Čiščenje aminskega plina iz vodikovega sulfida: princip, učinkovite možnosti in diagrami obratov

Zemeljski plin, pridobljen iz polj za dostavo potrošnikom po plinovodih, vsebuje žveplove spojine v različnih razmerjih.Če se jih ne znebite, bodo agresivne snovi uničile cevovod in naredile priključke neuporabne. Poleg tega se pri zgorevanju onesnaženega modrega goriva sproščajo toksini.

Da bi se izognili negativnim posledicam, se izvede čiščenje aminskega plina iz vodikovega sulfida. To je najenostavnejši in najcenejši način ločevanja škodljivih sestavin iz fosilnih goriv. Povedali vam bomo, kako poteka proces ločevanja žveplovih vključkov, kako je zasnovana in deluje čistilna naprava.

Namen čiščenja fosilnih goriv

Plin je najbolj priljubljena vrsta goriva. Privlači z najbolj dostopno ceno in povzroča najmanj škode okoljskim razmeram. Nedvomne prednosti vključujejo enostavnost nadzora zgorevalnega procesa in možnost zavarovanja vseh stopenj predelave goriva med proizvodnjo toplotne energije.

Vendar se naravni plinasti mineral ne izkopava v čisti obliki, ker Hkrati s črpanjem plina se iz vrtine črpajo pripadajoče organske spojine. Najpogostejši med njimi je vodikov sulfid, katerega vsebnost se giblje od desetin do deset odstotkov ali več, odvisno od nahajališča.

Vodikov sulfid je strupen, nevaren za okolje in škodljiv za katalizatorje, ki se uporabljajo pri predelavi plina. Kot smo že omenili, je ta organska spojina izjemno agresivna do jeklenih cevi in ​​kovinskih ventilov.

Seveda razjeda zasebni sistem in magistralni plinovod, vodikov sulfid vodi do puščanja modrega goriva in s tem povezanih izjemno negativnih, tveganih situacij. Da bi zaščitili potrošnika, se iz plinastega goriva odstranijo zdravju škodljive spojine, preden se dostavi v cevovod.

V skladu s standardi spojine vodikovega sulfida v plinu, ki se transportira po ceveh, ne smejo preseči 0,02 g/m³. Vendar jih je v resnici veliko več. Da bi dosegli vrednost, ki jo ureja GOST 5542-2014, je potrebno čiščenje.

Obstoječe metode za ločevanje vodikovega sulfida

Poleg vodikovega sulfida, ki prevladuje med drugimi nečistočami, lahko modro gorivo vsebuje tudi druge škodljive spojine. V njem lahko najdemo ogljikov dioksid, lahke merkaptane in ogljikov sulfid. Toda sam vodikov sulfid bo vedno prevladoval.

Treba je omeniti, da je nekaj manjših vsebnosti žveplovih spojin v prečiščenem plinastem gorivu sprejemljivo. Specifična toleranca je odvisna od namenov, za katere se plin proizvaja.Na primer, za proizvodnjo etilen oksida mora biti skupna vsebnost žveplovih nečistoč manjša od 0,0001 mg/m³.

Metoda čiščenja je izbrana glede na želeni rezultat.

Vse trenutno obstoječe metode so razdeljene v dve skupini:

• Sorptivno. Vključujejo absorpcijo spojin vodikovega sulfida s trdnim (adsorpcija) ali tekočim (absorpcija) reagentom s kasnejšim sproščanjem žvepla ali njegovih derivatov. Nato se škodljive nečistoče, izločene iz plina, odstranijo ali predelajo.
• Katalitično. Sestavljeni so iz oksidacije ali redukcije vodikovega sulfida, ki ga pretvori v elementarno žveplo. Postopek se izvaja v prisotnosti katalizatorjev - snovi, ki spodbujajo potek kemične reakcije.

Adsorpcija vključuje zbiranje vodikovega sulfida s koncentriranjem na površini trdne snovi. Najpogosteje se v procesu adsorpcije uporabljajo zrnati materiali na osnovi aktivnega oglja ali železovega oksida. Velika specifična površina, značilna za zrna, prispeva k maksimalnemu zadrževanju molekul žvepla.

Vse metode čiščenja modrega goriva delimo na sorpcijske in katalitične. Čistilna oprema je osredotočena na princip delovanja določene tehnologije. Vendar pa obstajajo naprave, ki združujejo več metod, kar ima za posledico celovito čiščenje.

Absorpcijska tehnologija se razlikuje po tem, da se nečistoče plinastega vodikovega sulfida raztopijo v aktivni tekoči snovi. Zaradi tega plinasta onesnaževala prehajajo v tekočo fazo. Nato izolirane škodljive sestavine odstranimo z strippingom, sicer z desorpcijo, s to metodo jih izločimo iz reaktivne tekočine.

Kljub dejstvu, da se adsorpcijska tehnologija nanaša na "suhe procese" in omogoča fino čiščenje modrega goriva, se absorpcija pogosteje uporablja za odstranjevanje kontaminantov iz zemeljskega plina. Zbiranje in odstranjevanje spojin vodikovega sulfida s tekočimi absorbenti je bolj donosno in smotrno.

Najbolj priljubljena vrsta adsorberja je aktivno oglje, ki se uporablja v obliki kapsul ali zrn. Površina vsakega elementa "absorbira" vodikov sulfid in druge organske vključke

Absorpcijske metode, ki se uporabljajo pri čiščenju plinov, so razdeljene v naslednje tri skupine:

• Kemični. Proizvedeno z uporabo topil, ki zlahka reagirajo s kislimi onesnaževalci vodikovega sulfida. Med kemičnimi sorbenti imajo največjo absorpcijsko sposobnost etanolamini ali alkanolamini.
• Fizično. Izvajajo se s fizikalnim raztapljanjem plina vodikovega sulfida v tekočem absorberju. Poleg tega višji kot je parcialni tlak plinastega onesnaževala, hitreje poteka proces raztapljanja. Kot absorberji se tukaj uporabljajo metanol, propilen karbonat itd.
• Kombinirano. Pri mešani različici ekstrakcije vodikovega sulfida sta vključeni obe tehnologiji. Glavno delo opravi absorpcija, fino čiščenje pa adsorbenti.

Že pol stoletja je bila najbolj priljubljena in priljubljena tehnologija za ločevanje in odstranjevanje vodikovega sulfida in ogljikove kisline iz naravnih goriv kemično čiščenje plina z uporabo aminskega sorbenta, ki se uporablja v obliki vodne raztopine.

Sorpcijske metode čiščenja naravnih goriv temeljijo na sposobnosti trdnih in tekočih snovi, da reagirajo z vodikovim sulfidom in drugimi organskimi nečistočami ter jih tako sprostijo iz plinske sestave.

Aminska tehnologija je bolj primerna za predelavo velikih količin plina, ker:

• Brez pomanjkanja. Reagente lahko vedno kupite v količini, ki je potrebna za čiščenje.
• Sprejemljiva absorpcija. Za amine je značilna visoka absorpcijska sposobnost. Od vseh uporabljenih snovi so le te sposobne odstraniti 99,9 % vodikovega sulfida iz plina.
• Prednostne značilnosti. Za vodne raztopine aminov je značilna najbolj sprejemljiva viskoznost, gostota hlapov, toplotna in kemična stabilnost ter nizka toplotna kapaciteta. Njihove lastnosti zagotavljajo najboljši potek absorpcijskega procesa.
• Brez toksičnosti reaktivnih snovi. To je pomemben argument, ki prepriča, da se zatečemo k aminski metodi.
• Selektivnost. Potrebna kakovost za selektivno absorpcijo. Zagotavlja možnost zaporednega izvajanja potrebnih reakcij v vrstnem redu, ki je potreben za optimalen rezultat.

Etanolamini, ki se uporabljajo v kemičnih metodah za čiščenje plina iz vodikovega sulfida in ogljikovega dioksida, vključujejo monoetanolamine (MEA), dietanolamine (DEA) in trietanolamine (TEA). Poleg tega so snovi s predponami mono- in di- odstranjene iz plina in H₂S in CO₂. Toda tretja možnost pomaga odstraniti samo vodikov sulfid.

Pri selektivnem čiščenju modrega goriva se uporabljajo metildietanolamini (MDEA), diglikolamini (DGA) in diizopropanolamini (DIPA). V tujini se uporabljajo predvsem selektivni absorbenti.

Seveda idealni absorbenti, ki izpolnjujejo vse zahteve čiščenja pred dostavo v sistem plinsko ogrevanje dobava druge opreme pa še ne obstaja. Vsako topilo ima nekaj prednosti in slabosti. Pri izbiri reaktivne snovi preprosto določite najprimernejšo izmed številnih predlaganih.

Načelo delovanja tipične namestitve

Največja absorpcijska sposobnost glede na H₂Za S je značilna raztopina monoetanolamina. Vendar ima ta reagent nekaj pomembnih pomanjkljivosti. Zanj je značilen dokaj visok tlak in sposobnost ustvarjanja ireverzibilnih spojin z ogljikovim sulfidom med delovanjem enote za čiščenje aminskega plina.

Prva pomanjkljivost se odpravi s pranjem, zaradi česar se aminske pare delno absorbirajo. Drugega redko srečamo pri predelavi zemeljskih plinov.

Koncentracijo vodne raztopine monoetanolamina izberemo eksperimentalno in na podlagi opravljenih raziskav uporabimo za čiščenje plina iz določenega polja. Pri izbiri odstotka reagenta se upošteva njegova sposobnost, da prenese agresivne učinke vodikovega sulfida na kovinske komponente sistema.

Tipične vpojne vsebnosti so običajno v območju od 15 do 20 %. Pogosto pa se zgodi, da se koncentracija poveča na 30 % ali zmanjša na 10 %, odvisno od tega, kako visoka mora biti stopnja čiščenja. Tisti. za kakšen namen, pri ogrevanju ali pri proizvodnji polimernih spojin, se bo plin uporabljal.

Upoštevajte, da se z naraščajočo koncentracijo aminskih spojin korozivni potencial vodikovega sulfida zmanjšuje. Vendar moramo upoštevati, da se v tem primeru poveča poraba reagenta. Posledično se povečajo stroški prečiščenega komercialnega plina.

Glavna enota čistilne naprave je ploščati ali vgradni absorber. To je navpično usmerjena naprava, ki po videzu spominja na epruveto, s šobami ali ploščami v notranjosti. Na spodnjem delu je dovod za dovod neprečiščene mešanice plinov, na vrhu pa je izhod v pralnik.

Če je plin, ki se čisti v napravi, pod zadostnim tlakom, da reagent preide v izmenjevalnik toplote in nato v stolpec za odstranjevanje, postopek poteka brez sodelovanja črpalke.Če je tlak prenizek za nadaljevanje procesa, tehnologija črpanja stimulira odtok

Tok plina se po prehodu skozi vstopni separator potisne v spodnji del absorberja. Nato gre skozi plošče ali šobe, ki se nahajajo na sredini telesa, na katere se nalagajo onesnaževalci. Šobe, popolnoma namočene z raztopino amina, so med seboj ločene z mrežami za enakomerno porazdelitev reagenta.

Nato se modro gorivo, očiščeno onesnaževal, pošlje v pralnik. To napravo lahko priključite v procesno vezje za absorberjem ali pa se nahaja v njegovem zgornjem delu.

Izrabljena raztopina teče po stenah absorberja in se pošlje v stripersko kolono - stripper s kotlom. Tam se raztopina očisti absorbiranih kontaminantov s hlapi, ki se sproščajo pri vrenju vode, da se vrne nazaj v instalacijo.

Regenerirana, tj. osvobojena spojin vodikovega sulfida teče raztopina v izmenjevalnik toplote. V njej se tekočina ohladi v procesu prenosa toplote na naslednji del kontaminirane raztopine, nato pa se črpa v hladilnik za popolno hlajenje in kondenzacijo pare.

Ohlajena absorpcijska raztopina se dovaja nazaj v absorber. Tako reagent kroži po celotni napravi. Njegove pare se tudi ohladijo in očistijo kislih nečistoč, nato pa dopolnijo zalogo reagenta.

Najpogosteje se pri čiščenju plina uporabljajo sheme z monoetanolaminom in dietanolaminom. Ti reagenti omogočajo pridobivanje ne le vodikovega sulfida, ampak tudi ogljikovega dioksida iz modrega goriva.

Če je potrebno sočasno odstraniti CO iz plina, ki se obdeluje₂ in H₂S, izvedeno je dvostopenjsko čiščenje.Sestoji iz uporabe dveh raztopin, ki se razlikujeta po koncentraciji. Ta možnost je bolj ekonomična kot čiščenje v enem koraku.

Najprej se plinasto gorivo očisti z močno sestavo, ki vsebuje 25-35% reagenta. Nato plin obdelamo s šibko vodno raztopino, v kateri je učinkovina le 5-12%. Posledično se tako grobo kot fino čiščenje izvaja z minimalno porabo raztopine in razumno porabo proizvedene toplote.

Štiri možnosti čiščenja z alkonolaminom

Alkonolamini ali aminoalkoholi so snovi, ki ne vsebujejo le aminske skupine, temveč tudi hidroksi skupino.

Zasnove naprav in tehnologije čiščenja zemeljskega plina z alkanolamini se razlikujejo predvsem po načinu dovajanja absorbenta. Najpogosteje se pri čiščenju plina s to vrsto aminov uporabljajo štiri glavne metode.

Prvi način. Vnaprej določa dobavo aktivne raztopine v enem toku od zgoraj. Celoten volumen absorbenta je usmerjen na zgornjo ploščo instalacije. Postopek čiščenja poteka pri temperaturnem ozadju, ki ni višje od 40 ° C.

Najenostavnejši način čiščenja vključuje dovajanje aktivne raztopine v enem toku. Ta tehnika se uporablja, če je količina nečistoč v plinu nepomembna

Ta tehnika se običajno uporablja za manjšo kontaminacijo z vodikovimi sulfidnimi spojinami in ogljikovim dioksidom. Skupni toplotni učinek za proizvodnjo komercialnega plina je praviloma nizek.

Drugi način. Ta možnost čiščenja se uporablja, kadar je v plinastem gorivu visoka vsebnost spojin vodikovega sulfida.

V tem primeru se raztopina reagenta dovaja v dveh tokovih. Prvi, s prostornino približno 65-75% celotne mase, se pošlje na sredino namestitve, drugi pa se dovaja od zgoraj.

Raztopina amina teče navzdol po pladnjih in se sreča z naraščajočimi tokovi plina, ki so potisnjeni na spodnji pladenj vpojne enote. Pred dovajanjem se raztopina segreje na največ 40 °C, vendar med interakcijo plina z aminom temperatura znatno naraste.

Da bi preprečili zmanjšanje učinkovitosti čiščenja zaradi povišanja temperature, se odvečna toplota odstrani skupaj z odpadno raztopino, nasičeno z vodikovim sulfidom. In na vrhu instalacije se tok ohladi, da se izvlečejo preostale kisle komponente skupaj s kondenzatom.

Druga in tretja od opisanih metod vnaprej določata dovod vpojne raztopine v dveh tokovih. V prvem primeru se reagent dovaja pri isti temperaturi, v drugem pa pri drugačni temperaturi.

To je ekonomičen način, ki zmanjša porabo energije in aktivne raztopine. Dodatno ogrevanje se ne izvaja na nobeni stopnji. V svojem tehnološkem bistvu gre za dvostopenjsko čiščenje, ki omogoča pripravo komercialnega plina za dobavo v plinovod z minimalnimi izgubami.

Tretji način. Gre za dovajanje absorberja v čistilno napravo v dveh tokovih različnih temperatur. Metoda se uporablja, če surovi plin poleg vodikovega sulfida in ogljikovega dioksida vsebuje tudi CS.₂in COS.

Pretežni del absorberja, približno 70-75%, segreje na 60-70ºС, preostali del pa le na 40ºС. Tokovi se dovajajo v absorber na enak način kot v zgoraj opisanem primeru: od zgoraj in v sredino.

Oblikovanje visokotemperaturne cone omogoča hitro in učinkovito odstranjevanje organskih onesnaževalcev iz plinske mase na dnu čistilne kolone. In na vrhu se ogljikov dioksid in vodikov sulfid obori z aminom pri standardni temperaturi.

Četrta metoda. Ta tehnologija vnaprej določa dobavo vodne raztopine amina v dveh tokovih z različnimi stopnjami regeneracije. To pomeni, da je eden dobavljen v nerafinirani obliki, ki vsebuje vključke vodikovega sulfida, drugi pa brez njih.

Prvega toka ni mogoče imenovati popolnoma onesnaženega. Vsebuje le delno kisle sestavine, saj se nekatere med ohlajanjem na +50º/+60ºC v izmenjevalniku toplote odstranijo. Ta tok raztopine se vzame iz spodnje šobe odstranjevalca, ohladi in usmeri v srednji del kolone.

Če je v plinastem gorivu znatna vsebnost sestavin vodikovega sulfida in ogljikovega dioksida, se čiščenje izvede z dvema tokovoma raztopine z različnimi stopnjami regeneracije.

Samo tisti del raztopine, ki se črpa v zgornji sektor naprave, je podvržen globinskemu čiščenju. Temperatura tega toka običajno ne presega 50ºС. Tu se izvaja fino čiščenje plinastega goriva. Ta shema vam omogoča zmanjšanje stroškov za najmanj 10% z zmanjšanjem porabe pare.

Jasno je, da je metoda čiščenja izbrana glede na prisotnost organskih onesnaževalcev in ekonomsko izvedljivost. V vsakem primeru vam raznolikost tehnologij omogoča izbiro najboljše možnosti. Na isti napravi za obdelavo aminskih plinov je mogoče spreminjati stopnjo čiščenja, pridobiti modro gorivo s potrebnimi za delo plinski kotli, peči, značilnosti grelnikov.

Zaključki in uporaben video na to temo

Naslednji videoposnetek vas bo seznanil s posebnostmi pridobivanja vodikovega sulfida iz povezanega plina, ki ga skupaj z nafto proizvaja naftna vrtina:

Video bo predstavil napravo za čiščenje modrega goriva iz vodikovega sulfida za proizvodnjo elementarnega žvepla za nadaljnjo predelavo:

Avtor tega videa vam bo povedal, kako se znebiti vodikovega sulfida iz bioplina doma:

Izbira metode čiščenja plina je najprej osredotočena na rešitev določenega problema. Izvajalec ima dve možnosti: slediti preverjeni shemi ali raje nekaj novega. Še vedno pa mora biti glavno vodilo ekonomska upravičenost ob ohranjanju kakovosti in doseganju zahtevane stopnje predelave.