Des composés soufrés en différentes proportions sont contenus dans le gaz naturel extrait des champs pour être livré au consommateur via des pipelines. Si vous ne vous en débarrassez pas, des substances agressives détruiront le pipeline et rendront les raccords inutilisables. De plus, la combustion de carburant bleu contaminé libère des toxines.
Afin d'éviter des conséquences négatives, une purification du gaz aminé à partir de sulfure d'hydrogène est effectuée. C'est le moyen le plus simple et le moins coûteux de séparer les composants nocifs d'un minéral combustible. Nous vous expliquerons comment se déroule le processus de séparation des inclusions de soufre, comment l'unité de purification est agencée et fonctionne.
Le contenu de l'article :
- But du nettoyage des combustibles fossiles
- Méthodes existantes pour séparer l'hydrogène sulfuré
- Comment fonctionne une installation typique
- Quatre options de nettoyage aux alconolamines
- Conclusions et vidéo utile sur le sujet
But du nettoyage des combustibles fossiles
Le gaz est le carburant le plus populaire. Il attire avec le prix le plus abordable et causant le moins de dommages à la situation environnementale. Les avantages incontestables incluent la simplicité de contrôle du processus de combustion et la possibilité de sécuriser toutes les étapes de traitement du combustible au cours de l'obtention d'énergie thermique.
Cependant, le fossile gazeux naturel n'est pas extrait sous sa forme pure, car simultanément à l'extraction du gaz du puits, les composés organiques associés sont pompés. Le plus courant d'entre eux est le sulfure d'hydrogène, dont la teneur varie de quelques dixièmes à dix pour cent ou plus, selon le domaine.
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Le gaz naturel est le type de carburant le plus répandu et le plus demandé, dont la popularité repose non seulement sur l'abordabilité du prix
La plupart des foyers et des unités de cuisson dans l'industrie alimentaire fonctionnent au gaz principal
La meilleure option pour chauffer les grandes entreprises industrielles est le gaz. Il nuit le moins à l'environnement naturel, n'émet pas de suie et de produits de combustion insolubles
Les chaudières à gaz sont le plus souvent utilisées dans la préparation d'eau chaude et le chauffage de maisons / appartements privés, de bâtiments commerciaux de petite et moyenne taille, d'ateliers.
Le gaz est utilisé pour obtenir la température requise de l'environnement de travail dans les industries chimiques et alimentaires
Le gaz naturel est nécessaire pour obtenir des gaz industriels, qui sont ensuite utilisés en soudage, dans l'alimentation électrique de divers appareils de chauffage
Le gaz principal est utilisé comme matière première précieuse pour la production de nombreux composés chimiques, à partir desquels toutes sortes de produits polymères sont ensuite fabriqués
Quel que soit le but de l'utilisation du gaz naturel, il doit être nettoyé du sulfure d'hydrogène et d'autres composés organiques avant d'être livré au pipeline.
Le gaz naturel est le combustible le plus courant
Utiliser le gaz en cuisine
L'utilisation du gaz dans le chauffage des entreprises industrielles
Brûleur de chaudière à gaz atmosphérique
L'utilisation du gaz dans les procédés industriels
Production de gaz industriels
L'utilisation du gaz comme matière première dans l'industrie chimique
Transport de gaz par le gazoduc
Le sulfure d'hydrogène est toxique, dangereux pour l'environnement et nocif pour les catalyseurs utilisés dans le traitement du gaz. Comme nous l'avons déjà noté, ce composé organique est extrêmement agressif envers les tuyaux en acier et les vannes métalliques.
Naturellement, corroder le système privé et gazoduc principal, le sulfure d'hydrogène entraîne des fuites de carburant bleu et liés à ce fait des situations extrêmement négatives et risquées. Pour protéger le consommateur, les composés nocifs pour la santé sont retirés de la composition du combustible gazeux avant même son acheminement dans le pipeline.
Selon les normes de composés d'hydrogène sulfuré dans le gaz transporté dans les canalisations, il ne peut dépasser 0,02 g/m³. Cependant, en fait, il y en a beaucoup plus. Afin d'atteindre la valeur réglementée par GOST 5542-2014, un nettoyage est nécessaire.
Méthodes existantes pour séparer l'hydrogène sulfuré
En plus du sulfure d'hydrogène qui règne sur le fond d'autres impuretés, le carburant bleu peut contenir d'autres composés nocifs. On y trouve du dioxyde de carbone, des mercaptans légers et du sulfure de carbone. Mais directement le sulfure d'hydrogène prévaudra toujours.
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La présence d'impuretés organiques dans le gaz naturel est la principale cause de corrosion des canalisations et des raccords en acier. Ses résultats sont déplorables
En raison de l'apparition de rouille, les parois du tuyau de gaz s'amincissent. En conséquence, l'étanchéité est perdue. Au mieux, les fuites de gaz entraîneront des coûts, au pire - des explosions et des empoisonnements
La rouille qui apparaît dans le pipeline se propagera rapidement aux vannes d'arrêt. Les robinets et les vannes rouillés ne peuvent pas être fermés dans une situation dangereuse ou pour réparation
En raison de la rouille, un relief apparaîtra à l'intérieur des tuyaux, même un chevauchement partiel du tracé peut se former. Le résultat du négatif susmentionné peut être une explosion, dont l'une des raisons est souvent l'instabilité de la pression dans le système de gaz.
Corrosion à l'intérieur du tuyau de gaz
Perte d'étanchéité du gazoduc
Rouille des garnitures en acier du gazoduc
Explosion de gaz due à une pression instable
Il convient de noter qu'une certaine teneur insignifiante en composés soufrés dans le carburant gazeux purifié est acceptable. Le chiffre spécifique de la tolérance dépend des fins pour lesquelles le gaz est produit. Par exemple, pour la production d'oxyde d'éthylène, la teneur en soufre total doit être inférieure à 0,0001 mg/m³.
La méthode de nettoyage est choisie en fonction du résultat souhaité.
Toutes les méthodes actuellement existantes sont divisées en deux groupes :
- Sorption. Ils consistent en l'absorption de composés d'hydrogène sulfuré par un réactif solide (adsorption) ou liquide (absorption), suivie d'un relargage de soufre ou de ses dérivés. Après cela, les impuretés nocives libérées par le gaz sont éliminées ou recyclées.
- Catalytique. Ils consistent en l'oxydation ou la réduction de l'hydrogène sulfuré avec sa transformation en soufre élémentaire. Le processus est effectué en présence de catalyseurs - des substances qui stimulent le déroulement d'une réaction chimique.
L'adsorption implique la collecte du sulfure d'hydrogène en le concentrant à la surface d'un solide. Le plus souvent, des matériaux granulaires à base de charbon actif ou d'oxyde de fer sont utilisés dans le processus d'adsorption. La grande surface spécifique caractéristique des grains maximise la rétention des molécules de soufre.
Toutes les méthodes de purification du carburant bleu sont subdivisées en sorption et catalytique. L'équipement de nettoyage est axé sur le principe de fonctionnement d'une technologie particulière. Cependant, il existe des installations dans lesquelles plusieurs méthodes sont combinées, grâce auxquelles un nettoyage complexe est effectué.
La technologie d'absorption diffère en ce que les impuretés gazeuses de sulfure d'hydrogène sont dissoutes dans une substance liquide active. En conséquence, les contaminants gazeux passent dans la phase liquide. Ensuite, les composants nocifs isolés sont éliminés par stripping, sinon désorption, ils sont ainsi éliminés du liquide réactif.
Malgré le fait que la technologie d'adsorption se réfère à des "processus secs" et vous permette de produire purification fine du carburant bleu, dans l'élimination de la pollution du gaz naturel est plus souvent utilisé absorption. La collecte et l'élimination des composés de sulfure d'hydrogène à l'aide d'absorbeurs liquides sont plus rentables et plus pratiques.
Le type d'adsorbeur le plus répandu est le charbon actif, utilisé sous forme de capsules ou de grains. La surface de chaque élément "absorbe" le sulfure d'hydrogène et d'autres inclusions organiques
Les méthodes d'absorption utilisées dans la purification des gaz sont réparties dans les trois groupes suivants :
- Chimique. Ils sont produits à l'aide de solvants qui réagissent librement avec les contaminants acides de sulfure d'hydrogène. Les éthanolamines ou alcanolamines ont la capacité d'absorption la plus élevée parmi les sorbants chimiques.
- Physique. Ils sont réalisés en dissolvant physiquement du sulfure d'hydrogène gazeux dans un absorbeur liquide. De plus, plus la pression partielle du polluant gazeux est élevée, plus le processus de dissolution se déroule rapidement. Le méthanol, le carbonate de propylène, etc. sont utilisés comme absorbeur.
- Combiné. Dans la version mixte de l'extraction du sulfure d'hydrogène, les deux technologies sont impliquées. Le travail principal est effectué par absorption, et un traitement complémentaire fin est effectué par des adsorbants.
Depuis un demi-siècle, la technologie la plus demandée et la plus populaire pour l'extraction et l'élimination des combustibles fossiles le sulfure d'hydrogène et l'acide carbonique est une purification chimique de gaz utilisant un sorbant d'amine utilisé sous la forme d'un aqueux Solution.
Les méthodes de sorption de la purification des carburants naturels sont basées sur la capacité des substances solides et liquides réagir avec le sulfure d'hydrogène et d'autres impuretés organiques, les libérant ainsi de la composition gaz
La technologie des amines est plus adaptée au traitement de gros volumes de gaz car :
- Absence de déficit. Les réactifs peuvent toujours être achetés dans la quantité requise pour la purification.
- Pouvoir absorbant acceptable. Les amines sont très absorbantes. De toutes les substances utilisées, elles seules sont capables d'éliminer 99,9 % du sulfure d'hydrogène du gaz.
- Caractéristiques prioritaires. Les solutions aqueuses d'amines se distinguent par la viscosité maximale acceptable, la densité de vapeur, la stabilité thermique et chimique et une faible capacité calorifique. Leurs caractéristiques assurent le meilleur processus d'absorption possible.
- Aucune toxicité des substances réactives. C'est un argument important qui convainc les gens de recourir à la méthode aux amines.
- Sélectivité. Qualité requise pour une absorption sélective. Il permet d'effectuer les réactions nécessaires séquentiellement dans l'ordre requis pour des résultats optimaux.
Les éthanolamines utilisées dans les méthodes chimiques de purification de gaz à partir de sulfure d'hydrogène et de dioxyde de carbone comprennent les monoéthanolamines (MEA), les diéthanolamines (DEA), les triéthanolamines (TEA). De plus, les substances avec les préfixes mono- et di- sont éliminées du gaz et H2S et CO2. Mais la troisième option permet d'éliminer uniquement le sulfure d'hydrogène.
Lors du nettoyage sélectif du carburant bleu, des méthyldiéthanolamines (MDEA), des diglycolamines (DHA), des diisopropanolamines (DIPA) sont utilisées. Les absorbants sélectifs sont principalement utilisés à l'étranger.
Absorbants naturellement idéaux pour répondre à toutes les exigences de nettoyage avant la livraison au système chauffage au gaz et la fourniture d'autres équipements n'existe pas encore. Chaque solvant a des avantages et des inconvénients. Lors du choix d'une substance réactive, ils déterminent simplement la plus appropriée parmi un certain nombre de celles proposées.
Comment fonctionne une installation typique
Capacité d'absorption maximale par rapport à H2S est caractérisé par une solution de monoéthanolamine. Cependant, ce réactif présente quelques inconvénients importants. Il se distingue par une pression assez élevée et la capacité de créer des composés irréversibles avec du sulfure de carbone lors du fonctionnement de l'unité de purification des gaz aminés.
Le premier inconvénient est éliminé par le rinçage, à la suite duquel la vapeur d'amine est partiellement absorbée. Le second est rarement rencontré lors du traitement des gaz de champ.
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L'extraction du sulfure d'hydrogène et des composants organiques associés à partir de combustibles fossiles naturels est réalisée dans des usines d'absorption
Les installations peuvent être construites à proximité du champ, installées sur le parcours ou devant l'entrée de l'usine de traitement du gaz. Dans tous les cas, le nettoyage est effectué avant de fournir du combustible gazeux au consommateur.
Les mesures d'épuration des gaz et les équipements utilisés sont constamment améliorés. Si auparavant le soufre séparé de la composition du mélange gazeux naturel était simplement utilisé, maintenant il sont stockés et envoyés à la production d'acide sulfurique, de papier, de dioxyde de carbone, de neige carbonique, de caoutchouc, etc. un autre
Le nettoyage de l'absorbeur n'est pas bon marché. Il augmente considérablement le coût du combustible traité. Cependant, l'utilisation multiple de la solution d'amine dans l'installation permet de réduire le coût.
Installation d'absorption pour l'extraction du sulfure d'hydrogène du gaz
Un complexe de stations d'épuration sur l'autoroute
Complexes avancés de traitement des gaz
Pipeline de l'usine de traitement du gaz naturel
La concentration d'une solution aqueuse de monoéthanolamine est choisie de manière empirique, sur la base des études réalisées, elle est prise pour purifier le gaz d'un certain champ. Le choix du pourcentage du réactif tient compte de sa capacité à résister aux effets agressifs du sulfure d'hydrogène sur les composants métalliques du système.
La teneur en absorbant typique est habituellement comprise entre 15 et 20 %. Cependant, il arrive souvent que la concentration soit augmentée à 30 % ou diminuée à 10 %, selon l'importance du degré de purification. Celles. dans quel but, dans le chauffage ou dans la production de composés polymères, le gaz sera utilisé.
A noter qu'une augmentation de la concentration en composés aminés diminue le potentiel corrosif du sulfure d'hydrogène. Mais il faut tenir compte du fait que dans ce cas la consommation du réactif augmente. Par conséquent, le coût du gaz commercial traité augmente.
L'unité principale de la station d'épuration est l'absorbeur du disque ou de la version conditionnée. C'est un appareil orienté verticalement qui ressemble à un tube à essai avec des buses ou des plaques situées à l'intérieur. Dans la partie inférieure de celui-ci, il y a une entrée pour l'alimentation du mélange de gaz brut, dans la partie supérieure, il y a une sortie vers le laveur.
Si le gaz à épurer dans l'installation est sous pression suffisante pour le passage du réactif vers l'échangeur de chaleur puis vers la colonne de stripage, le procédé se déroule sans l'intervention d'une pompe. Si la pression n'est pas suffisante pour le flux du processus, le flux sortant est stimulé par la technologie de pompage.
Le flux gazeux, après avoir traversé le séparateur d'entrée, est injecté dans la partie inférieure de l'absorbeur. Il traverse ensuite des plateaux ou buses situés au milieu du corps, sur lesquels les contaminants se déposent. Les buses, complètement humidifiées avec une solution d'amine, sont séparées par des grilles pour une répartition uniforme du réactif.
Ensuite, le carburant bleu nettoyé de la contamination est envoyé au laveur. Ce dispositif peut être connecté dans le circuit de recyclage après l'absorbeur ou situé en partie haute de celui-ci.
La solution épuisée s'écoule le long des parois de l'absorbeur et est envoyée à la colonne de stripping - un stripper avec une chaudière. Là, la solution est purifiée des contaminants absorbés par les vapeurs libérées lors de l'ébullition de l'eau afin de retourner à l'installation.
Régénéré, c'est-à-dire débarrassée des composés d'hydrogène sulfuré, la solution s'écoule dans l'échangeur de chaleur. Dans celui-ci, le liquide est refroidi lors du transfert de chaleur à la partie suivante de la solution contaminée, après quoi il est pompé dans le réfrigérateur par une pompe pour un refroidissement complet et une condensation de la vapeur.
La solution absorbante refroidie est renvoyée à l'absorbeur. C'est ainsi que le réactif circule dans l'installation. Ses vapeurs sont également refroidies et purifiées des impuretés acides, après quoi elles reconstituent l'approvisionnement en réactifs.
Le plus souvent, les schémas de purification de gaz sont utilisés avec de la monoéthanolamine et de la diéthanolamine. Ces réactifs permettent d'extraire non seulement le sulfure d'hydrogène du carburant bleu, mais également le dioxyde de carbone.
S'il est nécessaire d'éliminer simultanément le CO du gaz traité2 et H2S, un nettoyage en deux étapes est effectué. Il consiste en l'utilisation de deux solutions, de concentration différente. Cette option est plus économique que le nettoyage en une seule étape.
Tout d'abord, le carburant gazeux est nettoyé avec une composition forte avec une teneur en réactifs de 25 à 35 %. Ensuite, le gaz est traité avec une solution aqueuse faible, dans laquelle la substance active n'est que de 5 à 12 %. En conséquence, le nettoyage grossier et fin est effectué avec une consommation minimale de solution et une utilisation raisonnable de la chaleur générée.
Quatre options de nettoyage aux alconolamines
Les alkonolamines ou les alcools aminés sont des substances contenant non seulement un groupe amine, mais également un groupe hydroxy.
La conception des installations et des technologies de purification du gaz naturel avec des alcanolamines diffère principalement par la méthode d'approvisionnement en substance absorbante. Il existe quatre méthodes principales les plus souvent utilisées dans l'épuration des gaz à l'aide de ce type d'amine.
La première façon. Il prédétermine l'apport de la solution active en un flux par le haut. Tout le volume d'absorbant est dirigé vers le bac supérieur de l'installation. Le processus de nettoyage a lieu à une température de fond ne dépassant pas 40 ° C.
La méthode de nettoyage la plus simple consiste à alimenter la solution active en un seul flux. Cette technique est utilisée s'il y a une petite quantité d'impuretés dans le gaz.
Cette technique est généralement utilisée pour une contamination légère avec des composés de sulfure d'hydrogène et du dioxyde de carbone. Dans ce cas, l'effet thermique total pour la production de gaz commercial est, en règle générale, faible.
Deuxième voie. Cette option de traitement est utilisée lorsque la teneur en composés d'hydrogène sulfuré est élevée dans les carburants gazeux.
Dans ce cas, la solution réactive est introduite dans deux flux. Le premier, d'un volume d'environ 65-75% de la masse totale, est envoyé au milieu de l'installation, le second est alimenté par le haut.
La solution d'amine s'écoule vers le bas des plateaux et rencontre les flux de gaz ascendants qui sont pompés dans le plateau inférieur de l'unité d'absorption. Avant de servir, la solution est chauffée à pas plus de 40 ° C, mais lors de l'interaction du gaz avec l'amine, la température augmente considérablement.
Pour éviter que l'efficacité du nettoyage ne diminue en raison d'une augmentation de la température, l'excès de chaleur est éliminé avec la solution de déchets saturée en sulfure d'hydrogène. Et au sommet de l'unité, le flux est refroidi afin d'extraire les résidus de composants acides ainsi que les condensats.
Les deuxième et troisième des méthodes décrites prédéterminent l'apport de la solution d'absorption en deux flux. Dans le premier cas, le réactif est fourni à la même température, dans le second - à des températures différentes
C'est un moyen économique de réduire la consommation d'énergie et de solution active. Le chauffage supplémentaire n'est effectué à aucun stade. Technologiquement, il s'agit d'une épuration à deux niveaux, qui permet de préparer le gaz commercial pour l'alimentation de la ligne principale avec le moins de pertes.
Troisième voie. Il implique la livraison de l'absorbeur à l'unité de nettoyage en deux flux de températures différentes. La technique est utilisée si, en plus du sulfure d'hydrogène et du dioxyde de carbone, il y a aussi du CS dans le gaz brut2, et COS.
La partie prédominante de l'absorbeur, environ 70-75%, chauffe jusqu'à 60-70°C, et la partie restante seulement jusqu'à 40°C. Les flux sont amenés à l'absorbeur de la même manière que dans le cas décrit ci-dessus: du haut vers le milieu.
La formation d'une zone à haute température permet d'éliminer rapidement et efficacement les contaminants organiques de la masse gazeuse en pied de colonne de nettoyage. Et au sommet, le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène sont précipités par une amine de température standard.
Quatrième voie. Cette technologie prédétermine l'apport d'une solution aqueuse d'amine en deux flux avec des degrés de régénération différents. C'est-à-dire que l'un est fourni non raffiné, avec la teneur en inclusions d'hydrogène sulfuré, le second sans eux.
Le premier flux ne peut pas être qualifié de complètement pollué. Il ne contient que partiellement des composants acides, car certains d'entre eux sont éliminés lors du refroidissement à + 50 ° / + 60 ° C dans l'échangeur de chaleur. Ce courant de solution est prélevé en bas du stripeur, refroidi et dirigé vers le milieu de la colonne.
Avec une teneur importante en composants de sulfure d'hydrogène et de dioxyde de carbone dans le carburant gazeux, le nettoyage est effectué avec deux flux de solution avec différents degrés de régénération
Seule la partie de la solution pompée dans le secteur supérieur de l'installation est nettoyée en profondeur. La température de ce flux ne dépasse généralement pas 50°C. C'est là que s'effectue le nettoyage fin des combustibles gazeux. Ce schéma permet de réduire les coûts d'au moins 10 % en réduisant la consommation de vapeur.
Il est clair que la méthode de nettoyage est choisie en fonction de la présence de contaminants organiques et de la faisabilité économique. Dans tous les cas, la variété des technologies vous permet de choisir la meilleure option. Sur la même unité de traitement des gaz aminé, le degré de purification peut être varié, obtenant un combustible bleu avec le nécessaire chaudières à gaz, poêles, caractéristiques des appareils de chauffage.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
La vidéo suivante vous présentera les spécificités de l'extraction du sulfure d'hydrogène à partir du gaz associé produit avec le pétrole par un puits de pétrole :
L'installation de purification du carburant bleu à partir de sulfure d'hydrogène avec production de soufre élémentaire pour un traitement ultérieur sera présentée par la vidéo :
L'auteur de cette vidéo vous expliquera comment se débarrasser du sulfure d'hydrogène du biogaz à la maison :
Le choix d'une méthode de purification des gaz est tout d'abord guidé par la résolution d'un problème spécifique. L'artiste a deux voies: suivre un schéma éprouvé ou préférer quelque chose de nouveau. Cependant, la principale ligne directrice devrait toujours être la faisabilité économique tout en maintenant la qualité et en obtenant le degré de transformation souhaité.
