Purificarea gazelor aminice din hidrogen sulfurat: schema de instalare și principiul de funcționare

Compușii de sulf în proporții diferite sunt conținuți în gazele naturale extrase din câmpuri pentru a fi livrate consumatorului prin conducte. Dacă nu scăpați de ele, substanțele agresive vor distruge conducta și vor face accesoriile inutilizabile. În plus, arderea combustibilului albastru contaminat eliberează toxine.

Pentru a evita consecințele negative, se efectuează purificarea gazelor aminice din hidrogen sulfurat. Acesta este cel mai simplu și mai ieftin mod de a separa componentele dăunătoare de un mineral combustibil. Vă vom spune cum se desfășoară procesul de separare a incluziunilor sulfuroase, cum funcționează și cum funcționează unitatea de purificare.

Scopul curățării combustibililor fosili

Gazul este cel mai popular combustibil. Atrage cu cel mai accesibil preț și cauzează cele mai puține daune situației de mediu. Avantajele incontestabile includ simplitatea controlului procesului de ardere și capacitatea de a asigura toate etapele procesării combustibilului în timpul obținerii energiei termice.

Cu toate acestea, fosilele gazoase naturale nu sunt exploatate în forma sa pură, deoarece concomitent cu extragerea gazului din fântână, compușii organici asociați sunt pompați afară. Cea mai comună dintre ele este hidrogenul sulfurat, al cărui conținut variază de la zecimi la zece procente sau mai mult, în funcție de domeniu.

Sulfura de hidrogen este otrăvitoare, periculoasă pentru mediu și dăunătoare catalizatorilor utilizați în procesarea gazelor. După cum am menționat deja, acest compus organic este extrem de agresiv față de țevile de oțel și supapele metalice.

Bineînțeles, corodând sistemul privat și conducta principală de gaz, hidrogenul sulfurat duce la scurgeri de combustibil albastru și legat de acest fapt situații extrem de negative, de risc. Pentru a proteja consumatorul, compușii nocivi pentru sănătate sunt eliminați din compoziția combustibilului gazos chiar înainte de a fi livrat la conductă.

Conform standardelor compușilor cu hidrogen sulfurat din gazul transportat prin conducte, acesta nu poate depăși 0,02 g / m³. Cu toate acestea, de fapt, există mult mai multe dintre ele. Pentru a atinge valoarea reglementată de GOST 5542-2014, este necesară curățarea.

Metode existente pentru separarea hidrogenului sulfurat

În plus față de hidrogenul sulfurat care predomină pe fondul altor impurități, combustibilul albastru poate conține alți compuși nocivi. Puteți găsi în acesta dioxid de carbon, mercaptani ușori și sulfură de carbon. Dar direct hidrogenul sulfurat va prevala întotdeauna.

Trebuie remarcat faptul că este permis un conținut nesemnificativ de compuși de sulf în combustibilul gazos purificat. Cifra specifică a toleranței depinde de scopurile pentru care este produs gazul. De exemplu, pentru producția de oxid de etilenă, conținutul total de sulf trebuie să fie mai mic de 0,0001 mg / m³.

Metoda de curățare este aleasă pe baza rezultatului necesar.

Toate metodele existente în prezent sunt împărțite în două grupuri:

• Absorbție. Acestea constau în absorbția compușilor de hidrogen sulfurat de un reactiv solid (adsorbție) sau lichid (absorbție), urmat de eliberarea de sulf sau a derivaților săi. După aceea, impuritățile dăunătoare degajate din gaz sunt eliminate sau reciclate.
• Catalitic. Acestea constau în oxidarea sau reducerea hidrogenului sulfurat cu transformarea acestuia în sulf elementar. Procesul se desfășoară în prezența catalizatorilor - substanțe care stimulează evoluția unei reacții chimice.

Adsorbția implică colectarea hidrogenului sulfurat prin concentrarea acestuia pe suprafața unui solid. Cel mai adesea, materialele granulare pe bază de cărbune activ sau oxid de fier sunt utilizate în procesul de adsorbție. Suprafața mare caracteristică boabelor maximizează reținerea moleculelor de sulf.

Tehnologia de absorbție diferă prin faptul că impuritățile gazoase de sulfură de hidrogen sunt dizolvate într-o substanță lichidă activă. Ca urmare, contaminanții gazoși trec în faza lichidă. Apoi, componentele nocive izolate sunt îndepărtate prin stripare, altfel desorbție, în acest fel sunt îndepărtate din lichidul reactiv.

În ciuda faptului că tehnologia de adsorbție se referă la „procese uscate” și vă permite să produceți purificarea fină a combustibilului albastru, în eliminarea poluării din gazele naturale este mai des utilizată absorbţie. Colectarea și eliminarea compușilor de hidrogen sulfurat folosind absorbanți lichizi este mai profitabilă și mai oportună.

Metodele de absorbție utilizate în purificarea gazelor sunt împărțite în următoarele trei grupe:

• Chimic. Acestea sunt produse folosind solvenți care reacționează liber cu contaminanți acidi cu hidrogen sulfurat. Etanolaminele sau alcanolaminele au cea mai mare capacitate de absorbție printre sorbanții chimici.
• Fizic. Acestea sunt realizate prin dizolvarea fizică a hidrogenului sulfurat gazos într-un absorbant lichid. Mai mult, cu cât presiunea parțială a poluantului gazos este mai mare, cu atât se desfășoară mai rapid procesul de dizolvare. Ca absorbant se utilizează metanol, carbonat de propilenă etc.
• Combinat. În versiunea mixtă de extracție a hidrogenului sulfurat, sunt implicate ambele tehnologii. Lucrarea principală este realizată prin absorbție, iar tratamentul suplimentar fin este efectuat de adsorbanți.

Timp de o jumătate de secol, cea mai solicitată și populară tehnologie pentru extracția și îndepărtarea din combustibili fosili hidrogen sulfurat și acid carbonic este o purificare chimică a gazelor folosind un absorbant de amină utilizat sub formă de soluție apoasă soluţie.

Tehnologia aminei este mai potrivită pentru manipularea volumelor mari de gaz deoarece:

• Lipsa deficitului. Reactivii pot fi cumpărați întotdeauna în cantitatea necesară pentru purificare.
• Absorbție acceptabilă. Aminele sunt foarte absorbante. Dintre toate substanțele utilizate, numai ele sunt capabile să elimine 99,9% hidrogen sulfurat din gaz.
• Caracteristici prioritare. Soluțiile apoase de amină se disting prin vâscozitatea maximă acceptabilă, densitatea vaporilor, stabilitatea termică și chimică și capacitatea termică redusă. Caracteristicile acestora asigură cel mai bun proces de absorbție posibil.
• Fără toxicitate a substanțelor reactive. Acesta este un argument important care ne convinge să recurgem la metoda aminei.
• Selectivitate. Calitatea necesară absorbției selective. Permite efectuarea secvențială a reacțiilor necesare în ordinea necesară pentru rezultate optime.

Etanolaminele utilizate în metodele chimice de purificare a gazelor din hidrogen sulfurat și dioxid de carbon includ monoetanolamine (MEA), dietanolamine (DEA), trietanolamine (TEA). Mai mult, substanțele cu prefixe mono- și di- sunt eliminate din gaz și H₂S și ​​CO₂. Dar a treia opțiune ajută la îndepărtarea numai a hidrogenului sulfurat.

Când se efectuează curățarea selectivă a combustibilului albastru, se utilizează metildietanolaminele (MDEA), diglicolaminele (DHA), diizopropanolaminele (DIPA). Absorbanții selectivi sunt utilizați în principal în străinătate.

Absorbanți ideali în mod natural pentru a îndeplini toate cerințele de curățare înainte de livrarea la sistem încălzire pe gaz iar furnizarea altor echipamente nu există încă. Fiecare solvent are câteva avantaje împreună cu minusuri. Atunci când aleg o substanță reactivă, ele determină pur și simplu cea mai potrivită dintr-o serie de substanțe propuse.

Cum funcționează o instalare tipică

Capacitatea maximă de absorbție în raport cu H₂S se caracterizează printr-o soluție de monoetanolamină. Cu toate acestea, acest reactiv are câteva dezavantaje semnificative. Se distinge printr-o presiune destul de ridicată și capacitatea, în timpul funcționării unității de purificare a gazelor de amină, de a crea compuși ireversibili cu sulfură de carbon.

Primul dezavantaj este eliminat prin spălare, în urma căruia vaporii de amină sunt parțial absorbiți. Al doilea este rar întâlnit în timpul procesării gazelor de câmp.

Concentrația unei soluții apoase de monoetanolamină este selectată empiric, pe baza studiilor efectuate, este luată pentru a purifica gazul dintr-un anumit câmp. Selectarea procentului de reactiv ia în considerare capacitatea acestuia de a rezista efectelor agresive ale hidrogenului sulfurat asupra componentelor metalice ale sistemului.

Conținutul tipic de absorbant este de obicei cuprins între 15 și 20%. Cu toate acestea, se întâmplă adesea ca concentrația să crească la 30% sau să scadă la 10%, în funcție de cât de mare ar trebui să fie gradul de purificare. Acestea. în ce scop, la încălzire sau la producerea compușilor polimerici, va fi utilizat gazul.

Rețineți că o creștere a concentrației de compuși aminici scade potențialul coroziv al hidrogenului sulfurat. Dar trebuie luat în considerare faptul că în acest caz crește consumul de reactiv. În consecință, costul gazului comercial tratat crește.

Unitatea principală a instalației de purificare este absorbantul discului sau versiunea ambalată. Este un aparat orientat vertical, care arată ca o eprubetă cu duze sau plăci situate în interior. În partea sa inferioară există o intrare pentru alimentarea amestecului de gaze brute, iar în partea superioară există o ieșire către spălător.

Fluxul de gaz, după trecerea prin separatorul de admisie, este injectat în secțiunea inferioară a absorbantului. Apoi trece prin tăvi sau duze situate în mijlocul corpului, pe care se așează contaminanții. Duzele, complet umezite cu soluție de amină, sunt separate prin rețele pentru o distribuție uniformă a reactivului.

Apoi, combustibilul albastru curățat de contaminare este trimis la scruber. Acest dispozitiv poate fi conectat în circuitul de reciclare după absorbant sau amplasat în partea superioară a acestuia.

Soluția uzată curge pe pereții absorbantului și este trimisă în coloana de decapare - un decapant cu un cazan. Acolo soluția este purificată de contaminanții absorbiți de vaporii eliberați în timpul fierberii apei pentru a reveni la instalație.

Regenerat, adică eliberată de compuși de hidrogen sulfurat, soluția curge în schimbătorul de căldură. În el, lichidul este răcit în procesul de transfer al căldurii în următoarea porțiune a soluției contaminate, după care este pompat în frigider de o pompă pentru răcirea completă și condensarea aburului.

Soluția absorbantă răcită este alimentată înapoi la absorbant. Astfel circulă reactivul prin instalație. Vaporii săi sunt, de asemenea, răciți și purificați de impuritățile acide, după care alimentează alimentarea cu reactiv.

Dacă este necesar să se îndepărteze simultan CO din gazul tratat₂ si H₂S, se efectuează curățarea în două etape. Acesta constă în utilizarea a două soluții, diferite prin concentrație. Această opțiune este mai economică decât curățarea într-un singur pas.

În primul rând, combustibilul gazos este curățat cu o compoziție puternică cu un conținut de reactiv de 25-35%. Apoi, gazul este tratat cu o soluție apoasă slabă, în care substanța activă este de numai 5-12%. Ca rezultat, atât curățarea grosieră, cât și cea fină se efectuează cu un consum minim de soluție și o utilizare rezonabilă a căldurii generate.

Patru opțiuni de curățare cu alconolamine

Alkonolaminele sau amino alcoolii sunt substanțe care conțin nu numai o grupare amină, ci și o grupare hidroxi.

Proiectarea instalațiilor și a tehnologiilor pentru purificarea gazelor naturale cu alcanolamine diferă în principal prin metoda de alimentare a substanței absorbante. Există patru metode principale cele mai des utilizate în curățarea gazelor folosind acest tip de amină.

Prima cale. Predetermină furnizarea soluției active într-un flux din partea de sus. Întregul volum de absorbant este direcționat către tava superioară a instalației. Procesul de curățare are loc la o temperatură de fond de cel mult 40 ° C.

Această tehnică este de obicei utilizată pentru contaminarea ușoară cu compuși de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. În acest caz, efectul termic total pentru producția de gaz comercial este, de regulă, scăzut.

A doua cale. Această opțiune de tratament este utilizată atunci când există un conținut ridicat de compuși de hidrogen sulfurat în combustibilii gazoși.

În acest caz, soluția reactivă este alimentată în două fluxuri. Primul, cu un volum de aproximativ 65-75% din masa totală, este trimis la mijlocul instalației, al doilea este furnizat de sus.

Soluția de amină curge pe tăvi și întâlnește curenții ascendenți de gaz care sunt pompați în tava inferioară a unității de absorbție. Înainte de servire, soluția este încălzită la maximum 40 ° C, dar în timpul interacțiunii gazului cu amina, temperatura crește semnificativ.

Pentru a preveni scăderea eficienței curățării datorită creșterii temperaturii, excesul de căldură este îndepărtat împreună cu soluția reziduală saturată cu hidrogen sulfurat. Și în partea de sus a unității, fluxul este răcit pentru a extrage reziduurile componentelor acide împreună cu condensul.

Este o modalitate economică de a reduce atât consumul de energie, cât și soluția activă. Încălzirea suplimentară nu se efectuează în nicio etapă. Din punct de vedere tehnologic, este o purificare pe două niveluri, ceea ce face posibilă pregătirea gazului comercial pentru alimentarea liniei principale cu cel mai mic număr de pierderi.

A treia cale. Aceasta implică livrarea absorbantului către unitatea de curățare în două fluxuri de temperaturi diferite. Tehnica este utilizată dacă, pe lângă hidrogen sulfurat și dioxid de carbon, există și CS în gazul brut₂și COS.

Partea predominantă a absorbantului, aproximativ 70-75%, se încălzește până la 60-70 ° C, iar partea rămasă doar până la 40 ° C. Fluxurile sunt furnizate absorbantului în același mod ca în cazul descris mai sus: de sus și în mijloc.

Formarea unei zone cu o temperatură ridicată face posibilă îndepărtarea rapidă și eficientă a contaminanților organici din masa gazului din partea de jos a coloanei de curățare. Și în partea de sus, dioxidul de carbon și hidrogenul sulfurat sunt precipitate de o amină cu temperatura standard.

A patra cale. Această tehnologie predetermină furnizarea unei soluții apoase de amină în două fluxuri cu grade diferite de regenerare. Adică, unul este furnizat nerafinat, cu conținutul de incluziuni de hidrogen sulfurat, al doilea - fără ele.

Primul flux nu poate fi numit complet poluat. Conține doar parțial componente acide, deoarece unele dintre ele sunt îndepărtate în timpul răcirii la + 50 ° / + 60 ° C în schimbătorul de căldură. Acest flux de soluție este preluat din partea de jos a decapantului, răcit și direcționat spre mijlocul coloanei.

Doar acea parte a soluției, care este pompată în sectorul superior al instalației, este supusă unei curățări profunde. Temperatura acestui curent nu depășește de obicei 50 ° C. Aici se efectuează curățarea fină a combustibililor gazoși. Această schemă vă permite să reduceți costurile cu cel puțin 10% prin reducerea consumului de abur.

Este clar că metoda de curățare este aleasă pe baza prezenței contaminanților organici și a fezabilității economice. În orice caz, varietatea de tehnologii vă permite să alegeți cea mai bună opțiune. Pe aceeași unitate de tratare a gazelor aminice, gradul de purificare poate fi variat, obținându-se un combustibil albastru cu necesarul cazane pe gaz, sobe, încălzitoare caracteristici.

Concluzii și videoclip util pe această temă

Următorul videoclip vă va familiariza cu specificul extragerii hidrogenului sulfurat din gazul asociat produs împreună cu uleiul de o fântână de petrol:

Instalația pentru purificarea combustibilului albastru din hidrogen sulfurat cu producția de sulf elementar pentru prelucrare ulterioară va fi prezentată de videoclip:

Autorul acestui videoclip vă va spune cum să scăpați de hidrogenul sulfurat din biogaz acasă:

Alegerea unei metode de purificare a gazelor se axează în primul rând pe rezolvarea unei probleme specifice. Artistul are două modalități: să urmeze o schemă dovedită sau să prefere ceva nou. Cu toate acestea, principala orientare ar trebui să fie în continuare fezabilitatea economică, menținând în același timp calitatea și obținând gradul dorit de prelucrare.