Purificació de gasos amina a partir de sulfur d'hidrogen: principi, opcions efectives i diagrames de plantes
El gas natural extret dels camps per al seu lliurament als consumidors a través de canonades conté compostos de sofre en diferents proporcions.Si no us desfeu, les substàncies agressives destruiran la canonada i deixaran inutilitzables els accessoris. A més, quan es crema combustible blau contaminat, s'alliberen toxines.
Per tal d'evitar conseqüències negatives, es realitza la purificació del gas amina a partir del sulfur d'hidrogen. Aquesta és la manera més senzilla i econòmica de separar els components nocius dels combustibles fòssils. Us explicarem com es produeix el procés de separació de les inclusions de sofre, com està dissenyada i funciona la depuradora.
El contingut de l'article:
Finalitat de la neteja de combustibles fòssils
El gas és el tipus de combustible més popular. Atreu amb el preu més assequible i causant el menor dany a la situació mediambiental. Els avantatges innegables inclouen la facilitat de controlar el procés de combustió i la capacitat d'assegurar totes les etapes del processament del combustible durant la producció d'energia tèrmica.
No obstant això, el mineral gasós natural no s'extreu en la seva forma pura, perquè Simultàniament amb l'extracció de gas, els compostos orgànics associats es bombegen del pou. El més comú d'ells és el sulfur d'hidrogen, el contingut del qual varia des de dècimes fins al deu per cent o més, segons el dipòsit.
El sulfur d'hidrogen és verinós, perillós per al medi ambient i perjudicial per als catalitzadors utilitzats en el processament de gasos. Com ja hem assenyalat, aquest compost orgànic és extremadament agressiu cap a canonades d'acer i vàlvules metàl·liques.
Naturalment, corroint el sistema privat i gasoducte principal, el sulfur d'hidrogen provoca fuites de combustible blau i situacions extremadament negatives i de risc associades a aquest fet. Per protegir el consumidor, els compostos nocius per a la salut s'eliminen del combustible gasós abans de ser lliurat a la canonada.
Segons les normes, els compostos de sulfur d'hidrogen en el gas transportat per canonades no poden superar els 0,02 g/m³. Tanmateix, de fet, n'hi ha molt més. Per aconseguir el valor regulat per GOST 5542-2014, cal netejar.
Mètodes existents per a la separació de sulfur d'hidrogen
A més del sulfur d'hidrogen, que predomina entre altres impureses, el combustible blau també pot contenir altres compostos nocius. S'hi poden trobar diòxid de carboni, mercaptans lleugers i sulfur de carboni. Però sempre predominarà el sulfur d'hidrogen.
Val la pena assenyalar que un contingut menor de compostos de sofre en el combustible gasós purificat és acceptable. La xifra de tolerància específica depèn de la finalitat per a la qual es produeix el gas.Per exemple, per produir òxid d'etilè, el contingut total d'impureses de sofre ha de ser inferior a 0,0001 mg/m³.
El mètode de neteja s'escull en funció del resultat desitjat.
Tots els mètodes existents actualment es divideixen en dos grups:
- Sorptiu. Implica l'absorció de compostos de sulfur d'hidrogen per un reactiu sòlid (adsorció) o líquid (absorció) amb l'alliberament posterior de sofre o els seus derivats. Després d'això, les impureses nocives separades del gas s'eliminen o es processen.
- Catalític. Consisteixen en l'oxidació o reducció del sulfur d'hidrogen, convertint-lo en sofre elemental. El procés es porta a terme en presència de catalitzadors, substàncies que estimulen el curs d'una reacció química.
L'adsorció consisteix a recollir sulfur d'hidrogen concentrant-lo a la superfície d'un sòlid. Molt sovint, en el procés d'adsorció s'utilitzen materials granulars basats en carbó actiu o òxid de ferro. La gran superfície específica característica dels grans contribueix a la màxima retenció de molècules de sofre.
La tecnologia d'absorció es diferencia en què les impureses de sulfur d'hidrogen gasós es dissolen a la substància líquida activa. Com a resultat, els contaminants gasosos passen a la fase líquida. A continuació, els components nocius aïllats s'eliminen mitjançant stripping, en cas contrari per desorció, per aquest mètode s'eliminen del líquid reactiu.
Malgrat que la tecnologia d'adsorció es refereix a "processos secs" i permet una purificació fina del combustible blau, l'absorció s'utilitza més sovint per eliminar els contaminants del gas natural. La recollida i eliminació de compostos de sulfur d'hidrogen mitjançant absorbents líquids és més rendible i convenient.
Els mètodes d'absorció utilitzats en la purificació de gasos es divideixen en els tres grups següents:
- Química. Fabricat amb dissolvents que reaccionen fàcilment amb contaminants àcids de sulfur d'hidrogen. Les etanolamines o alcanolamines tenen la capacitat d'absorció més alta entre els sorbents químics.
- Física. Es realitzen mitjançant la dissolució física de sulfur d'hidrogen gasós en un absorbidor de líquids. A més, com més gran sigui la pressió parcial del contaminant gasós, més ràpid es produeix el procés de dissolució. Aquí s'utilitzen com a absorbents metanol, carbonat de propilè, etc.
- Combinat. En la versió mixta d'extracció de sulfur d'hidrogen, hi intervenen ambdues tecnologies. El treball principal es fa per absorció, i la purificació fina es realitza mitjançant adsorbents.
Durant mig segle, la tecnologia més popular i popular per separar i eliminar el sulfur d'hidrogen i l'àcid carbònic dels combustibles naturals ha estat la purificació química de gasos mitjançant un sorbent d'amina utilitzat en forma de solució aquosa.
La tecnologia d'amines és més adequada per processar grans volums de gas perquè:
- No hi ha escassetat. Els reactius sempre es poden comprar en el volum necessari per a la neteja.
- Absorció acceptable. Les amines es caracteritzen per una gran capacitat d'absorció. De totes les substàncies utilitzades, només elles són capaces d'eliminar el 99,9% del sulfur d'hidrogen del gas.
- Característiques prioritàries. Les solucions aquoses d'amina es caracteritzen per la viscositat més acceptable, la densitat de vapor, l'estabilitat tèrmica i química i la baixa capacitat calorífica. Les seves característiques asseguren el millor curs del procés d'absorció.
- Sense toxicitat de substàncies reactives. Aquest és un argument important que convenç de recórrer al mètode de les amines.
- Selectivitat. Qualitat requerida per a l'absorció selectiva. Proporciona la capacitat de dur a terme seqüencialment les reaccions necessàries en l'ordre necessari per obtenir el resultat òptim.
Les etanolamines utilitzades en mètodes químics per purificar el gas a partir del sulfur d'hidrogen i el diòxid de carboni inclouen monoetanolamines (MEA), dietanolamines (DEA) i trietanolamines (TEA). A més, les substàncies amb els prefixos mono- i di- s'eliminen del gas i H2S i CO2. Però la tercera opció ajuda a eliminar només el sulfur d'hidrogen.
Quan es realitza una neteja selectiva de combustible blau, s'utilitzen metildietanolamines (MDEA), diglicolamines (DGA) i diisopropanolamines (DIPA). Els absorbents selectius s'utilitzen principalment a l'estranger.
Naturalment, absorbents ideals que satisfan tots els requisits de neteja abans del lliurament al sistema calefacció de gas i el subministrament d'altres equips encara no existeix. Cada dissolvent té alguns avantatges juntament amb desavantatges. Quan escolliu una substància reactiva, només cal que determineu la més adequada entre una sèrie de propostes.
Principi de funcionament d'una instal·lació típica
Capacitat màxima d'absorció en relació a H2S es caracteritza per una solució de monoetanolamina. Tanmateix, aquest reactiu té un parell d'inconvenients importants. Es caracteritza per una pressió bastant alta i la capacitat de crear compostos irreversibles amb sulfur de carboni durant el funcionament de la unitat de purificació de gas amina.
El primer inconvenient s'elimina mitjançant el rentat, com a resultat del qual els vapors d'amina s'absorbeixen parcialment. El segon es troba rarament durant el processament de gasos de camp.
La concentració d'una solució aquosa de monoetanolamina es selecciona experimentalment i, a partir de la investigació realitzada, s'utilitza per purificar gas d'un camp concret. La selecció del percentatge del reactiu té en compte la seva capacitat de suportar els efectes agressius del sulfur d'hidrogen sobre els components metàl·lics del sistema.
Els continguts d'absorbents típics solen estar entre el 15 i el 20%. No obstant això, sovint passa que la concentració s'augmenta al 30% o es redueix al 10%, en funció de l'alt que hagi de ser el grau de purificació. Aquells. amb quina finalitat, en la calefacció o en la producció de compostos polimèrics, s'utilitzarà el gas.
Tingueu en compte que amb l'augment de la concentració de compostos amines, el potencial corrosiu del sulfur d'hidrogen disminueix. Però hem de tenir en compte que en aquest cas augmenta el consum del reactiu. En conseqüència, el cost del gas comercial purificat augmenta.
La unitat principal de la depuradora és un absorbent de la placa o varietat muntada. Es tracta d'un aparell orientat verticalment, semblant a un tub d'assaig en aparença, amb broquets o plaques situades a l'interior. A la seva part inferior hi ha una entrada per subministrar una mescla de gasos no purificats, a la part superior hi ha una sortida al fregador.
El flux de gas, després de passar pel separador d'entrada, es força a la secció inferior de l'absorbidor. Després passa per plaques o broquets situats al mig del cos, sobre els quals es dipositen contaminants. Els broquets, completament humits amb la solució d'amina, estan separats entre si per reixes per a una distribució uniforme del reactiu.
A continuació, el combustible blau, netejat de contaminants, s'envia a la netejadora. Aquest dispositiu es pot connectar al circuit de processament després de l'absorbidor o situat a la seva part superior.
La solució esgotada flueix per les parets de l'absorbidor i s'envia a una columna de separació: un decapador amb una caldera. Allà, la solució es neteja dels contaminants absorbits pels vapors alliberats en bullir l'aigua per tornar a la instal·lació.
Regenerat, és a dir. alliberada de compostos de sulfur d'hidrogen, la solució flueix a l'intercanviador de calor. En ell, el líquid es refreda en el procés de transferència de calor a la següent porció de la solució contaminada, després de la qual cosa es bombeja a la nevera per a un refredament complet i la condensació del vapor.
La solució absorbent refredada es retorna a l'absorbent. Així circula el reactiu per tota la instal·lació. Els seus vapors també es refreden i s'eliminen d'impureses àcides, després de la qual cosa reposen el subministrament de reactius.
Si és necessari eliminar simultàniament CO del gas que s'està processant2 i H2S, es realitza una neteja en dues etapes.Consisteix a utilitzar dues solucions que difereixen en concentració. Aquesta opció és més econòmica que la neteja d'un sol pas.
En primer lloc, el combustible gasós es neteja amb una composició forta que conté un reactiu del 25-35%. A continuació, el gas es tracta amb una solució aquosa feble, en la qual la substància activa només és del 5-12%. Com a resultat, tant la neteja gruixuda com la fina es realitzen amb un consum mínim de solució i un ús raonable de la calor generada.
Quatre opcions de neteja d'alcohololamina
Les alconolamines o aminoalcohols són substàncies que contenen no només un grup amina, sinó també un grup hidroxi.
El disseny de les instal·lacions i les tecnologies de purificació de gas natural amb alcanolamines es diferencien principalment pel mètode de subministrament de la substància absorbent. Molt sovint, s'utilitzen quatre mètodes principals en la neteja de gas amb aquest tipus d'amines.
Primer camí. Predetermina el subministrament de la solució activa en un corrent des de dalt. Tot el volum d'absorbent es dirigeix a la placa superior de la instal·lació. El procés de neteja es produeix a una temperatura de fons no superior a 40ºС.
Aquesta tècnica s'utilitza normalment per a una contaminació menor amb compostos de sulfur d'hidrogen i diòxid de carboni. L'efecte tèrmic total per a la producció de gas comercial és, per regla general, baix.
Segon camí. Aquesta opció de neteja s'utilitza quan hi ha un alt contingut de compostos de sulfur d'hidrogen en el combustible gasós.
En aquest cas, la solució de reactiu es subministra en dos corrents. El primer, amb un volum d'aproximadament el 65-75% de la massa total, s'envia al centre de la instal·lació, el segon es subministra des de dalt.
La solució d'amina flueix per les safates i es troba amb els fluxos de gas ascendents, que es veuen forçats a la safata inferior de la unitat absorbent. Abans del subministrament, la solució s'escalfa a no més de 40ºC, però durant la interacció del gas amb l'amina, la temperatura augmenta significativament.
Per evitar que l'eficiència de la neteja disminueixi a causa de l'augment de la temperatura, s'elimina l'excés de calor juntament amb la solució de residus saturada amb sulfur d'hidrogen. I a la part superior de la instal·lació es refreda el flux per extreure els components àcids restants juntament amb el condensat.
Aquest és un mètode econòmic que redueix el consum tant d'energia com de solució activa. La calefacció addicional no es realitza en cap etapa. En la seva essència tecnològica, es tracta d'una depuració de dos nivells, que ofereix l'oportunitat de preparar gas comercial per al subministrament a la canonada amb pèrdues mínimes.
Tercera via. Es tracta de subministrar l'absorbidor a la instal·lació de neteja en dos corrents de temperatures diferents. El mètode s'utilitza si, a més de sulfur d'hidrogen i diòxid de carboni, el gas brut també conté CS2, i COS.
La part predominant de l'absorbidor, aproximadament un 70-75%, s'escalfa fins a 60-70ºС, i la part restant només fins a 40ºС. Els fluxos s'alimenten a l'absorbidor de la mateixa manera que en el cas descrit anteriorment: des de dalt i cap al mig.
La formació d'una zona d'alta temperatura permet eliminar de manera ràpida i eficient els contaminants orgànics de la massa de gas a la part inferior de la columna de neteja. I a la part superior, el diòxid de carboni i el sulfur d'hidrogen són precipitats per una amina a temperatura estàndard.
Quart mètode. Aquesta tecnologia predetermina el subministrament d'una solució aquosa d'amina en dos corrents amb diferents graus de regeneració. És a dir, un es subministra en forma no refinada, que conté inclusions de sulfur d'hidrogen, el segon, sense ells.
El primer rierol no es pot dir completament contaminat. Només conté components àcids parcialment, perquè alguns d'ells s'eliminen durant el refredament a +50º/+60ºC a l'intercanviador de calor. Aquest flux de solució s'agafa des de la boquilla del separador inferior, es refreda i es dirigeix a la part mitjana de la columna.
Només la part de la solució que es bombeja al sector superior de la instal·lació es sotmet a una neteja profunda. La temperatura d'aquest corrent no sol superar els 50ºС. Aquí es realitza una neteja fina del combustible gasós. Aquest esquema permet reduir els costos almenys un 10% reduint el consum de vapor.
És evident que el mètode de neteja s'escull en funció de la presència de contaminants orgànics i de la viabilitat econòmica. En qualsevol cas, la varietat de tecnologies permet triar la millor opció. A la mateixa planta de tractament de gas amina, és possible variar el grau de purificació, obtenint combustible blau amb el necessari per al treball calderes de gascaracterístiques, estufes, calefactors.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
El següent vídeo us presentarà les especificitats de l'extracció de sulfur d'hidrogen del gas associat produït juntament amb el petroli per un pou de petroli:
El vídeo presentarà la instal·lació per purificar el combustible blau a partir del sulfur d'hidrogen per produir sofre elemental per a un posterior processament:
L'autor d'aquest vídeo us explicarà com desfer-vos del sulfur d'hidrogen del biogàs a casa:
L'elecció del mètode de purificació de gas se centra, en primer lloc, a resoldre un problema específic. L'intèrpret té dues opcions: seguir un esquema provat o preferir alguna cosa nova. No obstant això, la pauta principal encara hauria de ser la viabilitat econòmica mantenint la qualitat i obtenint el grau de processament requerit.
