Związki siarki w różnych proporcjach zawarte są w gazie ziemnym wydobywanym ze złóż w celu dostarczenia konsumentowi rurociągami. Jeśli się ich nie pozbędziesz, agresywne substancje zniszczą rurociąg, czyniąc armaturę bezużyteczną. Ponadto spalanie zanieczyszczonego niebieskiego paliwa uwalnia toksyny.
Aby uniknąć negatywnych konsekwencji, przeprowadza się oczyszczanie gazu aminowego z siarkowodoru. Jest to najłatwiejszy i najtańszy sposób na oddzielenie szkodliwych składników od palnego minerału. Opowiemy Ci, jak przebiega proces separacji wtrąceń siarki, jak układa się i działa jednostka oczyszczania.
Treść artykułu:
- Cel oczyszczania paliw kopalnych
- Istniejące metody oddzielania siarkowodoru
- Jak działa typowa instalacja
- Cztery opcje czyszczenia za pomocą alkonolamin
- Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Cel oczyszczania paliw kopalnych
Najpopularniejszym paliwem jest gaz. Przyciąga najbardziej przystępną ceną i powoduje jak najmniejsze szkody dla środowiska. Niewątpliwymi zaletami są prostota sterowania procesem spalania oraz możliwość zabezpieczenia wszystkich etapów przetwarzania paliwa w trakcie pozyskiwania energii cieplnej.
Jednak skamieliny z gazu ziemnego nie są wydobywane w czystej postaci, ponieważ jednocześnie z wydobyciem gazu z odwiertu wypompowywane są towarzyszące związki organiczne. Najczęstszym z nich jest siarkowodór, którego zawartość waha się od dziesiątych do dziesięciu procent lub więcej, w zależności od dziedziny.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Gaz ziemny to najbardziej rozpowszechniony i powszechnie poszukiwany rodzaj paliwa, którego popularność opiera się nie tylko na przystępnej cenie
Większość domowych pieców i urządzeń do gotowania w przemyśle spożywczym działa na głównym gazie
Najlepszą opcją do ogrzewania dużych przedsiębiorstw przemysłowych jest gaz. W najmniejszym stopniu szkodzi środowisku naturalnemu, nie wydziela sadzy i nierozpuszczalnych produktów spalania
Kotły gazowe najczęściej znajdują zastosowanie w przygotowaniu ciepłej wody i ogrzewaniu prywatnych domów/mieszkań, małych i średnich obiektów komercyjnych, warsztatów.
Gaz służy do uzyskania wymaganej temperatury środowiska pracy w przemyśle chemicznym i spożywczym
Gaz ziemny jest niezbędny do uzyskania gazów przemysłowych, które następnie wykorzystywane są w spawaniu, do zasilania różnych nagrzewnic
Gaz główny wykorzystywany jest jako cenny surowiec do produkcji wielu związków chemicznych, z których następnie powstają wszelkiego rodzaju produkty polimerowe
Niezależnie od celu wykorzystania gazu ziemnego, przed dostarczeniem do rurociągu należy go oczyścić z siarkowodoru i innych związków organicznych.
Najpopularniejszym paliwem jest gaz ziemny
Używanie gazu w gotowaniu
Wykorzystanie gazu w ogrzewaniu przedsiębiorstw przemysłowych
Palnik z atmosferycznym kotłem gazowym
Wykorzystanie gazu w procesach przemysłowych
Produkcja gazów przemysłowych
Wykorzystanie gazu jako surowca w przemyśle chemicznym
Transport gazu przez gazociąg
Siarkowodór jest trujący, niebezpieczny dla środowiska i szkodliwy dla katalizatorów stosowanych w przetwórstwie gazu. Jak już zauważyliśmy, ten związek organiczny jest niezwykle agresywny w stosunku do rur stalowych i zaworów metalowych.
Naturalnie, koroduje system prywatny i główny gazociąg, siarkowodór prowadzi do wycieków błękitnego paliwa i związanych z tym faktem skrajnie negatywnych, ryzykownych sytuacji. Aby chronić konsumenta, szkodliwe dla zdrowia związki są usuwane ze składu paliwa gazowego jeszcze przed jego dostarczeniem do rurociągu.
Zgodnie z normami związków siarkowodoru w gazie transportowanym rurami nie może przekraczać 0,02 g/m³. W rzeczywistości jest ich jednak znacznie więcej. Aby osiągnąć wartość regulowaną przez GOST 5542-2014, wymagane jest czyszczenie.
Istniejące metody oddzielania siarkowodoru
Oprócz siarkowodoru dominującego na tle innych zanieczyszczeń, niebieskie paliwo może zawierać inne szkodliwe związki. Można w nim znaleźć dwutlenek węgla, lekkie merkaptany i siarczek węgla. Ale bezpośrednio siarkowodór zawsze będzie dominował.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Obecność zanieczyszczeń organicznych w gazie ziemnym jest główną przyczyną korozji stalowych rurociągów i armatury. Jego wyniki są godne ubolewania
Z powodu pojawienia się rdzy ściany rury gazowej stają się cieńsze. W rezultacie traci się szczelność. W najlepszym wypadku wycieki gazu będą wiązały się z kosztami, w najgorszym – wybuchami i zatruciami
Pojawiająca się w rurociągu rdza szybko rozprzestrzeni się na zawory odcinające. Zardzewiałe krany i zawory nie mogą być zamknięte w sytuacji niebezpiecznej lub do naprawy
Ze względu na rdzę wewnątrz rur pojawi się relief, może powstać nawet częściowe zachodzenie trasy. Skutkiem wspomnianego negatywu może być wybuch, którego jedną z przyczyn jest często niestabilność ciśnienia w układzie gazowym.
Korozja wewnątrz rury gazowej
Utrata szczelności gazociągu
Rdzewienie armatury stalowej gazociągu
Wybuch gazu z powodu niestabilnego ciśnienia
Należy zauważyć, że dopuszczalna jest niewielka, nieznaczna zawartość związków siarki w oczyszczonym paliwie gazowym. Konkretna wartość tolerancji zależy od celów, dla których gaz jest produkowany. Na przykład do produkcji tlenku etylenu całkowita zawartość siarki musi być mniejsza niż 0,0001 mg/m³.
Metoda czyszczenia jest wybierana na podstawie wymaganego wyniku.
Wszystkie obecnie istniejące metody są podzielone na dwie grupy:
- Sorpcja. Polegają na absorpcji związków siarkowodoru przez odczynnik stały (adsorpcja) lub ciekły (absorpcja), a następnie uwolnieniu siarki lub jej pochodnych. Następnie szkodliwe zanieczyszczenia uwalniane z gazu są usuwane lub poddawane recyklingowi.
- Katalityczny. Polegają na utlenianiu lub redukcji siarkowodoru z jego przekształceniem w siarkę elementarną. Proces prowadzony jest w obecności katalizatorów – substancji stymulujących przebieg reakcji chemicznej.
Adsorpcja polega na gromadzeniu siarkowodoru poprzez koncentrację go na powierzchni ciała stałego. Najczęściej w procesie adsorpcji stosuje się materiały ziarniste na bazie węgla aktywnego lub tlenku żelaza. Charakterystyczna dla ziaren duża powierzchnia maksymalizuje retencję cząsteczek siarki.
Wszystkie metody oczyszczania błękitnego paliwa dzielą się na sorpcyjne i katalityczne. Urządzenia czyszczące nastawione są na zasadę działania konkretnej technologii. Istnieją jednak instalacje, w których łączy się kilka metod, dzięki czemu przeprowadzane jest kompleksowe czyszczenie.
Technologia absorpcji różni się tym, że gazowe zanieczyszczenia siarkowodorem są rozpuszczane w aktywnej substancji ciekłej. W rezultacie zanieczyszczenia gazowe przechodzą do fazy ciekłej. Następnie wyizolowane szkodliwe składniki są usuwane przez stripping, inaczej desorpcję, w ten sposób są usuwane z reaktywnej cieczy.
Pomimo tego, że technologia adsorpcji nawiązuje do „suchych procesów” i pozwala na produkcję Dokładne oczyszczanie niebieskiego paliwa, w usuwaniu zanieczyszczeń z gazu ziemnego jest częściej stosowane wchłanianie. Zbieranie i eliminacja związków siarkowodoru za pomocą absorberów cieczy jest bardziej opłacalne i celowe.
Najpopularniejszym rodzajem adsorbera jest węgiel aktywny, stosowany w postaci kapsułek lub ziaren. Powierzchnia każdego pierwiastka „absorbuje” siarkowodór i inne wtrącenia organiczne
Metody absorpcyjne stosowane w oczyszczaniu gazów dzielą się na następujące trzy grupy:
- Chemiczny. Produkowane są przy użyciu rozpuszczalników, które swobodnie reagują z kwaśnymi zanieczyszczeniami siarkowodorem. Spośród sorbentów chemicznych największą chłonnością charakteryzują się etanoloaminy lub alkanoloaminy.
- Fizyczny. Wykonuje się je poprzez fizyczne rozpuszczenie gazowego siarkowodoru w absorberze cieczy. Co więcej, im wyższe ciśnienie cząstkowe zanieczyszczenia gazowego, tym szybciej przebiega proces rozpuszczania. Jako absorber stosuje się metanol, węglan propylenu itp.
- Łączny. W mieszanej wersji ekstrakcji siarkowodoru zaangażowane są obie technologie. Główna praca jest wykonywana przez absorpcję, a drobną dodatkową obróbkę wykonują adsorbenty.
Od pół wieku najbardziej pożądana i popularna technologia wydobycia i usuwania z paliw kopalnych siarkowodór i kwas węglowy to chemiczne oczyszczanie gazów za pomocą sorbentu aminowego stosowanego w postaci wodnego rozwiązanie.
Sorpcyjne metody oczyszczania paliw naturalnych opierają się na zdolności substancji stałych i płynnych reagują z siarkowodorem i innymi zanieczyszczeniami organicznymi, uwalniając je w ten sposób z kompozycji gaz
Technologia aminowa jest bardziej odpowiednia do obsługi dużych ilości gazu, ponieważ:
- Brak deficytu. Odczynniki można zawsze kupić w ilości wymaganej do oczyszczenia.
- Dopuszczalna chłonność. Aminy są bardzo chłonne. Spośród wszystkich użytych substancji tylko one są w stanie usunąć z gazu 99,9% siarkowodoru.
- Charakterystyka priorytetowa. Wodne roztwory amin wyróżniają się maksymalną dopuszczalną lepkością, gęstością pary, stabilnością termiczną i chemiczną oraz niską pojemnością cieplną. Ich właściwości zapewniają najlepszy możliwy proces wchłaniania.
- Brak toksyczności substancji reaktywnych. To ważny argument, który przekonuje ludzi do uciekania się do metody aminowej.
- Selektywność. Jakość wymagana do selektywnej absorpcji. Pozwala na sekwencyjne przeprowadzanie niezbędnych reakcji w kolejności wymaganej do uzyskania optymalnych wyników.
Do etanoloamin stosowanych w chemicznych metodach oczyszczania gazów z siarkowodoru i dwutlenku węgla należą monoetanoloaminy (MEA), dietanoloaminy (DEA), trietanoloaminy (TEA). Ponadto z gazu usuwane są substancje z przedrostkami mono- i di- oraz H2S i CO2. Ale trzecia opcja pomaga usunąć tylko siarkowodór.
Podczas selektywnego czyszczenia niebieskiego paliwa stosuje się metylodietanoloaminy (MDEA), diglikoloaminy (DHA), diizopropanoloaminy (DIPA). Absorbenty selektywne stosowane są głównie za granicą.
Naturalnie idealne sorbenty spełniające wszystkie wymagania dotyczące czyszczenia przed dostarczeniem do systemu ogrzewanie gazowe a dostawa innego sprzętu jeszcze nie istnieje. Każdy rozpuszczalnik ma swoje plusy i minusy. Wybierając substancję reaktywną, po prostu określają najbardziej odpowiednią spośród wielu proponowanych.
Jak działa typowa instalacja
Maksymalna chłonność w stosunku do H2S charakteryzuje się roztworem monoetanoloaminy. Jednak ten odczynnik ma kilka istotnych wad. Wyróżnia się dość wysokim ciśnieniem oraz zdolnością do tworzenia nieodwracalnych związków z siarczkiem węgla podczas pracy jednostki oczyszczania gazów aminowych.
Pierwsza wada jest eliminowana przez spłukiwanie, w wyniku czego para aminy jest częściowo pochłaniana. Drugi jest rzadko spotykany podczas przetwarzania gazów polowych.
Galeria obrazów
Zdjęcie z
Ekstrakcja siarkowodoru i związanych z nim składników organicznych z naturalnych paliw kopalnych odbywa się w zakładach absorpcyjnych
Instalacje mogą być budowane w pobliżu pola, instalowane na trasie lub przed wjazdem do zakładu przeróbki gazu. W każdym razie czyszczenie odbywa się przed dostarczeniem konsumentowi paliwa gazowego.
Stosowane środki i sprzęt do oczyszczania gazów są stale ulepszane. Jeśli wcześniej siarka wydzielona ze składu mieszaniny gazowej była po prostu zagospodarowana, to teraz są przechowywane i wysyłane do produkcji kwasu siarkowego, papieru, dwutlenku węgla, suchego lodu, gumy i nie tylko inne
Czyszczenie absorbera nie jest tanie. Znacząco podnosi koszt przerabianego paliwa. Jednak wielokrotne użycie roztworu amin w instalacji pozwala na obniżenie kosztów.
Instalacja absorpcyjna do ekstrakcji siarkowodoru z gazu
Kompleks oczyszczalni przy autostradzie
Zaawansowane kompleksy oczyszczania gazów
Rurociąg oczyszczalni gazu ziemnego
Stężenie wodnego roztworu monoetanoloaminy dobierane jest empirycznie, na podstawie przeprowadzonych badań, przyjmuje się je w celu oczyszczenia gazu z określonego pola. Wybór procentu odczynnika uwzględnia jego zdolność do wytrzymania agresywnego działania siarkowodoru na metalowe elementy układu.
Typowa zawartość absorbentu zwykle mieści się w zakresie od 15 do 20%. Często jednak zdarza się, że stężenie zwiększa się do 30% lub zmniejsza do 10%, w zależności od tego, jak wysoki powinien być stopień oczyszczenia. Te. w jakim celu, w ogrzewaniu lub w produkcji związków polimerowych, będzie używany gaz.
Należy zauważyć, że wzrost stężenia związków aminowych zmniejsza potencjał korozyjny siarkowodoru. Należy jednak wziąć pod uwagę, że w tym przypadku wzrasta zużycie odczynnika. W konsekwencji wzrasta koszt oczyszczonego gazu handlowego.
Główną jednostką oczyszczalni jest absorber tarczowy lub w wersji opakowanej. Jest to aparat zorientowany pionowo, który wygląda jak probówka z umieszczonymi wewnątrz dyszami lub płytkami. W jego dolnej części znajduje się wlot do doprowadzania mieszanki gazów surowych, a w górnej znajduje się wylot do skrubera.
Jeżeli oczyszczany gaz w instalacji znajduje się pod ciśnieniem wystarczającym do przejścia odczynnika do wymiennika ciepła, a następnie do kolumny odpędowej, proces przebiega bez udziału pompy. Jeśli ciśnienie nie wystarcza do przepływu procesu, wypływ jest stymulowany przez technologię pompowania.
Strumień gazu po przejściu przez separator wlotowy wtryskiwany jest do dolnej części absorbera. Następnie przechodzi przez tace lub dysze znajdujące się pośrodku ciała, na których osadzają się zanieczyszczenia. Dysze, całkowicie zwilżone roztworem aminy, są oddzielone kratkami w celu równomiernego rozprowadzenia odczynnika.
Następnie oczyszczone z zanieczyszczeń błękitne paliwo trafia do płuczki. Urządzenie to może być włączone do obiegu recyrkulacyjnego za absorberem lub umieszczone w jego górnej części.
Zużyty roztwór spływa po ścianach absorbera i jest kierowany do kolumny odpędowej - strippera z kotłem. Tam roztwór jest oczyszczany z zaabsorbowanych zanieczyszczeń przez opary uwalniane podczas gotowania wody, aby powrócić z powrotem do instalacji.
Zregenerowany, czyli uwolniony od związków siarkowodoru roztwór wpływa do wymiennika ciepła. W nim ciecz jest chłodzona w procesie przekazywania ciepła do kolejnej porcji zanieczyszczonego roztworu, po czym pompowana jest do lodówki w celu całkowitego schłodzenia i kondensacji pary.
Schłodzony roztwór absorbujący jest podawany z powrotem do absorbera. W ten sposób odczynnik krąży w instalacji. Jego opary są również chłodzone i oczyszczane z zanieczyszczeń kwaśnych, po czym uzupełniają zapas odczynników.
Najczęściej schematy oczyszczania gazu stosuje się z monoetanoloaminą i dietanoloaminą. Odczynniki te umożliwiają ekstrakcję nie tylko siarkowodoru, ale także dwutlenku węgla z niebieskiego paliwa.
Jeśli konieczne jest jednoczesne usunięcie CO z oczyszczonego gazu2 i H2S, wykonywane jest czyszczenie dwustopniowe. Polega na zastosowaniu dwóch roztworów różniących się stężeniem. Ta opcja jest bardziej ekonomiczna niż czyszczenie jednoetapowe.
Najpierw paliwo gazowe jest czyszczone mocną kompozycją o zawartości odczynnika 25-35%. Następnie gaz jest traktowany słabym roztworem wodnym, w którym substancja czynna wynosi tylko 5-12%. W rezultacie czyszczenie zarówno zgrubne, jak i dokładne odbywa się przy minimalnym zużyciu roztworu i rozsądnym wykorzystaniu wytworzonego ciepła.
Cztery opcje czyszczenia za pomocą alkonolamin
Alkonoloaminy lub aminoalkohole to substancje zawierające nie tylko grupę aminową, ale także grupę hydroksylową.
Projekty instalacji i technologie oczyszczania gazu ziemnego alkanoloaminami różnią się głównie sposobem dostarczania substancji absorbującej. Istnieją cztery główne metody najczęściej stosowane w oczyszczaniu gazu przy użyciu tego typu aminy.
Pierwszy sposób. Określa dopływ aktywnego roztworu w jednym strumieniu od góry. Cała objętość absorbentu kierowana jest na górną tacę instalacji. Proces czyszczenia odbywa się w temperaturze tła nie wyższej niż 40°C.
Najprostsza metoda czyszczenia polega na doprowadzeniu aktywnego roztworu w jednym strumieniu. Technikę tę stosuje się, gdy w gazie znajduje się niewielka ilość zanieczyszczeń.
Technika ta jest zwykle stosowana do lekkiego zanieczyszczenia związkami siarkowodoru i dwutlenkiem węgla. W tym przypadku łączny efekt cieplny produkcji gazu handlowego jest z reguły niski.
Drugi sposób. Ta opcja obróbki jest stosowana, gdy w paliwach gazowych występuje wysoka zawartość związków siarkowodoru.
W takim przypadku reaktywny roztwór jest podawany do dwóch strumieni. Pierwszy o objętości około 65-75% całkowitej masy przesyłany jest do środka instalacji, drugi zasilany jest z góry.
Roztwór aminy spływa po tacach i spotyka wznoszące się strumienie gazu, które są pompowane do dolnej tacy jednostki absorpcyjnej. Przed podaniem roztwór ogrzewa się do nie więcej niż 40 ° C, ale podczas oddziaływania gazu z aminą temperatura znacznie wzrasta.
Aby zapobiec spadkowi wydajności czyszczenia z powodu wzrostu temperatury, nadmiar ciepła jest usuwany wraz z roztworem odpadowym nasyconym siarkowodorem. W górnej części urządzenia przepływ jest chłodzony w celu wydobycia pozostałości składników kwasowych wraz z kondensatem.
Druga i trzecia z opisanych metod określają z góry dostarczanie roztworu absorpcyjnego w dwóch strumieniach. W pierwszym przypadku odczynnik jest dostarczany w tej samej temperaturze, w drugim - w innej
Jest to ekonomiczny sposób na zmniejszenie zużycia zarówno energii, jak i aktywnego rozwiązania. Dogrzewanie nie jest wykonywane na żadnym etapie. Technologicznie jest to oczyszczanie dwustopniowe, które umożliwia przygotowanie gazu handlowego do zasilania na magistralę przy jak najmniejszych stratach.
Trzeci sposób. Polega na dostarczaniu absorbera do jednostki czyszczącej w dwóch strumieniach o różnych temperaturach. Technikę stosuje się, gdy oprócz siarkowodoru i dwutlenku węgla w surowym gazie znajduje się również CS2i COS.
Przeważająca część absorbera, około 70-75%, nagrzewa się do 60-70 ° C, a pozostała część tylko do 40 ° C. Strumienie doprowadzane są do absorbera w taki sam sposób jak w przypadku opisanym powyżej: od góry do środka.
Powstanie strefy o wysokiej temperaturze umożliwia szybkie i skuteczne usuwanie zanieczyszczeń organicznych z masy gazowej na dnie kolumny czyszczącej. A na górze dwutlenek węgla i siarkowodór są wytrącane przez aminę o standardowej temperaturze.
Czwarty sposób. Technologia ta z góry określa dostarczanie wodnego roztworu amin w dwóch strumieniach o różnym stopniu regeneracji. Oznacza to, że jeden jest dostarczany nierafinowany, z zawartością wtrąceń siarkowodoru, drugi bez nich.
Pierwszego strumienia nie można nazwać całkowicie zanieczyszczonym. Zawiera tylko częściowo składniki kwaśne, ponieważ część z nich jest usuwana podczas chłodzenia do +50°/+60°C w wymienniku ciepła. Ten strumień roztworu jest pobierany z dna kolumny odpędowej, schładzany i kierowany do środka kolumny.
Przy znacznej zawartości składników siarkowodoru i dwutlenku węgla w paliwie gazowym czyszczenie odbywa się dwoma strumieniami roztworu o różnym stopniu regeneracji
Tylko ta część roztworu, która jest pompowana do górnego sektora instalacji, jest głęboko czyszczona. Temperatura tego strumienia zwykle nie przekracza 50°C. Tutaj odbywa się dokładne czyszczenie paliw gazowych. Ten schemat pozwala obniżyć koszty o co najmniej 10% poprzez zmniejszenie zużycia pary.
Oczywiste jest, że wybór metody czyszczenia opiera się na obecności zanieczyszczeń organicznych i wykonalności ekonomicznej. W każdym razie różnorodność technologii pozwala wybrać najlepszą opcję. Na tej samej jednostce oczyszczania gazów aminowych stopień oczyszczenia można zmieniać, uzyskując niebieskie paliwo z niezbędnym kotły gazowe, piecyki, charakterystyki grzejników.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Poniższy film zapozna Cię ze specyfiką ekstrakcji siarkowodoru z towarzyszącego gazu produkowanego wraz z ropą przez szyb naftowy:
Instalację do oczyszczania błękitnego paliwa z siarkowodoru z produkcją siarki elementarnej do dalszego przerobu przedstawi wideo:
Autor tego filmu opowie, jak pozbyć się siarkowodoru z biogazu w domu:
Wybór metody oczyszczania gazu kieruje się przede wszystkim rozwiązaniem konkretnego problemu. Artysta ma dwa sposoby: podążać za sprawdzonym schematem lub preferować coś nowego. Jednak główną wytyczną powinna nadal być wykonalność ekonomiczna przy zachowaniu jakości i uzyskaniu pożądanego stopnia przetworzenia.
