Amīnu gāzes attīrīšana no sērūdeņraža: princips, efektīvas iespējas un uzstādīšanas shēmas

Dabasgāze, ko ražo laukos, lai piegādātu patērētājam pa cauruļvadiem, satur sēra savienojumus dažādās proporcijās. Ja tos neiznīcina, agresīvas vielas iznīcina cauruļvadu un savienojumus padara nelietojamus. Turklāt, sadedzinot piesārņoto zilo degvielu, izdalās toksīni.

Lai izvairītos no negatīvām sekām, tiek veikta amīna gāzes attīrīšana no sērūdeņraža. Tas ir vienkāršākais un lētākais veids, kā nodalīt kaitīgos komponentus no fosilā kurināmā. Mēs jums pastāstīsim, kā notiek sēra ieslēgumu atdalīšanas process, kā tiek sakārtota un darbojas attīrīšanas iekārta.

Fosilā kurināmā apstrādes mērķis

Gāze ir vispopulārākais kurināmā veids. Tas piesaista vispieejamāko cenu un rada vismazāko kaitējumu videi. Neapstrīdamas priekšrocības ir sadedzināšanas procesa vadības vienkāršība un spēja nodrošināt visus kurināmā pārstrādes posmus siltumenerģijas iegūšanas procesā.

Tomēr dabiskās gāzveida fosilijas netiek iegūtas tīrā veidā, jo vienlaicīgi ar gāzes ieguvi no urbuma tiek izsūknēti saistītie organiskie savienojumi. Visizplatītākais no tiem ir sērūdeņradis, kura saturs atkarībā no lauka svārstās no desmitdaļām līdz desmit vai vairāk procentiem.

Sērūdeņradis ir toksisks, kaitīgs videi, kaitīgs katalizatoriem, ko izmanto gāzes pārstrādē. Kā mēs jau esam atzīmējuši, šis organiskais savienojums ir ārkārtīgi agresīvs attiecībā uz tērauda caurulēm un metāla vārstiem.

Protams, korozija privāto sistēmu un gāzes maģistrāle, sērūdeņradis noved pie zilās degvielas noplūdes un ārkārtīgi negatīvām, riskantām situācijām, kas saistītas ar šo faktu. Lai aizsargātu patērētāju, neveselīgie savienojumi no gāzveida kurināmā tiek noņemti pirms tā nodošanas šosejā.

Saskaņā ar sērūdeņraža savienojumu standartiem gāze, ko pārvadā caur caurulēm, nedrīkst pārsniegt 0,02 g / m³. Tomēr patiesībā ir daudz vairāk. Lai sasniegtu vērtību, kuru regulē GOST 5542-2014, ir nepieciešama tīrīšana.

Esošās metodes sērūdeņraža atdalīšanai

Papildus sērūdeņražam, kas dominē pret citiem piemaisījumiem, zilajā degvielā var būt arī citi kaitīgi savienojumi. Tajā var atrast oglekļa dioksīdu, vieglos merkaptānus un oglekļa sulfīdu. Bet pats sērūdeņradis vienmēr dominēs.

Ir vērts atzīmēt, ka ir pieļaujams neliels sēra savienojumu saturs attīrītā gāzveida degvielā. Konkrētais pielaides rādītājs ir atkarīgs no gāzes ražošanas mērķa. Piemēram, etilēnoksīda ražošanai kopējam sēra saturam jābūt mazākam par 0,0001 mg / m³.

Tiek izvēlēta tīrīšanas metode, koncentrējoties uz vēlamo rezultātu.

Visas esošās metodes ir sadalītas divās grupās:

• Sorbcija. Tie sastāv no sērūdeņraža savienojumu absorbcijas ar cietu (adsorbcijas) vai šķidru (absorbcijas) reaģentu, pēc tam atbrīvojot sēru vai tā atvasinājumus. Pēc tam no gāzes sastāva iegūtie kaitīgie piemaisījumi tiek iznīcināti vai pārstrādāti.
• Katalītiskā. Tie sastāv no sērūdeņraža oksidēšanas vai reducēšanas ar tā pārvēršanu elementārā sērā.Procesu īsteno katalizatoru klātbūtnē - vielas, kas stimulē ķīmiskās reakcijas gaitu.

Adsorbcija ietver sērūdeņraža savākšanu, koncentrējot to uz cietas vielas virsmas. Visbiežāk adsorbcijas procesā tiek iesaistīti granulēti materiāli, kuru pamatā ir aktīvā ogle vai dzelzs oksīds. Graudu lielā īpatnējā virsma veicina sēra molekulu maksimālu aizturi.

Visas zilās degvielas attīrīšanas metodes ir sadalītas sorbcijas un katalītiskajās. Tīrīšanas aprīkojums ir orientēts uz noteiktas tehnoloģijas darbības principu. Tomēr ir instalācijas, kurās tiek apvienotas vairākas metodes, kuru dēļ tiek veikta sarežģīta tīrīšana

Absorbcijas tehnoloģija ir raksturīga ar to, ka gāzveida sērūdeņraža piemaisījumi ir izšķīdināti aktīvajā šķidrajā vielā. Tā rezultātā gāzveida piesārņotāji nonāk šķidruma fāzē. Tad izvēlētie kaitīgie komponenti tiek iztvaicēti, citādi desorbcijas veidā, ar šo metodi tie tiek noņemti no reaktīvā šķidruma.

Neskatoties uz to, ka adsorbcijas tehnoloģija pieder pie “sausajiem procesiem” un ļauj smalki attīrīt zilo degvielu, absorbciju visbiežāk izmanto, lai no dabasgāzes noņemtu piesārņotājus. Sērūdeņraža savienojumu savākšana un atdalīšana, izmantojot šķidruma absorbētājus, ir izdevīgāka un piemērotāka.

Vispopulārākais adsorbētāja veids ir aktivētā ogle, ko lieto kapsulu vai graudu veidā. Katra elementa virsma “absorbē” sērūdeņradi un citus organiskos piemaisījumus

Gāzu attīrīšanā izmantotās absorbcijas metodes ir sadalītas šādās trīs grupās:

• Ķīmiski. Ražo, izmantojot šķīdinātājus, kas brīvi reaģē ar skābiem sērūdeņraža savienojumiem. Etanolamīniem vai alkanolamīniem ir visaugstākā absorbcijas spēja starp ķīmiskajiem sorbentiem.
• Fiziskā. Veic, gāzveida sērūdeņradi fiziski izšķīdinot šķidruma absorbētājā. Turklāt, jo lielāks ir gāzveida piesārņotāja daļējais spiediens, jo ātrāks ir izšķīšanas process. Šeit kā absorberu izmanto metanolu, propilēna karbonātu utt.
• Apvienots. Sērūdeņraža ieguves jauktajā versijā ir iesaistītas abas tehnoloģijas. Galveno darbu veic absorbcija, un smalko terciāro apstrādi veic adsorbenti.

Pusgadsimtu laikā vispopulārākā un populārākā tehnoloģija sērūdeņraža un ogļskābes ieguvei un atdalīšanai no dabiskām degvielām ir bijusi ķīmiska gāzu attīrīšana, izmantojot amīna sorbentu, ko izmanto ūdens šķīduma formā.

Dabisko degvielu tīrīšanas sorbcijas metožu pamatā ir cieto un šķidro vielu spēja reaģēt ar sērūdeņradi un citiem organiskiem piemaisījumiem, tādējādi tos atdalot no gāzes

Amīnu tehnoloģija ir vairāk piemērota lielu gāzes daudzumu pārstrādei, jo:

• Trūkst deficīta. Reaģentus vienmēr var iegādāties tīrīšanai nepieciešamajā apjomā.
• Pieņemama absorbcija. Amīniem raksturīga augsta absorbcijas spēja. Tikai no visām izmantotajām vielām tās spēj no gāzes noņemt 99,9% sērūdeņraža.
• Prioritārie raksturlielumi. Ūdens amīnu šķīdumi izceļas ar vispieņemamāko viskozitāti, tvaika blīvumu, termisko un ķīmisko stabilitāti, zemu siltumietilpību. To īpašības nodrošina vislabāko absorbcijas procesa gaitu.
• Nav reaktīvo vielu toksicitātes. Tas ir svarīgs arguments, kas pārliecina izmantot īpaši amīna metodi.
• Selektivitāte. Kvalitāte, kas nepieciešama selektīvai absorbcijai. Tas nodrošina iespēju secīgi veikt nepieciešamās reakcijas secībā, kas nepieciešama optimāla rezultāta sasniegšanai.

Etanolamīni, kurus izmanto ķīmisku metožu attīrīšanai no sērūdeņraža un oglekļa dioksīda, ietver monoetanolamīnus (MEA), dietanolamīnus (DEA), trietanolamīnus (TEA). Turklāt vielas ar prefiksiem mono- un di- tiek izvadītas no gāzes un H₂S un CO₂. Bet trešā iespēja palīdz noņemt tikai sērūdeņradi.

Veicot selektīvu zilās degvielas tīrīšanu, tiek izmantoti metildietanolamīni (MDEA), diglikolaminīni (DHA) un diizopropanolamīni (DIPA). Selektīvos absorbentus galvenokārt izmanto ārzemēs.

Protams, ideāli absorbenti, kas atbilst visām tīrīšanas prasībām, pirms tiek piegādāti sistēmā. gāzes apkure un cita aprīkojuma piegāde vēl nepastāv. Katram šķīdinātājam ir dažas priekšrocības, kā arī mīnusi. Izvēloties reaktīvo vielu, viņi vienkārši nosaka vispiemērotāko no piedāvātajām sērijām.

Tipisks uzstādīšanas princips

Maksimālā absorbcija attiecībā pret H₂S raksturo monoetanolamīna šķīdums. Tomēr šim reaģentam ir pāris būtisku trūkumu. Tam raksturīgs diezgan augsts spiediens un spēja amīna gāzes attīrīšanas vienības darbības laikā radīt neatgriezeniskus savienojumus ar oglekļa monoksīdu.

Pirmais mīnuss tiek noņemts mazgājot, kā rezultātā amīna tvaiki tiek daļēji absorbēti. Otrais ir reti sastopams lauka gāzu apstrādē.

Monoetanolamīna ūdens šķīduma koncentrācija tiek izvēlēta empīriski, pamatojoties uz veiktajiem pētījumiem, lai to attīrītu no noteikta lauka. Reaģenta procentuālā daudzuma izvēlē tiek ņemta vērā tā spēja izturēt sērūdeņraža agresīvo iedarbību uz sistēmas metāla komponentiem.

Standarta absorbējošais saturs parasti ir diapazonā no 15 līdz 20%. Tomēr bieži gadās, ka koncentrācija tiek palielināta līdz 30% vai samazināta līdz 10%, atkarībā no tā, cik augstai jābūt attīrīšanas pakāpei. T. i. kādam nolūkam sildīšanai vai polimēru savienojumu ražošanā tiks izmantota gāze.

Ņemiet vērā, ka, palielinoties amīnu savienojumu koncentrācijai, samazinās sērūdeņraža kodīgums. Bet mums jāņem vērā, ka šajā gadījumā reaģenta patēriņš palielinās. Līdz ar to palielinās attīrītas komerciālās gāzes izmaksas.

Apstrādes iekārtas galvenā vienība ir plāksnes vai montētas šķirnes absorbētājs. Tas ir vertikāli orientēts, kas ārēji atgādina mēģeni, aparātu ar sprauslām vai plāksnēm, kas atrodas iekšpusē. Tā apakšējā daļā ir ieeja neapstrādāta gāzes maisījuma padevei, augšpusē ir izeja uz skruberi.

Ja iekārtā tīrāmā gāze ir pakļauta pietiekamam spiedienam, lai reaģents nonāktu siltummainī un pēc tam destilācijas kolonnā, process notiek bez sūkņa dalības. Ja spiediens nav pietiekams procesam, aizplūšanu stimulē sūknēšanas tehnika

Gāzes plūsma pēc caurplūdes caur ieplūdes atdalītāju tiek iesūknēta absorbētāja apakšējā daļā. Tad tas iziet cauri plāksnēm vai sprauslām, kas atrodas apvalka vidū, uz kurām nosēžas piesārņotāji. Sprauslas, kas pilnīgi samitrinātas ar amīna šķīdumu, tiek atdalītas ar režģiem, lai vienmērīgi sadalītu reaģentu.

Tālāk zilo degvielu, kas iztīrīta no piemaisījumiem, nosūta skruberim. Šo ierīci var pievienot apstrādes ķēdē pēc absorbētāja vai atrasties tās augšējā daļā.

Izlietotais šķīdums plūst pa absorbētāja sienām un tiek nosūtīts uz destilācijas kolonnu - noņēmēju ar katlu. Tur šķīdumu no absorbētajiem piesārņotājiem attīra tvaiki, kas izdalās verdošā ūdenī, lai atgrieztos atpakaļ iekārtā.

Reģenerēts, t.i. atbrīvojoties no sērūdeņraža savienojumiem, šķīdums ieplūst siltummainī. Tajā šķidrums tiek atdzesēts siltuma pārneses laikā uz nākamo piesārņotā šķīduma daļu, pēc tam sūknis to iepludina ledusskapī pilnīgai tvaika atdzesēšanai un kondensācijai.

Atdzesēts absorbējošais šķīdums atkal tiek ievadīts absorbētājā. Tātad reaģents cirkulē caur instalāciju. Tā tvaiki tiek arī atdzesēti un attīrīti no skābiem piemaisījumiem, pēc tam tie papildina reaģenta daudzumu.

Visbiežāk gāzu attīrīšanas shēmas tiek izmantotas ar monoetanolamīnu un dietanolamīnu. Šie reaģenti ļauj no zilās degvielas sastāva iegūt ne tikai sērūdeņradi, bet arī oglekļa dioksīdu

Ja ir nepieciešams vienlaikus veikt CO noņemšanu no pārstrādātās gāzes₂ un H₂S, tiek veikta divpakāpju tīrīšana. Tas sastāv no divu risinājumu izmantošanas, kas atšķiras pēc koncentrācijas. Šī opcija ir ekonomiskāka nekā vienpakāpes tīrīšana.

Pirmkārt, gāzveida degvielu notīra ar spēcīgu sastāvu ar reaģenta saturu 25-35%. Tad gāzi apstrādā ar vāju ūdens šķīdumu, kurā aktīvā viela ir tikai 5–12%. Rezultātā tiek veikta gan rupja, gan smalka tīrīšana ar minimālu šķīduma plūsmas ātrumu un radītā siltuma racionālu izmantošanu.

Četras ārstēšanas iespējas ar alkonolamīnu

Alkanolamīni vai aminospirti ir vielas, kas satur ne tikai amīnu grupu, bet arī hidroksigrupu.

Aparāts un tehnoloģija dabasgāzes attīrīšanai ar alkanolamīniem galvenokārt atšķiras ar absorbējošas vielas padeves metodi. Gāzu attīrīšanā, izmantojot šāda veida amīnu, visbiežāk tiek izmantotas četras pamatmetodes.

Pirmais veids. Tas nosaka aktīvā šķīduma plūsmu vienā plūsmā no augšas. Viss absorbenta daudzums tiek nosūtīts uz instalācijas augšējo plāksni. Tīrīšanas process notiek temperatūrā, kas nav augstāka par 40ºС.

Vienkāršākā tīrīšanas metode ietver aktīvā šķīduma piegādi vienā plūsmā. Šo paņēmienu izmanto, ja gāzē ir neliels piemaisījumu daudzums.

Šo paņēmienu parasti izmanto nelielā piesārņojumā ar sērūdeņraža savienojumiem un oglekļa dioksīdu. Kopējais komerciālās gāzes ražošanas termiskais efekts šajā gadījumā, kā likums, ir mazs.

Otrais ceļš. Šo tīrīšanas iespēju izmanto augsta sērūdeņraža savienojumu daudzumam gāzveida degvielās.

Reakcijas šķīdums šajā gadījumā tiek padots divās plūsmās. Pirmais, kura tilpums ir aptuveni 65-75% no kopējās masas, tiek nosūtīts uz instalācijas vidu, otrais tiek piegādāts no augšas.

Amīna šķīdums plūst pa plāksnēm un sastopas ar augšupvērstām gāzes plūsmām, kuras tiek iesūknētas absorbējošās sistēmas apakšējā plāksnē. Pirms pasniegšanas šķīdumu uzkarsē līdz ne vairāk kā 40 ° C, bet gāzes mijiedarbības laikā ar amīnu temperatūra ievērojami paaugstinās.

Lai novērstu tīrīšanas efektivitātes pazemināšanos temperatūras paaugstināšanās dēļ, lieko siltumu noņem kopā ar iztērēto šķīdumu, kas piesātināts ar sērūdeņradi. Instalācijas augšpusē straume tiek atdzesēta, lai kopā ar kondensātu iegūtu skābās atliekas.

Aprakstīto metožu otrais un trešais nosaka absorbējošā šķīduma plūsmu divās plūsmās. Pirmajā gadījumā reaģents tiek piegādāts vienā temperatūrā, otrajā - atšķirīgs

Tas ir ekonomisks veids, kā samazināt gan enerģijas, gan aktīvā šķīduma patēriņu. Papildu sildīšana nevienā posmā netiek veikta. Runājot par tehnoloģisko būtību, tā ir divu līmeņu attīrīšana, kas sniedz iespēju ar vismazākajiem zaudējumiem sagatavot komerciālo gāzi piegādei uz šosejas.

Trešais ceļš. Tas pieņem absorbētāja piegādi tīrīšanas iekārtai divās dažādu temperatūru plūsmās. Metodi piemēro, ja ne tikai sērūdeņradim un oglekļa dioksīdam neapstrādātā gāzē ir arī CS₂un COS.

Galvenā absorbētāja daļa, aptuveni 70–75%, tiek uzkarsēta līdz 60–70 ° C, bet atlikušā frakcija - tikai līdz 40 ° C. Plūsmas absorbētājā tiek ievadītas tāpat kā iepriekš aprakstītajā gadījumā: no augšas un pa vidu.

Zonas izveidošana ar augstu temperatūru ļauj ātri un efektīvi noņemt organiskos piemaisījumus no gāzes masas tīrīšanas kolonnas apakšā. Augšpusē oglekļa dioksīds un sērūdeņradis tiek nogulsnēts ar standarta temperatūras amīnu.

Ceturtais ceļš. Šī tehnoloģija nosaka amīna ūdens šķīduma piegādi divās plūsmās ar atšķirīgu reģenerācijas pakāpi. Tas ir, viens tiek piegādāts nerafinēts, kas satur sērūdeņraža ieslēgumus, otrais - bez tiem.

Pirmo straumi nevar saukt par pilnībā piesārņotu. Tas tikai daļēji satur skābos komponentus, jo dažus no tiem siltummaiņā atdzesē līdz + 50º / + 60ºC. Šo šķīduma plūsmu ņem no noņēmēja apakšējās sprauslas, atdzesē un nosūta uz kolonnas vidējo daļu.

Ar ievērojamu sērūdeņraža un oglekļa sastāvdaļu saturu gāzveida degvielās tīrīšanu veic ar divām šķīduma plūsmām ar atšķirīgu reģenerācijas pakāpi.

Ar dziļu tīrīšanu iziet tikai tā šķīduma daļa, kas tiek iesūknēta instalācijas augšējā sektorā. Šīs straumes temperatūra parasti nepārsniedz 50 ° C. Šeit tiek veikta gāzveida kurināmā smalka tīrīšana. Šis dizains samazina izmaksas vismaz par 10%, samazinot tvaika patēriņu.

Ir skaidrs, ka tīrīšanas metode tiek izvēlēta, pamatojoties uz organisko piesārņotāju klātbūtni un ekonomisko iespējamību. Jebkurā gadījumā tehnoloģiju daudzveidība ļauj jums izvēlēties labāko variantu. Tajā pašā amīna gāzes attīrīšanas iekārtā var mainīties attīrīšanas pakāpe, iegūstot zilo degvielu ar darbam piemērotajām gāzes katli, krāsnis, sildītāju īpašības.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Šis video iepazīstinās jūs ar sērūdeņraža ieguves specifiku no saistītās gāzes, kas ekstrahēta ar eļļu no naftas urbuma:

Instalācija zilās degvielas attīrīšanai no sērūdeņraža ar elementārā sēra ražošanu turpmākai pārstrādei parādīs video:

Šī video autors pastāstīs par to, kā mājās atbrīvoties no biogāzes no sērūdeņraža.

Gāzes attīrīšanas metodes izvēle galvenokārt ir vērsta uz konkrētas problēmas risināšanu. Māksliniekam ir divi veidi: ievērot pārbaudītu modeli vai dot priekšroku kaut kam jaunam. Tomēr galvenajai pamatnostādnei joprojām vajadzētu būt ekonomiskai iespējamībai, vienlaikus saglabājot kvalitāti un iegūstot vēlamo apstrādes pakāpi.