В природном газе, добываемом из месторождений для поставки потребителям по магистралям, содержится сернистых соединений в разных пропорциях. Без удаления сернистых соединений агрессивные вещества разрушат трубопровод и приведут арматуру в непригодность. Также при сгорании загрязненного топлива выделяются токсины.
Чтобы избежать негативных последствий, газ очищают от сероводорода с помощью аминовой обработки. Это самый простой и доступный способ отделения вредных компонентов от полезного топлива. Мы расскажем о процессе отделения сернистых примесей, конструкции и работе установки очистки.
Задача обработки полезных ископаемых, используемых для получения топлива.
Газ – наиболее востребованный вид топлива. Благодаря доступной цене и незначительному влиянию на окружающую среду это топливо пользуется популярностью. К его преимуществам относятся простота управления процессом сгорания и возможность безопасной переработки горючего при получении тепловой энергии.
Природный газ добывают не в чистом виде, так как вместе с ним извлекаются попутные органические соединения. Самое распространенное такое соединение – сероводород, концентрация которого колеблется от десятых долей до десяти и более процентов, различаясь в зависимости от месторождения.
Сероводород представляет угрозу здоровью людей, наносит вред окружающей среде и разрушает катализаторы, используемые в газопереработке.
Это органическое соединение проявляет высокую агрессивность по отношению к стальным трубам и металлической запорной арматуре.
Разыгрывая коррозией частную систему… магистральный газопроводСероводород провоцирует утечки голубого топлива, создавая угрожающие и опасные ситуации. Для защиты потребителей вредные вещества удаляют из газообразного топлива перед подачей в магистраль.
Согласно нормативам, в трубопроводном газе содержание сероводородных соединений не должно превышать 0,02 г/м³. На практике этот показатель часто завышен. Для достижения значения, установленного ГОСТом 5542-2014, необходимо проведение очистки.
Существующие методы отделения сероводорода
В составе голубого топлива помимо доминирующего сероводорода присутствуют другие вредные соединения: углекислый газ, слабые меркаптаны и сероуглерод.
В очищенном газообразном топливе допустимо незначительное содержание сернистых соединений. Границы допустимого содержания зависят от назначения газа. Например, для производства оксида этилена общее содержание сернистых примесей не должно превышать 0,0001 мг/м³.
Способ очистки подбирают с учётом желаемого результата.
В настоящее время применяемые методы делятся на два класса.
- Сорбционные. Процесс заключается в поглощении сероводородных соединений твердым (адсорбция) или жидким (абсорбция) реагентом, с последующим выделением серы или её производных. Затем выделенные из состава газа вредные примеси утилизируются или перерабатываются.
- Каталитические. Происходит окисление или восстановление сероводорода с образованием элементарной серы. Для этого применяют катализаторы — вещества, ускоряющие ход химических реакций.
Адсорбция — это процесс сбора сероводорода путем его концентрирования на поверхности твердого вещества. Чаще всего в этом процессе применяют материалы, состоящие из гранул активированного угля или окиси железа. Благодаря большой удельной поверхности зерен максимально эффективно удерживаются молекулы серы.
Технология абсорбции основана на растворении сероводородных примесей в активном жидком веществе. Газовые загрязнения переходят в жидкость. В результате выделяемые вредные компоненты удаляют путем отпаривания, или десорбции, из реактивной жидкости.
Адсорбционная технология относится к «сухим процессам» и позволяет производить тонкую очистку голубого топлива, но для удаления загрязнений из природного газа чаще используют абсорбцию. Сбор и устранение сероводородных соединений с применением жидких поглотителей более выгоден и целесообразен.
Методы абсорбции для очистки газа разделяют на три группы.
- Химические. Изготавливаются при помощи растворителей, которые легко взаимодействуют с сернистыми кислотными загрязнениями. Поглощение загрязняющих веществ наилучшим образом осуществляется этаноламинами или алканоламинами из числа химических сорбентов.
- ФизическиеОни осуществляются за счет физического растворения сероводорода в жидком поглотителе. Чем больше парциальное давление газообразного загрязнения, тем интенсивнее происходит растворение. В качестве поглотителя применяют метанол, пропиленкарбонат и другие вещества.
- КомбинированныеСмешанный метод извлечения сероводорода использует две технологии. Основное извлечение выполняется абсорбцией, а тонкую очистку проводят с помощью адсорбентов.
В течение пятидесяти лет наиболее распространенным способом разделения и удаления серы и углекислых газов из природного топлива остается химическая очистка газа амином, используемым в водном растворе.
Аминовая технология эффективнее при обработке больших объёмов газа.
- Отсутствие дефицита. Для очистки можно купить реагенты нужного объема.
- Приемлемая поглощаемость. Амины обладают большой способностью абсорбировать вещества. Из всех используемых средств только амины могут удалять из газа 99,9% сероводорода.
- Приоритетные характеристики. Растворы, содержащие воду и амины, обладают оптимальной вязкостью, плотностью паров, термо- и химической стойкостью, а также малой теплоёмкостью.
- Отсутствие токсичности реактивных веществ. Это важный довод в пользу использования именно аминовой методики.
- Селективность. Качество, нужное для селективной абсорбции, позволяет проводить необходимые реакции поочередно в желаемом для достижения наилучшего итога порядке.
К этаноламинам, используемым для очистки газа от сероводорода и углекислоты химическим способом, относятся моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА) и триэтаноламин (ТЭА).
Вещества с приставками «моно-» и «ди-» удаляют из газа H. 2S, и СО2Третий вариант удаляет только сероводород.
При селективной очистке голубого топлива применяют метилдиэтаноламины, дигликольамины и диизопропаноламины. Такие абсорбенты преимущественно используют за границей.
Конечно же, совершенных поглотителей, отвечающих всем нуждам в очистке до загрузки в систему не существует. газового отопления И пока нет оборудования для снабжения прочим оснащением, каждый растворитель имеет свои плюсы и минусы. При выборе реагента просто выбирают наиболее подходящий из предложенного ряда.
Принцип действия типичной установки
Максимальной поглощающей способностью в отношении H2S определяется раствором моноэтаноламина, но этот реагент имеет два важных недостатка: высокое давление и склонность в процессе работы аминной очистки газа образовывать неразлагаемые связи с сероокисью углерода.
Первый недостаток ликвидируется промывкой, которая позволяет частично поглощать пары амина. Второй – встречается редко при обработке промышленных газов.
Концентрацию водного раствора моноэтаноламина определяют экспериментально, основываясь на исследованиях для очистки газа с конкретного месторождения. При подборе процентного содержания реагента учитывается его способность противостоять агрессивному воздействию сероводорода на металлические компоненты системы.
Содержимое абсорбирующего вещества обычно составляет 15-20%. В некоторых случаях концентрацию повышают до 30% или понижают до 10%, исходя из необходимой степени очистки. Цель использования газа – отопление или производство полимерных соединений – влияет на выбор концентрации.
Увеличение концентрации соединений амина снижает коррозионное воздействие сероводорода, но приводит к росту расхода реагента и, как следствие, стоимости очищенного товарного газа.
Центральный агрегат очистительной установки — абсорбер тарельчатого или насадочного типа. Это вертикальное устройство, внешне похожее на пробирку, оснащённое внутренними насадками или тарелками. Неочищенная газовая смесь поступает в его нижнюю часть, а из верхней – выводится в скруббер.
По прохождении газа через входной сепаратор его подают в нижнюю часть абсорбера. Далее газ движется сквозь тарелки или насадки, находящиеся в середине корпуса абсорбера, где оседают загрязнения. Насадки, полностью заполненные аминовым раствором, разделены решетками для равномерного распределения реагента.
Очищенное от примесей голубое топливо подаётся в скруббер, который может быть подключен к системе переработки после абсорбера либо размещён в верхней его части.
Извлечённый раствор стекает вниз по стенкам абсорбера и поступает в десорбер с кипятильником. Там его очищают от загрязняющих веществ парами, образующимися при нагревании воды, для повторного использования в установке.
Избавленный от сероводородных соединений раствор перетекает в теплообменник, где его охлаждают при передаче тепла следующей порции загрязненного раствора. После этого насос подаёт жидкость в холодильник для полноценного охлаждения и конденсации пара.
Прохладный абсорбционный раствор возвращается в абсорбер, где реагент снова проходит цикл очистки и охлаждения.
Для удаления углекислого газа из обрабатываемого газа одновременно… 2 и H2Чистка выполняется в две стадии с использованием двух растворов разной концентрации. Данный метод более экономичен по сравнению с одноступенчатым.
Первоначально газообразное топливо очищают сильным составом с содержанием реагента 25-35%. Далее газ обрабатывают слабым водным раствором, где активного вещества всего 5-12%. В результате производится как грубая, так и тонкая очистка с минимальным расходом раствора и рациональным использованием выделяемого тепла.
Четыре варианта очистки алконоламинами
Алконоламины, также известные как аминоспирты, — это соединения, обладающие одновременно амино- и гидроксигруппами.
Способы установки оборудования и технологий очистки природного газа алканоламинами различаются прежде всего методом подачи абсорбирующего вещества. Для очистки газа этим видом аминов чаще всего применяют четыре основных методики.
Первый способАктивный раствор поставляется в виде одного потока сверху, обеспечивая подачу к верхней тарелке установки всего объема абсорбента. Очистка осуществляется при температуре до 40°C.
Метод применяется при небольшом загрязнении сероводородом и углекислым газом. Общий тепловой эффект производства товарного газа обычно невелик.
Второй способДанный метод очистки используется при наличии большого количества серы в газообразном топливе.
В данном случае реактивный раствор поступает двумя потоками. Первый, составляющий около 65-75% от общего объема, направляется внутрь установки. Второй подается сверху.
Раствор амина течет вниз по тарелкам и сталкивается с восходящим потоком газов, нагнетаемым на нижнюю тарелку абсорбирующей установки. Перед подачей раствор подогревается не выше 40ºС, но при взаимодействии газа с амином температура повышается существенно.
Для поддержания эффективности очистки при повышении температуры излишек тепла удаляется совместно с отработанным раствором, содержащим сероводород. В верхней части установки осуществляется охлаждение потока для отделения оставшихся кислотных компонентов с конденсатом.
Эффективная экономия энергии и активного раствора реализуется за счёт исключения дополнительного подогрева на всех этапах. Технология представляет собой двухуровневую очистку, минимизирующую потери при подготовке товарного газа для подачи в магистраль.
Третий способУстановка для очистки газа будет комплектоваться абсорбером, подаваемым двумя потоками с разными температурами. 2, и COS.
Примерно 70-75% абсорбера нагревается до 60-70 градусов Цельсия, а оставшаяся часть — только до 40 градусов Цельсия. Потоки подаются в абсорбер так же, как и в описанном ранее случае: сверху и в середину.
Создание зоны с высокой температурой позволяет быстро и эффективно удалять органические примеси из газа в нижней части очищающей колонки. В верхней части колонны при обычной температуре выпадает диоксид углерода и сероводород, взаимодействуя с амином.
Четвертый способТехнология предусматривает подачу водно-аминого раствора двумя потоками, отличающимися степенью регенерации. Один поток поступает не очищенным и содержит сернистые включения, другой — без них.
Первый поток не является полностью загрязненным. В нем частично присутствуют кислые компоненты, так как их часть удаляется при охлаждении до +50º/+60ºС в теплообменнике. Этот раствора забирается с нижней насадки десорбера, охлаждается и поступает в среднюю часть колонны.
В верхней части установки очистку проходят только те части раствора, которые подают насосами. Температура такого потока обычно не поднимается выше 50 градусов Цельсия. Здесь происходит тонкая очистка газообразного топлива. Такая схема позволяет снизить расходы минимум на 10 процентов за счёт сокращения расхода пара.
Выбор способа очистки зависит от степени загрязнения органическими примесями и экономической выгоды. Разнообразие технологий позволяет подобрать оптимальный вариант. На одном агрегате аминовой обработки газа можно регулировать степень очистки, получая топливо заданной чистоты. газовых котлов, плит, обогревателей характеристиками.
Выводы и полезное видео по теме
Видео поможет разобраться в особенностях добычи сероводорода из газа, получаемого при бурении нефти.
Видео демонстрирует установку по очистке голубого топлива от сероводорода, выделяя элементарную серу для последующего использования.
Видеоролик поведает о методах удаления сероводорода из биогаза при домашнем использовании.
Оптимальный способ очистки газа определяется поставленной задачей. Можно придерживаться традиционных методов или выбрать инновационные решения. Главным критерием выбора остается сочетание экономической эффективности, высокого качества очистки и достижения требуемой степени обработки газа.