Compostos de enxofre em diferentes proporções estão contidos no gás natural extraído dos campos para entrega ao consumidor por meio de dutos. Se você não se livrar deles, as substâncias agressivas destruirão a tubulação, tornando as conexões inutilizáveis. Além disso, a combustão de combustível azul contaminado libera toxinas.
Para evitar consequências negativas, é realizada a purificação do gás amina a partir do sulfeto de hidrogênio. Esta é a maneira mais fácil e barata de separar componentes prejudiciais de um mineral combustível. Contaremos como funciona o processo de separação das inclusões sulfurosas, como funciona e funciona a unidade de purificação.
O conteúdo do artigo:
- Objetivo da limpeza de combustíveis fósseis
- Métodos existentes para separar sulfeto de hidrogênio
- Como funciona uma instalação típica
- Quatro opções de limpeza com alconolaminas
- Conclusões e vídeo útil sobre o tema
Objetivo da limpeza de combustíveis fósseis
O gás é o combustível mais popular. Atrai com o preço mais acessível e causando o menor dano à situação ambiental. As vantagens indiscutíveis incluem a simplicidade de controle do processo de combustão e a capacidade de garantir todas as etapas do processamento do combustível no curso da obtenção de energia térmica.
No entanto, o fóssil gasoso natural não é extraído em sua forma pura, porque simultaneamente com a extração de gás do poço, os compostos orgânicos associados são bombeados para fora. O mais comum deles é o sulfeto de hidrogênio, cujo conteúdo varia de décimos a dez por cento ou mais, dependendo do campo.
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O gás natural é o tipo de combustível mais difundido e mais procurado, cuja popularidade se baseia não apenas na acessibilidade do preço
A maioria dos fogões domésticos e unidades de cozinha na indústria de alimentos funcionam com gás principal
A melhor opção para aquecer empreendimentos industriais de grande porte é o gás. Faz o mínimo de dano ao meio ambiente, não emite fuligem e produtos de combustão insolúveis
Na preparação de água quente e aquecimento de casas / apartamentos particulares, instalações comerciais de pequeno e médio porte, oficinas, caldeiras a gás estão mais frequentemente envolvidos
O gás é usado para obter a temperatura necessária do ambiente de trabalho nas indústrias química e alimentícia
O gás natural é necessário para a obtenção de gases industriais, que depois são usados na soldagem, na alimentação de diversos aquecedores
O gás principal é usado como uma matéria-prima valiosa para a produção de muitos compostos químicos, a partir dos quais todos os tipos de produtos poliméricos são feitos
Independentemente da finalidade do uso do gás natural, ele deve ser limpo de sulfeto de hidrogênio e outros compostos orgânicos antes de ser entregue ao gasoduto.
O gás natural é o combustível mais comum
Usando gás na cozinha
O uso de gás no aquecimento de empreendimentos industriais
Caldeira a gás com queimador atmosférico
O uso de gás em processos industriais
Produção de gases industriais
O uso do gás como matéria-prima na indústria química
Transporte de gás pelo gasoduto
O sulfeto de hidrogênio é venenoso, perigoso para o meio ambiente e prejudicial aos catalisadores usados no processamento de gás. Como já observamos, este composto orgânico é extremamente agressivo para tubos de aço e válvulas de metal.
Naturalmente, corroendo o sistema privado e gasoduto principal, o sulfeto de hidrogênio leva a vazamentos de combustível azul e relaciona a este fato situações extremamente negativas e arriscadas. Para proteger o consumidor, compostos nocivos à saúde são removidos da composição do combustível gasoso antes mesmo de ele ser entregue ao duto.
De acordo com os padrões de compostos de sulfeto de hidrogênio no gás transportado pelas tubulações, não pode ultrapassar 0,02 g / m³. No entanto, na verdade, existem muito mais deles. Para atingir o valor regulado pela GOST 5542-2014, a limpeza é necessária.
Métodos existentes para separar sulfeto de hidrogênio
Além do sulfeto de hidrogênio prevalecente no contexto de outras impurezas, o combustível azul pode conter outros compostos prejudiciais. Você pode encontrar nele dióxido de carbono, mercaptanos leves e sulfeto de carbono. Mas diretamente o sulfeto de hidrogênio sempre prevalecerá.
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A presença de impurezas orgânicas no gás natural é a principal causa de corrosão de dutos e conexões de aço. Seus resultados são deploráveis
Devido ao aparecimento de ferrugem, as paredes do tubo de gás tornam-se mais finas. Como resultado, o aperto é perdido. Na melhor das hipóteses, vazamentos de gás incorrerão em custos, na pior das hipóteses - explosões e envenenamento
A ferrugem que aparece na tubulação se espalhará rapidamente para as válvulas de corte. Torneiras e válvulas enferrujadas não podem ser fechadas em uma situação perigosa ou para reparo
Devido à ferrugem, um relevo aparecerá dentro dos tubos, mesmo uma sobreposição parcial da rota pode se formar. O resultado do referido negativo pode ser uma explosão, um dos motivos que muitas vezes é a instabilidade de pressão no sistema de gás.
Corrosão dentro da tubulação de gás
Perda de estanqueidade do gasoduto
Ferrugem das conexões de aço do gasoduto
Explosão de gás devido à pressão instável
Deve-se notar que algum conteúdo insignificante de compostos de enxofre no combustível gasoso purificado é permitido. O valor específico da tolerância depende das finalidades para as quais o gás é produzido. Por exemplo, para a produção de óxido de etileno, o teor de enxofre total deve ser inferior a 0,0001 mg / m³.
O método de limpeza é escolhido com base no resultado desejado.
Todos os métodos existentes atualmente são divididos em dois grupos:
- Sorção. Consistem na absorção de compostos de sulfeto de hidrogênio por um reagente sólido (adsorção) ou líquido (absorção), seguida da liberação de enxofre ou seus derivados. Depois disso, as impurezas nocivas liberadas do gás são descartadas ou recicladas.
- Catalítico. Eles consistem na oxidação ou redução do sulfeto de hidrogênio com sua transformação em enxofre elementar. O processo é realizado na presença de catalisadores - substâncias que estimulam o curso de uma reação química.
A adsorção envolve a coleta de sulfeto de hidrogênio, concentrando-o na superfície de um sólido. Na maioria das vezes, materiais granulares baseados em carvão ativado ou óxido de ferro são usados no processo de adsorção. A grande área de superfície característica dos grãos maximiza a retenção das moléculas de enxofre.
Todos os métodos de purificação do combustível azul são subdivididos em sorção e catalítico. O equipamento de limpeza está focado no princípio de operação de uma tecnologia particular. No entanto, existem instalações em que vários métodos são combinados, devido às quais uma limpeza complexa é realizada.
A tecnologia de absorção difere porque as impurezas gasosas de sulfeto de hidrogênio são dissolvidas em uma substância líquida ativa. Como resultado, os contaminantes gasosos passam para a fase líquida. Em seguida, os componentes nocivos isolados são removidos por decapagem, caso contrário, por dessorção, desta forma são removidos do líquido reativo.
Apesar de a tecnologia de adsorção referir-se a "processos secos" e permitir a produção purificação fina de combustível azul, na remoção da poluição do gás natural é mais frequentemente usado absorção. A coleta e eliminação de compostos de sulfeto de hidrogênio usando absorvedores de líquidos é mais lucrativa e conveniente.
O tipo mais popular de adsorvente é o carvão ativado, usado na forma de cápsulas ou grãos. A superfície de cada elemento "absorve" sulfeto de hidrogênio e outras inclusões orgânicas
Os métodos de absorção usados na purificação de gás são divididos nos três grupos a seguir:
- Químico. Eles são produzidos com solventes que reagem livremente com contaminantes ácidos de sulfeto de hidrogênio. Etanolaminas ou alcanolaminas têm a maior capacidade de absorção entre os sorventes químicos.
- Fisica. Eles são realizados dissolvendo fisicamente o sulfeto de hidrogênio gasoso em um absorvedor de líquido. Além disso, quanto maior a pressão parcial do poluente gasoso, mais rápido o processo de dissolução prossegue. Metanol, carbonato de propileno, etc. são usados como absorventes.
- Combinado. Na versão mista da extração de sulfeto de hidrogênio, ambas as tecnologias estão envolvidas. O trabalho principal é realizado por absorção e o tratamento adicional fino é realizado por adsorventes.
Por meio século, a tecnologia mais exigida e popular para a extração e remoção de combustíveis fósseis sulfeto de hidrogênio e ácido carbônico é uma purificação química de gás usando um sorbente de amina usado na forma de uma solução aquosa solução.
Os métodos de sorção de purificação de combustível natural são baseados na capacidade de substâncias sólidas e líquidas reagem com sulfeto de hidrogênio e outras impurezas orgânicas, liberando-as assim da composição gás
A tecnologia de amina é mais adequada para lidar com grandes volumes de gás porque:
- Ausência de déficit. Os reagentes sempre podem ser adquiridos na quantidade necessária para a purificação.
- Absorvência aceitável. As aminas são altamente absorventes. De todas as substâncias utilizadas, apenas elas são capazes de remover 99,9% do sulfeto de hidrogênio do gás.
- Características prioritárias. As soluções aquosas de amina são diferenciadas pela viscosidade máxima aceitável, densidade de vapor, estabilidade térmica e química e baixa capacidade de calor. Suas características garantem o melhor processo de absorção possível.
- Sem toxicidade de substâncias reativas. Este é um argumento importante que convence as pessoas a recorrerem ao método da amina.
- Seletividade. Qualidade exigida para absorção seletiva. Ele permite que as reações necessárias sejam realizadas sequencialmente na ordem exigida para resultados ideais.
As etanolaminas usadas em métodos químicos de purificação de gás de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono incluem monoetanolaminas (MEA), dietanolaminas (DEA), trietanolaminas (TEA). Além disso, as substâncias com prefixos mono- e di- são removidas do gás e H2S e CO2. Mas a terceira opção ajuda a remover apenas o sulfeto de hidrogênio.
Ao realizar a limpeza seletiva do combustível azul, são usadas metildietanolaminas (MDEA), diglicolaminas (DHA), diisopropanolaminas (DIPA). Absorventes seletivos são usados principalmente no exterior.
Absorventes naturalmente ideais para atender a todos os requisitos de limpeza antes da entrega ao sistema aquecimento a gás e o fornecimento de outros equipamentos ainda não existe. Cada solvente tem alguns pontos positivos junto com pontos negativos. Ao escolher uma substância reativa, eles simplesmente determinam a mais adequada entre várias propostas.
Como funciona uma instalação típica
Capacidade máxima de absorção em relação a H2S é caracterizado por uma solução de monoetanolamina. No entanto, este reagente tem algumas desvantagens significativas. Distingue-se por uma pressão bastante alta e pela capacidade de criar compostos irreversíveis com sulfeto de carbono durante a operação da unidade de purificação de gás de amina.
A primeira desvantagem é eliminada por lavagem, em que o vapor de amina é parcialmente absorvido. O segundo raramente é encontrado durante o processamento de gases de campo.
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A extração de sulfeto de hidrogênio e componentes orgânicos associados de combustíveis fósseis naturais é realizada em plantas de absorção
As instalações podem ser construídas próximo ao campo, instaladas na rota ou em frente à entrada da planta de processamento de gás. Em qualquer caso, a limpeza é realizada antes de fornecer combustível gasoso ao consumidor.
As medidas de purificação do gás e os equipamentos utilizados estão em constante aprimoramento. Se antes o enxofre separado da composição da mistura gasosa natural era simplesmente utilizado, agora são armazenados e enviados para a produção de ácido sulfúrico, papel, dióxido de carbono, gelo seco, borracha e muito mais outro
A limpeza do absorvedor não é barata. Aumenta significativamente o custo do combustível processado. No entanto, o uso múltiplo da solução de amina na instalação permite reduzir o custo.
Planta de absorção para a extração de sulfeto de hidrogênio do gás
Um complexo de estações de tratamento na rodovia
Complexos avançados de tratamento de gás
Gasoduto de planta de tratamento de gás natural
A concentração de uma solução aquosa de monoetanolamina é selecionada empiricamente, com base nos estudos realizados, é utilizada para purificar o gás de um determinado campo. A seleção da porcentagem do reagente leva em consideração sua capacidade de resistir aos efeitos agressivos do sulfeto de hidrogênio nos componentes metálicos do sistema.
O conteúdo absorvente típico está geralmente na faixa de 15 a 20%. No entanto, muitas vezes acontece que a concentração é aumentada para 30% ou diminuída para 10%, dependendo de quão alto deve ser o grau de purificação. Aqueles. com que finalidade, no aquecimento ou na produção de compostos poliméricos, será utilizado gás.
Observe que um aumento na concentração de compostos de amina diminui o potencial corrosivo do sulfeto de hidrogênio. Mas deve-se levar em conta que neste caso o consumo do reagente aumenta. Consequentemente, o custo do gás comercial tratado aumenta.
A unidade principal da planta de purificação é o absorvedor do disco ou versão embalada. É um aparelho orientado verticalmente que se parece com um tubo de ensaio com bicos ou placas localizados em seu interior. Na sua parte inferior existe uma entrada para o abastecimento da mistura gasosa bruta e na parte superior uma saída para o depurador.
Se o gás a ser limpo na instalação estiver sob pressão suficiente para a passagem do reagente para o trocador de calor e depois para a coluna de stripping, o processo ocorre sem a participação de uma bomba. Se a pressão não for suficiente para a vazão do processo, a vazão é estimulada pela tecnologia de bombeamento.
A corrente de gás, após passar pelo separador de entrada, é injetada na seção inferior do absorvedor. Em seguida, passa por bandejas ou bicos localizados no meio do corpo, sobre os quais se depositam os contaminantes. Os bicos, completamente umedecidos com solução de amina, são separados por grades para distribuição uniforme do reagente.
Em seguida, o combustível azul limpo de contaminação é enviado para o depurador. Este dispositivo pode ser conectado no circuito de reciclagem após o absorvedor ou localizado na parte superior do mesmo.
A solução gasta flui pelas paredes do absorvedor e é enviada para a coluna de decapagem - uma stripper com uma caldeira. Lá a solução é purificada dos contaminantes absorvidos pelos vapores liberados durante a fervura da água para retornar à instalação.
Regenerado, ou seja, livre de compostos de sulfeto de hidrogênio, a solução flui para o trocador de calor. Nele, o líquido é resfriado no processo de transferência de calor para a próxima porção da solução contaminada, após o qual é bombeado para o refrigerador por uma bomba para total resfriamento e condensação do vapor.
A solução absorvente resfriada é enviada de volta ao absorvedor. É assim que o reagente circula pela instalação. Seus vapores também são resfriados e purificados de impurezas ácidas, após o que eles reabastecem o suprimento de reagente.
Na maioria das vezes, os esquemas de purificação de gás são usados com monoetanolamina e dietanolamina. Esses reagentes permitem extrair não apenas sulfeto de hidrogênio, mas também dióxido de carbono do combustível azul.
Se for necessário remover simultaneamente o CO do gás tratado2 e H2S, a limpeza em dois estágios é executada. Consiste no uso de duas soluções, diferindo na concentração. Esta opção é mais econômica do que a limpeza em uma etapa.
Primeiro, o combustível gasoso é limpo com uma composição forte com um conteúdo de reagente de 25-35%. Em seguida, o gás é tratado com uma solução aquosa fraca, na qual a substância ativa é apenas 5-12%. Como resultado, tanto a limpeza grossa quanto a fina são realizadas com um consumo mínimo de solução e um aproveitamento razoável do calor gerado.
Quatro opções de limpeza com alconolaminas
Alkonolaminas ou aminoálcoois são substâncias que contêm não apenas um grupo amina, mas também um grupo hidroxila.
O projeto de instalações e tecnologias para a purificação de gás natural com alcanolaminas diferem principalmente no método de fornecimento da substância absorvente. Existem quatro métodos principais usados com mais frequência na limpeza de gases com este tipo de amina.
A primeira maneira. Ele predetermina o fornecimento da solução ativa em um fluxo a partir do topo. Todo o volume do absorvente é direcionado para a bandeja superior da instalação. O processo de limpeza ocorre em uma temperatura de fundo não superior a 40 ° C.
O método de limpeza mais simples envolve alimentar a solução ativa em um fluxo. Essa técnica é usada se houver uma pequena quantidade de impurezas no gás.
Esta técnica é geralmente usada para contaminação leve com compostos de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. Nesse caso, o efeito térmico total para a produção de gás comercial é, via de regra, baixo.
Segunda via. Esta opção de tratamento é usada quando há um alto teor de compostos de sulfeto de hidrogênio nos combustíveis gasosos.
Nesse caso, a solução reativa é alimentada em duas correntes. O primeiro, com um volume de cerca de 65-75% da massa total, é enviado para o meio da instalação, o segundo é fornecido de cima.
A solução de amina flui pelas bandejas e encontra os fluxos ascendentes de gás que são bombeados para a bandeja inferior da unidade de absorção. Antes de servir, a solução é aquecida a não mais do que 40 ° C, mas durante a interação do gás com a amina, a temperatura aumenta significativamente.
Para evitar que a eficiência da limpeza diminua devido ao aumento da temperatura, o excesso de calor é removido junto com a solução residual saturada com sulfeto de hidrogênio. E na parte superior da unidade, o fluxo é resfriado para extrair os resíduos dos componentes ácidos junto com o condensado.
O segundo e o terceiro dos métodos descritos predeterminam o fornecimento da solução de absorção em duas correntes. No primeiro caso, o reagente é fornecido na mesma temperatura, no segundo - em diferentes
É uma forma econômica de reduzir o consumo de energia e solução ativa. O aquecimento adicional não é realizado em qualquer estágio. Tecnologicamente, trata-se de uma purificação de dois níveis, o que permite preparar o gás comercial para abastecimento da linha principal com o mínimo de perdas.
Terceira via. Envolve a entrega do absorvedor à unidade de limpeza em dois fluxos de temperaturas diferentes. A técnica é utilizada se, além do sulfeto de hidrogênio e do dióxido de carbono, também houver CS no gás bruto2e COS.
A parte predominante do absorvedor, aproximadamente 70-75%, aquece até 60-70 ° C, e a parte restante apenas até 40 ° C. Os fluxos são fornecidos ao absorvedor da mesma forma que no caso acima descrito: do topo e para o meio.
A formação de uma zona com alta temperatura possibilita a remoção rápida e eficiente de contaminantes orgânicos da massa de gás na parte inferior da coluna de limpeza. E no topo, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio são precipitados por uma amina de temperatura padrão.
Quarta via. Esta tecnologia predetermina o fornecimento de uma solução aquosa de amina em dois fluxos com diferentes graus de regeneração. Ou seja, um é fornecido não refinado, com o conteúdo de inclusões de sulfeto de hidrogênio, o segundo - sem eles.
O primeiro fluxo não pode ser chamado de completamente poluído. Ele contém apenas parcialmente componentes ácidos, porque alguns deles são removidos durante o resfriamento a + 50 ° / + 60 ° C no trocador de calor. Este fluxo de solução é retirado do fundo do stripper, resfriado e direcionado para o meio da coluna.
Com um teor significativo de componentes de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono no combustível gasoso, a limpeza é realizada com duas correntes de solução com diferentes graus de regeneração
Apenas a parte da solução, que é bombeada para o setor superior da instalação, passa por uma limpeza profunda. A temperatura deste fluxo geralmente não ultrapassa 50 ° C. É aqui que a limpeza precisa dos combustíveis gasosos é realizada. Este esquema permite reduzir os custos em pelo menos 10%, reduzindo o consumo de vapor.
É claro que o método de limpeza é escolhido com base na presença de contaminantes orgânicos e viabilidade econômica. Em qualquer caso, a variedade de tecnologias permite escolher a melhor opção. Na mesma unidade de tratamento de gás de amina, o grau de purificação pode ser variado, obtendo-se um combustível azul com as necessárias caldeiras a gás, fogões, características de aquecedores.
Conclusões e vídeo útil sobre o tema
O vídeo a seguir irá familiarizá-lo com os detalhes da extração de sulfeto de hidrogênio do gás associado produzido junto com o petróleo por um poço de petróleo:
A instalação para a purificação do combustível azul a partir do sulfeto de hidrogênio com a produção de enxofre elementar para posterior processamento será apresentada pelo vídeo:
O autor deste vídeo vai lhe dizer como se livrar do sulfeto de hidrogênio do biogás em casa:
A escolha de um método de purificação de gás concentra-se principalmente na solução de um problema específico. O artista tem dois caminhos: seguir um esquema comprovado ou preferir algo novo. Porém, a principal diretriz ainda deve ser a viabilidade econômica, mantendo a qualidade e obtendo o grau de processamento desejado.
