan o reciclan.
- Catalítico. Consisten en la oxidación o reducción del sulfuro de hidrógeno con su transformación en azufre elemental. El proceso se lleva a cabo en presencia de catalizadores, sustancias que estimulan el curso de una reacción química.
La adsorción implica la recolección de sulfuro de hidrógeno concentrándolo en la superficie de un sólido. Muy a menudo, en el proceso de adsorción se utilizan materiales granulares a base de carbón activado u óxido de hierro. La gran superficie característica de los granos maximiza la retención de moléculas de azufre.
Todos los métodos de purificación de combustible azul se subdividen en sorción y catalíticos. El equipo de limpieza se centra en el principio de funcionamiento de una tecnología en particular. Sin embargo, hay instalaciones en las que se combinan varios métodos, por lo que se lleva a cabo una limpieza compleja.
La tecnología de absorción se diferencia en que las impurezas de sulfuro de hidrógeno gaseoso se disuelven en una sustancia líquida activa. Como resultado, los contaminantes gaseosos pasan a la fase líquida. Luego, los componentes dañinos aislados se eliminan mediante extracción, de lo contrario, desorción, de esta manera se eliminan del líquido reactivo.
A pesar de que la tecnología de adsorción se refiere a "procesos secos" y le permite producir purificación fina de combustible azul, en la eliminación de la contaminación del gas natural se usa con mayor frecuencia absorción. La recolección y eliminación de compuestos de sulfuro de hidrógeno usando absorbentes líquidos es más rentable y conveniente.
El tipo de adsorbente más popular es el carbón activado, que se utiliza en forma de cápsulas o granos. La superficie de cada elemento "absorbe" el sulfuro de hidrógeno y otras inclusiones orgánicas.
Los métodos de absorción utilizados en la purificación de gases se dividen en los siguientes tres grupos:
- Químico. Se producen utilizando disolventes que reaccionan libremente con contaminantes ácidos de sulfuro de hidrógeno. Las etanolaminas o alcanolaminas tienen la mayor capacidad de absorción entre los sorbentes químicos.
- Físico. Se realizan disolviendo físicamente sulfuro de hidrógeno gaseoso en un absorbedor de líquido. Además, cuanto mayor es la presión parcial del contaminante gaseoso, más rápido avanza el proceso de disolución. Aquí se utilizan como absorbentes metanol, carbonato de propileno, etc.
- Conjunto. En la versión mixta de extracción de sulfuro de hidrógeno, ambas tecnologías están involucradas. El trabajo principal se realiza por absorción, y los adsorbentes realizan un tratamiento adicional fino.
Durante medio siglo, la tecnología más demandada y popular para la extracción y remoción de combustibles fósiles El sulfuro de hidrógeno y el ácido carbónico es una purificación química de gas que utiliza un sorbente de amina utilizado en forma de solución acuosa. solución.
Los métodos de sorción de purificación de combustible natural se basan en la capacidad de sustancias sólidas y líquidas. reaccionar con sulfuro de hidrógeno y otras impurezas orgánicas, liberándolos de la composición gas
La tecnología de amina es más adecuada para manejar grandes volúmenes de gas porque:
- Falta de escasez. Los reactivos siempre se pueden comprar en la cantidad necesaria para la purificación.
- Absorbencia aceptable. Las aminas son muy absorbentes. De todas las sustancias utilizadas, solo ellas son capaces de eliminar el 99,9% del sulfuro de hidrógeno del gas.
- Características prioritarias. Las soluciones acuosas de amina se distinguen por la viscosidad máxima aceptable, la densidad de vapor, la estabilidad térmica y química y la baja capacidad calorífica. Sus características proporcionan el mejor proceso de absorción posible.
- Sin toxicidad de sustancias reactivas. Este es un argumento importante que convence a la gente de recurrir al método de la amina.
- Selectividad. Calidad requerida para la absorción selectiva. Permite que las reacciones necesarias se lleven a cabo secuencialmente en el orden requerido para obtener resultados óptimos.
Las etanolaminas utilizadas en métodos químicos de purificación de gases a partir de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono incluyen monoetanolaminas (MEA), dietanolaminas (DEA), trietanolaminas (TEA). Además, las sustancias con prefijos mono- y di- se eliminan del gas y H2S y CO2. Pero la tercera opción ayuda a eliminar solo el sulfuro de hidrógeno.
Al realizar la limpieza selectiva de combustible azul, se utilizan metildietanolaminas (MDEA), diglicolaminas (DHA), diisopropanolaminas (DIPA). Los absorbentes selectivos se utilizan principalmente en el exterior.
Absorbentes naturalmente ideales para cumplir con todos los requisitos de limpieza antes de la entrega al sistema calefacción de gas y el suministro de otros equipos aún no existe. Cada solvente tiene algunas ventajas y desventajas. Al elegir una sustancia reactiva, simplemente determinan la más adecuada entre varias propuestas.
Cómo funciona una instalación típica
Capacidad máxima de absorción en relación a H2S se caracteriza por una solución de monoetanolamina. Sin embargo, este reactivo tiene un par de desventajas importantes. Se distingue por una presión bastante alta y la capacidad, durante el funcionamiento de la unidad de purificación de gas amina, para crear compuestos irreversibles con sulfuro de carbono.
La primera desventaja se elimina mediante lavado, como resultado de lo cual el vapor de amina se absorbe parcialmente. El segundo rara vez se encuentra durante el procesamiento de gases de campo.
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La extracción de sulfuro de hidrógeno y componentes orgánicos asociados de combustibles fósiles naturales se lleva a cabo en plantas de absorción.
Las instalaciones se pueden construir cerca del campo, instaladas en la ruta o frente a la entrada a la planta de procesamiento de gas. En cualquier caso, la limpieza se realiza antes de suministrar combustible gaseoso al consumidor.
Las medidas de depuración de gases y los equipos utilizados se mejoran constantemente. Si antes se utilizaba simplemente el azufre separado de la composición de la mezcla gaseosa natural, ahora se almacenan y envían a la producción de ácido sulfúrico, papel, dióxido de carbono, hielo seco, caucho y más otro
La limpieza del absorbedor no es barata. Aumenta significativamente el costo del combustible procesado. Sin embargo, el uso múltiple de la solución de amina en la instalación le permite reducir el costo.
Planta de absorción para la extracción de sulfuro de hidrógeno del gas
Un complejo de plantas de tratamiento en la carretera.
Complejos avanzados de tratamiento de gases
Oleoducto de la planta de tratamiento de gas natural
La concentración de una solución acuosa de monoetanolamina se selecciona empíricamente, en base a los estudios realizados, se toma para depurar gas de un determinado campo. La selección del porcentaje del reactivo tiene en cuenta su capacidad para resistir los efectos agresivos del sulfuro de hidrógeno sobre los componentes metálicos del sistema.
El contenido de absorbente típico está normalmente en el intervalo del 15 al 20%. Sin embargo, a menudo sucede que la concentración aumenta al 30% o disminuye al 10%, dependiendo de qué tan alto deba ser el grado de purificación. Aquellos. con qué propósito, en el calentamiento o en la producción de compuestos poliméricos, se utilizará gas.
Tenga en cuenta que un aumento en la concentración de compuestos de amina disminuye el potencial corrosivo del sulfuro de hidrógeno. Pero hay que tener en cuenta que en este caso aumenta el consumo del reactivo. En consecuencia, aumenta el costo del gas comercial tratado.
La unidad principal de la planta de purificación es el absorbedor del tipo en forma de disco o empaquetado. Es un aparato orientado verticalmente que parece un tubo de ensayo con boquillas o placas ubicadas en su interior. En su parte inferior hay una entrada para el suministro de la mezcla de gas crudo, y en la parte superior hay una salida al depurador.
Si el gas a limpiar en la instalación está a presión suficiente para el paso del reactivo al intercambiador de calor y luego a la columna de stripping, el proceso se lleva a cabo sin la participación de una bomba. Si la presión no es suficiente para el flujo del proceso, la tecnología de bombeo estimula el flujo de salida.
La corriente de gas, después de pasar por el separador de entrada, se inyecta en la sección inferior del absorbedor. Luego pasa a través de bandejas o boquillas ubicadas en el medio de la carcasa, en las que se depositan los contaminantes. Las boquillas, completamente humedecidas con solución de amina, están separadas por rejillas para una distribución uniforme del reactivo.
Luego, el combustible azul limpio de contaminación se envía al depurador. Este dispositivo puede conectarse en el circuito de reciclaje después del absorbedor o ubicarse en la parte superior del mismo.
La solución gastada fluye por las paredes del absorbedor y se envía a la columna de extracción, un extractor con caldera. Allí, la solución se purifica de los contaminantes absorbidos por los vapores liberados durante la ebullición del agua para volver a la instalación.
Regenerado, es decir liberada de compuestos de sulfuro de hidrógeno, la solución fluye hacia el intercambiador de calor. En él, el líquido se enfría en el proceso de transferir calor a la siguiente porción de la solución contaminada, luego de lo cual se bombea al refrigerador mediante una bomba para el enfriamiento completo y la condensación del vapor.
La solución absorbente enfriada se retroalimenta al absorbedor. Así es como circula el reactivo por 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 gas se utilizan con monoetanolamina y dietanolamina. Estos reactivos permiten extraer no solo sulfuro de hidrógeno, sino también dióxido de carbono del combustible azul.
Si es necesario eliminar simultáneamente el CO del gas tratado2 y H2S, se realiza una limpieza en dos etapas. Consiste en el uso de dos soluciones, que difieren en concentración. Esta opción es más económica que la limpieza en un solo paso.
Primero, el combustible gaseoso se limpia con una composición fuerte con un contenido de reactivo del 25-35%. Luego, el gas se trata con una solución acuosa débil, en la que la sustancia activa es solo del 5 al 12%. Como resultado, la limpieza tanto gruesa como fina se lleva a cabo con un consumo mínimo de solución y un uso razonable del calor generado.
Cuatro opciones de limpieza con alconolaminas
Las alcanolaminas o aminoalcoholes son sustancias que contienen no solo un grupo amina, sino también un grupo hidroxi.
El diseño de instalaciones y tecnologías para la purificación de gas natural con alcanolaminas difieren principalmente en el método de suministro de la sustancia absorbente. Hay cuatro métodos principales que se utilizan con mayor frecuencia en la limpieza de gases con este tipo de amina.
La primera forma. Predetermina el suministro de la solución activa en una corriente desde la parte superior. Todo el volumen de absorbente se dirige a la bandeja superior de la instalación. El proceso de limpieza se realiza a una temperatura de fondo no superior a 40 ° C.
El método de limpieza más simple consiste en alimentar la solución activa en una sola corriente. Esta técnica se utiliza si hay una pequeña cantidad de impurezas en el gas.
Esta técnica se suele utilizar para la contaminación lumínica con compuestos de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. En este caso, el efecto térmico total para la producción de gas comercial es, por regla general, bajo.
Segunda forma. Esta opción de tratamiento se utiliza cuando hay un alto contenido de compuestos de sulfuro de hidrógeno en combustibles gaseosos.
En este caso, la solución reactiva se alimenta en dos corrientes. El primero, con un volumen de aproximadamente el 65-75% de la masa total, se envía al centro de la instalación, el segundo se suministra desde arriba.
La solución de amina fluye por las bandejas y se encuentra con las corrientes de gas ascendentes que se bombean a la bandeja inferior de la unidad de absorción. 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 a un aumento de temperatura, se elimina el exceso de calor junto con la solución de desecho saturada con sulfuro de hidrógeno. Y en la parte superior de la unidad, el flujo se enfría para extraer los residuos de componentes ácidos junto con el condensado.
El segundo y el tercero de los métodos descritos predeterminan el suministro de la solución de absorción en dos corrientes. En el primer caso, el reactivo se suministra a la misma temperatura, en el segundo, a diferentes
Es una forma económica de reducir el consumo tanto de energía como de solución activa. No se realiza calentamiento adicional en ninguna etapa. Tecnológicamente, es una depuración de dos niveles, lo que permite preparar el gas comercial para el suministro a la línea principal con la menor cantidad de pérdidas.
Tercera vía. Implica la entrega del absorbedor a la unidad de limpieza en dos corrientes de diferentes temperaturas. La técnica se utiliza si, además de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono, también hay CS en el gas crudo.2y COS.
La parte predominante del absorbente, aproximadamente 70-75%, se calienta hasta 60-70 ° C, y la parte restante solo hasta 40 ° C. Los chorros se suministran al absorbedor de la misma forma que en el caso descrito anteriormente: desde la parte superior hacia el centro.
La formación de una zona a alta temperatura permite eliminar de manera rápida y eficiente los contaminantes orgánicos de la masa de gas en el fondo de la columna de limpieza. Y en la parte superior, el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno son precipitados por una amina de temperatura estándar.
Cuarto camino. Esta tecnología predetermina el suministro de una solución de amina acuosa en dos corrientes con diferentes grados de regeneración. Es decir, uno se suministra sin refinar, con el contenido de inclusiones de sulfuro de hidrógeno, el segundo, sin ellos.
La primera corriente no se puede llamar completamente contaminada. Contiene solo parcialmente componentes ácidos, porque algunos de ellos se eliminan durante el enfriamiento a + 50 ° / + 60 ° C en el intercambiador de calor. Esta corriente de solución se toma del fondo del separador, se enfría y se dirige al centro de la columna.
Con un contenido importante de componentes de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono en el combustible gaseoso, la limpieza se realiza 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, se somete a una limpieza profunda. La temperatura de esta corriente no suele superar los 50 ° C. Aquí es donde se realiza la limpieza fina de los combustibles gaseosos. Este esquema le permite reducir 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, la variedad de tecnologías te permite elegir la mejor opción. Sobre la misma unidad de tratamiento de gas amina, se puede variar el grado de depuración, obteniendo un combustible azul con la necesaria calderas de gas, estufas, calefactores caracteristicas.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
El siguiente video lo familiarizará con los detalles de la extracción de sulfuro de hidrógeno del gas asociado producido junto con el petróleo en un pozo de petróleo:
La instalación para la purificación de combustible azul a partir de sulfuro de hidrógeno con la producción de azufre elemental para su posterior procesamiento será presentada por el video:
El autor de este video le dirá cómo deshacerse del sulfuro de hidrógeno del biogás en casa:
La elección de un método de purificación de gas se centra principalmente en resolver un problema específico. El artista tiene dos formas: seguir un esquema probado o preferir algo nuevo. Sin embargo, la pauta principal debería seguir siendo la viabilidad económica manteniendo la calidad y obteniendo el grado de procesamiento deseado.
