Pročišćavanje aminskog plina od sumporovodika: princip, učinkovite opcije i dijagrami postrojenja

Prirodni plin izvađen iz polja za isporuku potrošačima putem cjevovoda sadrži sumporne spojeve u različitim omjerima.Ako ih se ne riješite, agresivne tvari uništit će cjevovod i spojnice učiniti neupotrebljivima. Osim toga, kada se kontaminirano plavo gorivo spali, otpuštaju se toksini.

Kako bi se izbjegle negativne posljedice, provodi se pročišćavanje plina amina od sumporovodika. Ovo je najjednostavniji i najjeftiniji način izdvajanja štetnih komponenti iz fosilnih goriva. Reći ćemo vam kako se odvija proces odvajanja inkluzija sumpora, kako je postrojenje za pročišćavanje projektirano i radi.

Svrha čišćenja fosilnih goriva

Plin je najpopularnija vrsta goriva. Privlači najpristupačnijom cijenom i najmanje štete okolišu. Neosporne prednosti uključuju jednostavnost upravljanja procesom izgaranja i mogućnost osiguranja svih faza obrade goriva tijekom proizvodnje toplinske energije.

Međutim, prirodni plinoviti mineral se ne vadi u čistom obliku, jer Istovremeno s ekstrakcijom plina iz bušotine se ispumpavaju pridruženi organski spojevi. Najčešći od njih je sumporovodik, čiji sadržaj varira od desetinki do deset posto ili više, ovisno o ležištu.

Vodikov sulfid je otrovan, opasan za okoliš i štetan za katalizatore koji se koriste u preradi plina. Kao što smo već primijetili, ovaj organski spoj je izuzetno agresivan prema čeličnim cijevima i metalnim ventilima.

Naravno, nagrizajući privatni sustav i magistralni plinovod, sumporovodik dovodi do curenja plavog goriva i krajnje negativnih, rizičnih situacija povezanih s tom činjenicom. Radi zaštite potrošača, iz plinovitog goriva prije isporuke u cjevovod uklanjaju se spojevi štetni po zdravlje.

Prema standardima, spojevi sumporovodika u plinu koji se transportira kroz cijevi ne smiju prelaziti 0,02 g/m³. Međutim, zapravo ih je mnogo više. Kako bi se postigla vrijednost propisana GOST 5542-2014, potrebno je čišćenje.

Postojeće metode odvajanja sumporovodika

Osim sumporovodika, koji prevladava među ostalim nečistoćama, plavo gorivo može sadržavati i druge štetne spojeve. U njemu se mogu naći ugljični dioksid, laki merkaptani i ugljikov sulfid. Ali sam vodikov sulfid će uvijek prevladavati.

Vrijedno je napomenuti da je manji sadržaj sumpornih spojeva u pročišćenom plinovitom gorivu prihvatljiv. Specifična tolerancija ovisi o namjeni za koju se plin proizvodi.Na primjer, za proizvodnju etilen oksida, ukupni sadržaj nečistoća sumpora mora biti manji od 0,0001 mg/m³.

Metoda čišćenja odabire se na temelju željenog rezultata.

Sve trenutno postojeće metode podijeljene su u dvije skupine:

• Sorptivno. Oni uključuju apsorpciju spojeva sumporovodika krutim (adsorpcijskim) ili tekućim (apsorpcijskim) reagensom s naknadnim oslobađanjem sumpora ili njegovih derivata. Nakon čega se štetne nečistoće izdvojene iz plina zbrinjavaju ili prerađuju.
• Katalitički. Sastoje se od oksidacije ili redukcije sumporovodika, pretvarajući ga u elementarni sumpor. Proces se provodi u prisutnosti katalizatora - tvari koje potiču tijek kemijske reakcije.

Adsorpcija uključuje skupljanje sumporovodika njegovim koncentriranjem na površini čvrste tvari. Najčešće se u procesu adsorpcije koriste granulirani materijali na bazi aktivnog ugljena ili željeznog oksida. Velika specifična površina karakteristična za žitarice doprinosi maksimalnom zadržavanju molekula sumpora.

Sve metode pročišćavanja plavog goriva dijele se na sorpcijske i katalitičke. Oprema za čišćenje usmjerena je na princip rada određene tehnologije. Međutim, postoje instalacije koje kombiniraju nekoliko metoda, što rezultira sveobuhvatnim čišćenjem.

Tehnologija apsorpcije razlikuje se po tome što su nečistoće plinovitog sumporovodika otopljene u aktivnoj tekućoj tvari. Kao rezultat, plinoviti polutanti prelaze u tekuću fazu. Zatim se izolirane štetne komponente uklanjaju strippingom, inače desorpcijom, ovom metodom se eliminiraju iz reaktivne tekućine.

Unatoč činjenici da se adsorpcijska tehnologija odnosi na "suhe procese" i omogućuje fino pročišćavanje plavog goriva, apsorpcija se češće koristi za uklanjanje kontaminanata iz prirodnog plina. Prikupljanje i uklanjanje spojeva sumporovodika pomoću tekućih apsorbenata isplativije je i svrsishodnije.

Najpopularniji tip adsorbera je aktivni ugljen, koji se koristi u obliku kapsula ili zrna. Površina svakog elementa "upija" sumporovodik i druge organske inkluzije

Apsorpcijske metode koje se koriste u pročišćavanju plinova dijele se u sljedeće tri skupine:

• Kemijski. Proizvedeno pomoću otapala koja lako reagiraju s sumporovodikovim kiselim zagađivačima. Etanolamini ili alkanolamini imaju najveći kapacitet apsorpcije među kemijskim sorbensima.
• Fizički. Izvode se fizičkim otapanjem plinovitog sumporovodika u tekućem apsorberu. Štoviše, što je veći parcijalni tlak plinovitog zagađivača, to se brže odvija proces otapanja. Ovdje se kao apsorberi koriste metanol, propilen karbonat itd.
• Kombinirano. U mješovitoj verziji ekstrakcije sumporovodika uključene su obje tehnologije. Glavni posao obavlja apsorpcija, a fino pročišćavanje adsorbentima.

Već pola stoljeća najpopularnija i najpopularnija tehnologija za odvajanje i uklanjanje sumporovodika i ugljične kiseline iz prirodnih goriva je kemijsko pročišćavanje plina pomoću sorbenta amina koji se koristi u obliku vodene otopine.

Sorpcijske metode za pročišćavanje prirodnih goriva temelje se na sposobnosti krutih i tekućih tvari da reagiraju s vodikovim sulfidom i drugim organskim nečistoćama, čime ih oslobađaju iz sastava plina.

Aminska tehnologija je prikladnija za obradu velikih količina plina jer:

• Nema nestašice. Reagensi se uvijek mogu kupiti u količini potrebnoj za čišćenje.
• Prihvatljiva apsorpcija. Amine karakterizira visoka sposobnost apsorpcije. Od svih korištenih tvari samo su one sposobne ukloniti 99,9% sumporovodika iz plina.
• Prioritetne karakteristike. Vodene otopine amina karakteriziraju najprihvatljivija viskoznost, gustoća pare, toplinska i kemijska stabilnost te niski toplinski kapacitet. Njihove karakteristike osiguravaju najbolji tijek procesa upijanja.
• Nema toksičnosti reaktivnih tvari. Ovo je važan argument koji nas uvjerava da se pribjegne aminskoj metodi.
• Selektivnost. Kvaliteta potrebna za selektivnu apsorpciju. Pruža mogućnost uzastopnog izvođenja potrebnih reakcija redoslijedom koji je potreban za postizanje optimalnog rezultata.

Etanolamini koji se koriste u kemijskim metodama za pročišćavanje plina od sumporovodika i ugljičnog dioksida uključuju monoetanolamine (MEA), dietanolamine (DEA) i trietanolamine (TEA). Štoviše, tvari s prefiksima mono- i di- uklanjaju se iz plina i H₂S i CO₂. Ali treća opcija pomaže ukloniti samo vodikov sulfid.

Pri selektivnom čišćenju plavog goriva koriste se metildietanolamini (MDEA), diglikolamini (DGA) i diizopropanolamini (DIPA). U inozemstvu se uglavnom koriste selektivni apsorbenti.

Naravno, idealni apsorbenti koji zadovoljavaju sve zahtjeve čišćenja prije isporuke u sustav plinsko grijanje a nabava ostale opreme još ne postoji. Svako otapalo ima neke prednosti, ali i nedostatke. Prilikom odabira reaktivne tvari jednostavno odredite onu koja je najprikladnija od niza predloženih.

Princip rada tipične instalacije

Maksimalni kapacitet apsorpcije u odnosu na H₂S je karakteriziran otopinom monoetanolamina. Međutim, ovaj reagens ima nekoliko značajnih nedostataka. Karakterizira ga prilično visok tlak i sposobnost stvaranja ireverzibilnih spojeva s ugljičnim sulfidom tijekom rada jedinice za pročišćavanje plinova amina.

Prvi nedostatak uklanja se pranjem, uslijed čega se pare amina djelomično apsorbiraju. Drugi se rijetko susreće tijekom obrade plinova polja.

Eksperimentalno se odabire koncentracija vodene otopine monoetanolamina, koja se na temelju provedenih istraživanja koristi za pročišćavanje plina iz određenog polja. Odabir postotka reagensa uzima u obzir njegovu sposobnost da izdrži agresivne učinke sumporovodika na metalne komponente sustava.

Tipični sadržaji upijanja su obično u rasponu od 15 do 20%. Međutim, često se događa da se koncentracija poveća na 30% ili smanji na 10%, ovisno o tome koliki treba biti stupanj pročišćavanja. Oni. za koju svrhu, u grijanju ili u proizvodnji polimernih spojeva, plin će se koristiti.

Imajte na umu da se s povećanjem koncentracije aminskih spojeva korozivni potencijal sumporovodika smanjuje. Ali moramo uzeti u obzir da se u ovom slučaju povećava potrošnja reagensa. Posljedično, cijena pročišćenog komercijalnog plina raste.

Glavna jedinica uređaja za pročišćavanje je pločasti ili montirani apsorber. Ovo je okomito orijentirani aparat, izgledom nalik na epruvetu, s mlaznicama ili pločama smještenim unutra. Na donjem dijelu nalazi se ulaz za dovod nepročišćene plinske smjese, na vrhu je izlaz u skruber.

Ako je plin koji se pročišćava u instalaciji pod pritiskom koji je dovoljan da reagens prođe u izmjenjivač topline, a zatim u kolonu za uklanjanje, proces se odvija bez sudjelovanja pumpe.Ako je tlak prenizak da bi se proces odvijao, tehnologija pumpanja stimulira odljev

Protok plina, nakon prolaska kroz ulazni separator, potiskuje se u donji dio apsorbera. Zatim prolazi kroz ploče ili mlaznice smještene u sredini tijela, na kojima se talože onečišćenja. Mlaznice, potpuno natopljene otopinom amina, odvojene su jedna od druge rešetkama za ravnomjernu raspodjelu reagensa.

Zatim se plavo gorivo, očišćeno od kontaminanata, šalje u skruber. Ovaj uređaj se može priključiti u procesni krug nakon apsorbera ili se nalazi u njegovom gornjem dijelu.

Istrošena otopina teče niz stijenke apsorbera i šalje se u striper kolonu - stripper s bojlerom. Tamo se otopina čisti od apsorbiranih kontaminanata pomoću para koje se oslobađaju kada se voda kuha kako bi se vratila natrag u instalaciju.

Regeneriran, tj. oslobođena spojeva sumporovodika, otopina teče u izmjenjivač topline. U njemu se tekućina hladi u procesu prijenosa topline na sljedeći dio kontaminirane otopine, nakon čega se pumpa u hladnjak za potpuno hlađenje i kondenzaciju pare.

Ohlađena apsorbirajuća otopina vraća se natrag u apsorber. Ovo je način na koji reagens cirkulira kroz instalaciju. Njegove se pare također hlade i čiste od kiselih nečistoća, nakon čega nadopunjuju zalihu reagensa.

Najčešće se u pročišćavanju plina koriste sheme s monoetanolaminom i dietanolaminom. Ovi reagensi omogućuju ekstrakciju ne samo vodikovog sulfida, već i ugljičnog dioksida iz plavog goriva.

Ako je potrebno istovremeno ukloniti CO iz plina koji se obrađuje₂ i H₂S, vrši se dvostupanjsko čišćenje.Sastoji se od korištenja dviju otopina koje se razlikuju po koncentraciji. Ova opcija je ekonomičnija od čišćenja u jednom koraku.

Prvo se plinovito gorivo čisti jakim sastavom koji sadrži reagens od 25-35%. Zatim se plin tretira slabom vodenom otopinom, u kojoj je aktivna tvar samo 5-12%. Kao rezultat toga, i grubo i fino čišćenje se izvode uz minimalnu potrošnju otopine i razumno korištenje proizvedene topline.

Četiri mogućnosti čišćenja alkonolaminom

Alkonolamini ili amino alkoholi su tvari koje sadrže ne samo amino skupinu, već i hidroksi skupinu.

Dizajn instalacija i tehnologija za pročišćavanje prirodnog plina alkanolaminima razlikuju se uglavnom u načinu dovoda upijajuće tvari. Najčešće se koriste četiri glavne metode za čišćenje plina pomoću ove vrste amina.

Prvi način. Unaprijed određuje dovod aktivne otopine u jednom toku odozgo. Cjelokupni volumen apsorbenta usmjerava se na gornju ploču instalacije. Proces čišćenja odvija se na pozadinskoj temperaturi ne višoj od 40ºS.

Najjednostavnija metoda čišćenja uključuje dovod aktivne otopine u jednom toku. Ova tehnika se koristi ako je količina nečistoća u plinu beznačajna

Ova se tehnika obično koristi za manju kontaminaciju spojevima sumporovodika i ugljičnog dioksida. Ukupni toplinski učinak za proizvodnju komercijalnog plina u pravilu je nizak.

Drugi način. Ova se opcija čišćenja koristi kada postoji visok sadržaj spojeva sumporovodika u plinovitom gorivu.

U ovom slučaju, otopina reagensa se isporučuje u dva toka. Prvi, s volumenom od približno 65-75% ukupne mase, šalje se u sredinu instalacije, drugi se dovodi odozgo.

Otopina amina teče niz ladice i susreće se s uzlaznim tokovima plina, koji se potiskuju na donju ladicu upijajuće jedinice. Prije dovoda, otopina se zagrijava na ne više od 40ºC, ali tijekom interakcije plina s aminom, temperatura značajno raste.

Kako bi se spriječilo smanjenje učinkovitosti čišćenja zbog povećanja temperature, višak topline se uklanja zajedno s otpadnom otopinom zasićenom sumporovodikom. A na vrhu instalacije, protok se hladi kako bi se izvukle preostale kisele komponente zajedno s kondenzatom.

Druga i treća od opisanih metoda unaprijed određuju dovod apsorpcijske otopine u dva toka. U prvom slučaju, reagens se isporučuje na istoj temperaturi, u drugom - na različitoj temperaturi.

Ovo je ekonomična metoda koja smanjuje potrošnju energije i aktivne otopine. Dodatno zagrijavanje se ne provodi ni u jednoj fazi. U svojoj tehnološkoj biti, to je dvostupanjsko pročišćavanje, koje pruža mogućnost pripreme komercijalnog plina za isporuku u plinovod s minimalnim gubicima.

Treći način. Uključuje dovod apsorbera u instalaciju za čišćenje u dva toka različitih temperatura. Metoda se koristi ako sirovi plin osim sumporovodika i ugljičnog dioksida sadrži i CS₂i COS.

Pretežni dio apsorbera, otprilike 70-75%, zagrijava se do 60-70ºS, a preostali dio samo do 40ºS. Protoci se dovode u apsorber na isti način kao u gore opisanom slučaju: odozgo i u sredinu.

Formiranje visokotemperaturne zone omogućuje brzo i učinkovito uklanjanje organskih kontaminanata iz plinske mase na dnu kolone za čišćenje. A na vrhu, ugljikov dioksid i sumporovodik talože se aminom na standardnoj temperaturi.

Četvrta metoda. Ova tehnologija unaprijed određuje dovod vodene otopine amina u dva toka s različitim stupnjevima regeneracije. To jest, jedan se isporučuje u nerafiniranom obliku, koji sadrži inkluzije sumporovodika, drugi - bez njih.

Prvi tok se ne može nazvati potpuno zagađenim. Samo djelomično sadrži kisele komponente, jer se neke od njih uklanjaju tijekom hlađenja na +50º/+60ºC u izmjenjivaču topline. Ovaj protok otopine uzima se iz donje mlaznice stripera, hladi i usmjerava u srednji dio kolone.

Ako u plinovitom gorivu postoji značajan sadržaj komponenti sumporovodika i ugljičnog dioksida, čišćenje se provodi s dva toka otopine s različitim stupnjevima regeneracije.

Dubinskom čišćenju prolazi samo onaj dio otopine koji se pumpa u gornji sektor instalacije. Temperatura ovog toka obično ne prelazi 50ºS. Ovdje se vrši fino čišćenje plinovitog goriva. Ova shema omogućuje vam smanjenje troškova za najmanje 10% smanjenjem potrošnje pare.

Jasno je da se metoda čišćenja bira na temelju prisutnosti organskih onečišćenja i ekonomske isplativosti. U svakom slučaju, raznolikost tehnologija omogućuje vam odabir najbolje opcije. Na istom postrojenju za obradu plinova amina moguće je mijenjati stupanj pročišćavanja, dobivajući plavo gorivo s potrebnim za rad plinski kotlovi, peći, grijalice karakteristike.

Zaključci i koristan video na tu temu

Sljedeći video će vas upoznati sa specifičnostima ekstrakcije sumporovodika iz pratećeg plina proizvedenog zajedno s naftom iz naftne bušotine:

U videu će biti prikazana instalacija za pročišćavanje plavog goriva od sumporovodika za proizvodnju elementarnog sumpora za daljnju preradu:

Autor ovog videa će vam reći kako se riješiti sumporovodika iz bioplina kod kuće:

Odabir metode pročišćavanja plina je, prije svega, usmjeren na rješavanje određenog problema. Izvođač ima dvije mogućnosti: slijediti provjerenu shemu ili preferirati nešto novo. Međutim, glavna smjernica i dalje bi trebala biti ekonomska isplativost uz očuvanje kvalitete i postizanje potrebnog stupnja obrade.