Čistenie amínového plynu zo sírovodíka: princíp, efektívne možnosti a schémy zariadení

Zemný plyn vyťažený z polí na dodávku spotrebiteľom potrubím obsahuje zlúčeniny síry v rôznych pomeroch.Ak sa ich nezbavíte, agresívne látky zničia potrubie a armatúry sa stanú nepoužiteľnými. Navyše, pri spaľovaní kontaminovaného modrého paliva sa uvoľňujú toxíny.

Aby sa predišlo negatívnym dôsledkom, vykonáva sa čistenie amínového plynu zo sírovodíka. Toto je najjednoduchší a najlacnejší spôsob, ako oddeliť škodlivé zložky od fosílnych palív. Povieme vám, ako prebieha proces separácie sírnych inklúzií, ako je čistiareň navrhnutá a ako funguje.

Účel čistenia fosílnych palív

Plyn je najpopulárnejším druhom paliva. Priťahuje najdostupnejšou cenou a spôsobuje najmenšie škody na životnom prostredí. K nepopierateľným výhodám patrí jednoduchosť riadenia spaľovacieho procesu a možnosť zabezpečiť všetky stupne spracovania paliva pri výrobe tepelnej energie.

Prírodný plynný minerál sa však neťaží v čistej forme, pretože Súčasne s ťažbou plynu sa z vrtu odčerpávajú pridružené organické zlúčeniny. Najbežnejším z nich je sírovodík, ktorého obsah sa v závislosti od ložiska pohybuje od desatín až po desať percent a viac.

Sírovodík je jedovatý, nebezpečný pre životné prostredie a škodlivý pre katalyzátory používané pri spracovaní plynu. Ako sme už uviedli, táto organická zlúčenina je extrémne agresívna voči oceľovým rúram a kovovým ventilom.

Prirodzene, korózia súkromného systému a hlavný plynovodsírovodík vedie k únikom modrého paliva a mimoriadne negatívnym, rizikovým situáciám spojeným s touto skutočnosťou. Na ochranu spotrebiteľa sa z plynného paliva pred jeho dodaním do potrubia odstraňujú zdraviu škodlivé zlúčeniny.

Podľa noriem nesmú zlúčeniny sírovodíka v plyne prepravovanom potrubím presiahnuť 0,02 g/m³. V skutočnosti je ich však oveľa viac. Aby sa dosiahla hodnota regulovaná GOST 5542-2014, je potrebné čistenie.

Existujúce metódy separácie sírovodíka

Okrem sírovodíka, ktorý prevláda medzi ostatnými nečistotami, môže modré palivo obsahovať aj iné škodlivé zlúčeniny. Nachádza sa v ňom oxid uhličitý, ľahké merkaptány a sírouhlík. Ale vždy bude prevládať samotný sírovodík.

Stojí za zmienku, že určitý menší obsah zlúčenín síry v čistenom plynnom palive je prijateľný. Špecifická hodnota tolerancie závisí od účelu, na ktorý sa plyn vyrába.Napríklad na výrobu etylénoxidu musí byť celkový obsah sírových nečistôt menší ako 0,0001 mg/m³.

Spôsob čistenia sa volí na základe požadovaného výsledku.

Všetky v súčasnosti existujúce metódy sú rozdelené do dvoch skupín:

• Sorpčný. Zahŕňajú absorpciu zlúčenín sírovodíka pevným (adsorpčným) alebo kvapalným (absorpčným) činidlom s následným uvoľnením síry alebo jej derivátov. Potom sa škodlivé nečistoty oddelené od plynu zlikvidujú alebo spracujú.
• Katalytický. Pozostávajú z oxidácie alebo redukcie sírovodíka, jeho premenou na elementárnu síru. Proces sa uskutočňuje v prítomnosti katalyzátorov - látok, ktoré stimulujú priebeh chemickej reakcie.

Adsorpcia zahŕňa zhromažďovanie sírovodíka jeho koncentráciou na povrchu pevnej látky. Najčastejšie sa v adsorpčnom procese používajú granulované materiály na báze aktívneho uhlia alebo oxidu železa. Veľký špecifický povrch charakteristický pre zrná prispieva k maximálnej retencii molekúl síry.

Všetky metódy čistenia modrého paliva sú rozdelené na sorpčné a katalytické. Čistiace zariadenie je zamerané na princíp fungovania určitej technológie. Existujú však inštalácie, ktoré kombinujú viacero metód, výsledkom čoho je komplexné čistenie.

Absorpčná technológia sa líši v tom, že v aktívnej kvapalnej látke sú rozpustené nečistoty plynného sírovodíka. V dôsledku toho prechádzajú plynné škodliviny do kvapalnej fázy. Potom sa izolované škodlivé zložky odstránia stripovaním, inak desorpciou, týmto spôsobom sa eliminujú z reaktívnej kvapaliny.

Napriek skutočnosti, že adsorpčná technológia sa týka „suchých procesov“ a umožňuje jemné čistenie modrého paliva, absorpcia sa častejšie používa na odstránenie kontaminantov zo zemného plynu. Zber a odstraňovanie zlúčenín sírovodíka pomocou kvapalných absorbentov je výnosnejšie a účelnejšie.

Najpopulárnejším typom adsorbéra je aktívne uhlie, používané vo forme kapsúl alebo zŕn. Povrch každého prvku „absorbuje“ sírovodík a iné organické inklúzie

Absorpčné metódy používané pri čistení plynov sú rozdelené do nasledujúcich troch skupín:

• Chemický. Vyrobené s použitím rozpúšťadiel, ktoré ľahko reagujú s kyslými znečisťujúcimi látkami sírovodíka. Etanolamíny alebo alkanolamíny majú spomedzi chemických sorbentov najvyššiu absorpčnú kapacitu.
• Fyzické. Vykonávajú sa fyzikálnym rozpustením plynného sírovodíka v kvapalinovom absorbéri. Navyše, čím vyšší je parciálny tlak plynnej znečisťujúcej látky, tým rýchlejšie prebieha proces rozpúšťania. Ako absorbéry sa tu používa metanol, propylénkarbonát atď.
• Kombinované. V zmiešanej verzii extrakcie sírovodíkom sú zahrnuté obe technológie. Hlavná práca sa vykonáva absorpciou a jemné čistenie sa vykonáva pomocou adsorbentov.

Už pol storočia je najobľúbenejšou a najobľúbenejšou technológiou oddeľovania a odstraňovania sírovodíka a kyseliny uhličitej z prírodných palív chemické čistenie plynov pomocou amínového sorbentu používaného vo forme vodného roztoku.

Sorpčné metódy na čistenie prírodných palív sú založené na schopnosti pevných a kvapalných látok reagovať so sírovodíkom a inými organickými nečistotami, čím sa uvoľňujú zo zloženia plynu.

Amínová technológia je vhodnejšia na spracovanie veľkých objemov plynu, pretože:

• Žiadny nedostatok. Reagencie je možné vždy zakúpiť v množstve potrebnom na čistenie.
• Prijateľná absorpcia. Amíny sa vyznačujú vysokou absorpčnou schopnosťou. Zo všetkých použitých látok sú len tie schopné odstrániť z plynu 99,9 % sírovodíka.
• Prioritné charakteristiky. Vodné roztoky amínov sa vyznačujú najprijateľnejšou viskozitou, hustotou pár, tepelnou a chemickou stabilitou a nízkou tepelnou kapacitou. Ich vlastnosti zabezpečujú najlepší priebeh absorpčného procesu.
• Žiadna toxicita reaktívnych látok. Toto je dôležitý argument, ktorý presvedčí človeka, aby sa uchýlil k amínovej metóde.
• Selektivita. Kvalita potrebná pre selektívnu absorpciu. Poskytuje možnosť postupne vykonávať potrebné reakcie v poradí potrebnom na dosiahnutie optimálneho výsledku.

Etanolamíny používané v chemických metódach na čistenie plynu zo sírovodíka a oxidu uhličitého zahŕňajú monoetanolamíny (MEA), dietanolamíny (DEA) a trietanolamíny (TEA). Okrem toho sa z plynu a H odstraňujú látky s predponami mono- a di-₂S a CO₂. Ale tretia možnosť pomáha odstrániť iba sírovodík.

Pri vykonávaní selektívneho čistenia modrého paliva sa používajú metyldietanolamíny (MDEA), diglykolamíny (DGA) a diizopropanolamíny (DIPA). V zahraničí sa používajú najmä selektívne absorbenty.

Prirodzene ideálne absorbenty, ktoré spĺňajú všetky požiadavky na čistenie pred dodaním do systému plynové kúrenie a dodávka iných zariadení zatiaľ neexistuje. Každé rozpúšťadlo má určité výhody spolu s nevýhodami. Pri výbere reaktívnej látky jednoducho určte tú najvhodnejšiu z množstva navrhovaných látok.

Princíp činnosti typickej inštalácie

Maximálna absorpčná kapacita vo vzťahu k H₂S je charakterizovaný roztokom monoetanolamínu. Toto činidlo má však niekoľko významných nevýhod. Vyznačuje sa pomerne vysokým tlakom a schopnosťou vytvárať nevratné zlúčeniny so sírouhlíkom počas prevádzky jednotky na čistenie amínových plynov.

Prvú nevýhodu odstraňuje pranie, v dôsledku čoho sa pary amínov čiastočne absorbujú. S druhým sa zriedka stretávame pri spracovaní poľných plynov.

Koncentrácia vodného roztoku monoetanolamínu sa volí experimentálne a na základe uskutočneného výskumu sa používa na čistenie plynu z konkrétnej oblasti. Výber percenta činidla zohľadňuje jeho schopnosť odolávať agresívnym účinkom sírovodíka na kovové komponenty systému.

Typické obsahy absorbentov sú typicky v rozsahu 15 až 20 %. Často sa však stáva, že sa koncentrácia zvýši na 30 % alebo sa zníži na 10 %, v závislosti od toho, aký vysoký má byť stupeň čistenia. Tie. na aký účel, pri zahrievaní alebo pri výrobe polymérnych zlúčenín, bude plyn použitý.

Všimnite si, že so zvyšujúcou sa koncentráciou amínových zlúčenín klesá korozívny potenciál sírovodíka. Musíme však vziať do úvahy, že v tomto prípade sa spotreba činidla zvyšuje. V dôsledku toho sa zvyšujú náklady na čistený komerčný plyn.

Hlavnou jednotkou čistiaceho zariadenia je doskový alebo namontovaný absorbér. Ide o vertikálne orientované zariadenie, ktoré svojím vzhľadom pripomína skúmavku s dýzami alebo doskami umiestnenými vo vnútri. V jeho spodnej časti je vstup pre prívod nevyčistenej plynnej zmesi, v hornej časti je výstup do pračky.

Ak je plyn, ktorý sa čistí v zariadení, pod tlakom dostatočným na to, aby činidlo prešlo do výmenníka tepla a potom do stripovacej kolóny, proces prebieha bez účasti čerpadla.Ak je tlak príliš nízky na to, aby proces mohol pokračovať, čerpacia technológia stimuluje odtok

Prúd plynu je po prechode cez vstupný separátor vytlačený do spodnej časti absorbéra. Potom prechádza cez platne alebo trysky umiestnené v strede tela, na ktorých sa usadzujú nečistoty. Trysky, úplne navlhčené roztokom amínu, sú od seba oddelené mriežkami na rovnomernú distribúciu činidla.

Ďalej sa modré palivo, zbavené nečistôt, posiela do práčky. Toto zariadenie môže byť zapojené do spracovateľského obvodu za absorbérom alebo umiestnené v jeho hornej časti.

Použitý roztok steká po stenách absorbéra a je odoslaný do stripovacej kolóny - stripperu s bojlerom. Tam sa roztok očistí od absorbovaných nečistôt parami uvoľnenými pri varení vody, aby sa vrátil späť do zariadenia.

Regenerované, t.j. zbavený zlúčenín sírovodíka, roztok prúdi do výmenníka tepla. V ňom sa kvapalina ochladí v procese prenosu tepla do ďalšej časti kontaminovaného roztoku, potom sa prečerpá do chladničky na úplné ochladenie a kondenzáciu pary.

Ochladený roztok absorbéra sa privádza späť do absorbéra. Takto činidlo cirkuluje v celej inštalácii. Jeho pary sa tiež ochladzujú a zbavujú kyslých nečistôt, po čom doplnia zásobu činidla.

Najčastejšie sa pri čistení plynu používajú schémy s monoetanolamínom a dietanolamínom. Tieto činidlá umožňujú extrahovať z modrého paliva nielen sírovodík, ale aj oxid uhličitý.

Ak je potrebné súčasne odstrániť CO zo spracovávaného plynu₂ a H₂S, vykonáva sa dvojstupňové čistenie.Spočíva v použití dvoch roztokov, ktoré sa líšia koncentráciou. Táto možnosť je ekonomickejšia ako jednokrokové čistenie.

Najprv sa plynné palivo vyčistí silným zložením obsahujúcim činidlo 25-35%. Potom sa plyn spracuje slabým vodným roztokom, v ktorom je účinná látka len 5-12%. Výsledkom je, že hrubé aj jemné čistenie sa vykonáva s minimálnou spotrebou roztoku a rozumným využitím vytvoreného tepla.

Štyri možnosti čistenia alkoholom

Alkonolamíny alebo aminoalkoholy sú látky obsahujúce nielen aminoskupinu, ale aj hydroxyskupinu.

Konštrukcia zariadení a technológií na čistenie zemného plynu alkanolamínmi sa líši najmä v spôsobe prívodu absorpčnej látky. Pri čistení plynov pomocou tohto typu amínov sa najčastejšie používajú štyri hlavné metódy.

Prvý spôsob. Predurčuje prívod aktívneho roztoku v jednom prúde zhora. Celý objem absorbentu smeruje na hornú dosku inštalácie. Proces čistenia prebieha pri teplote nie vyššej ako 40ºС.

Najjednoduchší spôsob čistenia zahŕňa dodávanie aktívneho roztoku v jednom prúde. Táto technika sa používa, ak je množstvo nečistôt v plyne zanedbateľné

Táto technika sa zvyčajne používa pri menšej kontaminácii zlúčeninami sírovodíka a oxidu uhličitého. Celkový tepelný efekt na výrobu komerčného plynu je spravidla nízky.

Druhý spôsob. Táto možnosť čistenia sa používa, keď je v plynnom palive vysoký obsah zlúčenín sírovodíka.

V tomto prípade sa roztok činidla dodáva v dvoch prúdoch. Prvý, s objemom približne 65-75% celkovej hmoty, sa posiela do stredu inštalácie, druhý sa dodáva zhora.

Roztok amínu steká dolu po patrách a stretáva sa so stúpajúcimi prúdmi plynu, ktoré sú vytláčané na spodnú platňu absorpčnej jednotky. Pred prívodom sa roztok zahreje na maximálne 40 °C, ale počas interakcie plynu s amínom sa teplota výrazne zvýši.

Aby sa zabránilo zníženiu účinnosti čistenia v dôsledku zvýšenia teploty, prebytočné teplo sa odvádza spolu s odpadovým roztokom nasýteným sírovodíkom. A v hornej časti zariadenia sa prúd chladí, aby sa spolu s kondenzátom extrahovali zostávajúce kyslé zložky.

Druhý a tretí z opísaných spôsobov predurčujú privádzanie absorpčného roztoku v dvoch prúdoch. V prvom prípade sa činidlo dodáva pri rovnakej teplote, v druhom - pri inej teplote.

Ide o ekonomickú metódu, ktorá znižuje spotrebu energie aj aktívneho riešenia. Dodatočné vykurovanie sa nevykonáva v žiadnej fáze. Vo svojej technologickej podstate ide o dvojstupňové čistenie, ktoré poskytuje možnosť pripraviť komerčný plyn na dodávku do potrubia s minimálnymi stratami.

Tretia cesta. Zahŕňa privádzanie absorbéra do čistiaceho zariadenia v dvoch prúdoch rôznych teplôt. Metóda sa používa, ak surový plyn obsahuje okrem sírovodíka a oxidu uhličitého aj CS₂a COS.

Prevažná časť absorbéra, približne 70-75%, sa zahreje na 60-70ºС a zvyšná časť iba na 40ºС. Toky sa privádzajú do absorbéra rovnakým spôsobom ako vo vyššie opísanom prípade: zhora a do stredu.

Vytvorenie vysokoteplotnej zóny umožňuje rýchlo a efektívne odstrániť organické nečistoty z plynnej hmoty na dne čistiacej kolóny. A v hornej časti sa oxid uhličitý a sírovodík vyzráža amínom pri štandardnej teplote.

Štvrtá metóda. Táto technológia predurčuje prívod vodného roztoku amínu v dvoch prúdoch s rôznym stupňom regenerácie. To znamená, že jeden sa dodáva v nerafinovanej forme, ktorá obsahuje inklúzie sírovodíka, druhý - bez nich.

Prvý tok nemožno nazvať úplne znečisteným. Kyslé zložky obsahuje len čiastočne, pretože niektoré z nich sú odstránené pri chladení na +50º/+60ºC vo výmenníku tepla. Tento prúd roztoku sa odoberá zo spodnej stripovacej trysky, ochladí sa a smeruje do strednej časti kolóny.

Ak je v plynnom palive významný obsah zložiek sírovodíka a oxidu uhličitého, čistenie sa vykonáva dvoma prúdmi roztoku s rôznym stupňom regenerácie

Iba tá časť roztoku, ktorá sa čerpá do horného sektora inštalácie, prechádza hĺbkovým čistením. Teplota tohto prúdu zvyčajne nepresahuje 50ºС. Tu sa vykonáva jemné čistenie plynného paliva. Táto schéma vám umožňuje znížiť náklady aspoň o 10 % znížením spotreby pary.

Je zrejmé, že spôsob čistenia sa volí na základe prítomnosti organických nečistôt a ekonomickej realizovateľnosti. V každom prípade vám rozmanitosť technológií umožňuje vybrať si najlepšiu možnosť. V tom istom zariadení na úpravu amínového plynu je možné meniť stupeň čistenia, čím sa získa modré palivo s požadovaným výkonom plynové kotly, kachle, charakteristiky ohrievačov.

Závery a užitočné video na túto tému

Nasledujúce video vám predstaví špecifiká extrakcie sírovodíka z pridruženého plynu, ktorý sa vyrába spolu s ropou v ropnom vrte:

Video predstaví zariadenie na čistenie modrého paliva zo sírovodíka na výrobu elementárnej síry na ďalšie spracovanie:

Autor tohto videa vám povie, ako sa zbaviť sírovodíka z bioplynu doma:

Voľba spôsobu čistenia plynu je v prvom rade zameraná na riešenie konkrétneho problému. Interpret má dve možnosti: nasledovať osvedčenú schému alebo uprednostniť niečo nové. Hlavným vodidlom by však stále mala byť ekonomická realizovateľnosť pri zachovaní kvality a získaní požadovaného stupňa spracovania.