Amīnu gāzes attīrīšana no sērūdeņraža: princips, efektīvas iespējas un augu diagrammas

Dabasgāze, kas iegūta no laukiem, lai piegādātu patērētājiem pa cauruļvadiem, satur sēra savienojumus dažādās proporcijās.Ja jūs no tiem neatbrīvosities, agresīvas vielas iznīcinās cauruļvadu un padarīs veidgabalus nederīgus. Turklāt, sadedzinot piesārņoto zilo degvielu, izdalās toksīni.

Lai izvairītos no negatīvām sekām, tiek veikta amīnu gāzes attīrīšana no sērūdeņraža. Tas ir vienkāršākais un lētākais veids, kā atdalīt kaitīgās sastāvdaļas no fosilā kurināmā. Mēs jums pastāstīsim, kā notiek sēra ieslēgumu atdalīšanas process, kā tiek projektēta un darbojas attīrīšanas iekārta.

Fosilā kurināmā attīrīšanas mērķis

Gāze ir vispopulārākais degvielas veids. Tas piesaista ar vispieejamāko cenu un vismazāko kaitējumu vides situācijai. Nenoliedzamas priekšrocības ietver degšanas procesa kontroles vieglumu un iespēju nodrošināt visus kurināmā apstrādes posmus siltumenerģijas ražošanas laikā.

Taču dabasgāzes minerāls netiek iegūts tīrā veidā, jo Vienlaikus ar gāzes ekstrakciju no akas tiek izsūknēti saistītie organiskie savienojumi. Visizplatītākais no tiem ir sērūdeņradis, kura saturs atkarībā no atradnes svārstās no desmitdaļām līdz desmit procentiem vai vairāk.

Sērūdeņradis ir indīgs, bīstams videi un kaitīgs gāzes pārstrādē izmantotajiem katalizatoriem. Kā mēs jau atzīmējām, šis organiskais savienojums ir ārkārtīgi agresīvs pret tērauda caurulēm un metāla vārstiem.

Dabiski, korodējot privāto sistēmu un maģistrālais gāzes vads, sērūdeņradis izraisa zilās degvielas noplūdes un ārkārtīgi negatīvas, riskantas situācijas, kas saistītas ar šo faktu. Lai aizsargātu patērētāju, no gāzveida degvielas pirms piegādes cauruļvadā tiek atdalīti veselībai kaitīgie savienojumi.

Saskaņā ar standartiem sērūdeņraža savienojumi gāzē, ko transportē pa caurulēm, nedrīkst pārsniegt 0,02 g/m³. Tomēr patiesībā to ir daudz vairāk. Lai sasniegtu GOST 5542-2014 noteikto vērtību, ir nepieciešama tīrīšana.

Esošās metodes sērūdeņraža atdalīšanai

Papildus sērūdeņradim, kas dominē starp citiem piemaisījumiem, zilā degviela var saturēt arī citus kaitīgus savienojumus. Tajā var atrast oglekļa dioksīdu, vieglos merkaptānus un oglekļa sulfīdu. Bet pats sērūdeņradis vienmēr dominēs.

Ir vērts atzīmēt, ka neliels sēra savienojumu saturs attīrītā gāzveida kurināmā ir pieļaujams. Konkrētās pielaides skaitlis ir atkarīgs no mērķiem, kādiem gāze tiek ražota.Piemēram, lai ražotu etilēnoksīdu, kopējam sēra piemaisījumu saturam jābūt mazākam par 0,0001 mg/m³.

Tīrīšanas metode tiek izvēlēta, pamatojoties uz vēlamo rezultātu.

Visas pašlaik esošās metodes ir sadalītas divās grupās:

• Sorbtīvs. Tie ietver sērūdeņraža savienojumu absorbciju ar cietu (adsorbcijas) vai šķidru (absorbcijas) reaģentu ar sekojošu sēra vai tā atvasinājumu izdalīšanos. Pēc tam no gāzes atdalītie kaitīgie piemaisījumi tiek likvidēti vai apstrādāti.
• Katalītiskais. Tie sastāv no sērūdeņraža oksidēšanas vai reducēšanas, pārvēršot to elementārajā sērā. Process tiek veikts katalizatoru klātbūtnē - vielu, kas stimulē ķīmiskās reakcijas gaitu.

Adsorbcija ietver sērūdeņraža savākšanu, koncentrējot to uz cietas vielas virsmas. Visbiežāk adsorbcijas procesā tiek izmantoti granulēti materiāli, kuru pamatā ir aktīvā ogle vai dzelzs oksīds. Graudiem raksturīgais lielais īpatnējais virsmas laukums veicina maksimālu sēra molekulu aizturi.

Visas zilās degvielas attīrīšanas metodes ir sadalītas sorbcijas un katalītiskās. Tīrīšanas iekārta ir orientēta uz noteiktas tehnoloģijas darbības principu. Tomēr ir iekārtas, kas apvieno vairākas metodes, kā rezultātā tiek veikta visaptveroša tīrīšana.

Absorbcijas tehnoloģija atšķiras ar to, ka aktīvajā šķidrajā vielā tiek izšķīdināti gāzveida sērūdeņraža piemaisījumi. Tā rezultātā gāzveida piesārņotāji nonāk šķidrā fāzē. Pēc tam izolētās kaitīgās sastāvdaļas tiek noņemtas ar atslāņošanos, pretējā gadījumā desorbciju, ar šo metodi tie tiek izvadīti no reaktīvā šķidruma.

Neskatoties uz to, ka adsorbcijas tehnoloģija attiecas uz “sausajiem procesiem” un ļauj smalki attīrīt zilo degvielu, absorbciju biežāk izmanto, lai noņemtu piesārņotājus no dabasgāzes. Sērūdeņraža savienojumu savākšana un likvidēšana, izmantojot šķidros absorbentus, ir izdevīgāk un lietderīgāk.

Populārākais adsorbera veids ir aktīvā ogle, ko izmanto kapsulu vai graudu veidā. Katra elementa virsma “absorbē” sērūdeņradi un citus organiskos ieslēgumus

Gāzu attīrīšanā izmantotās absorbcijas metodes iedala šādās trīs grupās:

• Ķīmiskā. Ražots, izmantojot šķīdinātājus, kas viegli reaģē ar sērūdeņraža skābajiem piesārņotājiem. Etanolamīniem vai alkanolamīniem ir visaugstākā absorbcijas spēja starp ķīmiskajiem sorbentiem.
• Fiziskā. Tos veic, fiziski izšķīdinot sērūdeņraža gāzi šķidruma absorbētājā. Turklāt, jo augstāks ir gāzveida piesārņotāja daļējais spiediens, jo ātrāk notiek šķīšanas process. Šeit par absorbētājiem tiek izmantots metanols, propilēnkarbonāts utt.
• Kombinēts. Sērūdeņraža ekstrakcijas jauktajā versijā ir iesaistītas abas tehnoloģijas. Galvenais darbs tiek veikts ar absorbciju, un smalko attīrīšanu veic adsorbenti.

Jau pusgadsimtu populārākā un populārākā tehnoloģija sērūdeņraža un ogļskābes atdalīšanai un atdalīšanai no dabīgās degvielas ir ķīmiskā gāzes attīrīšana, izmantojot amīna sorbentu, ko izmanto ūdens šķīduma veidā.

Sorbcijas metodes dabīgā kurināmā attīrīšanai ir balstītas uz cieto un šķidro vielu spēju reaģēt ar sērūdeņradi un citiem organiskiem piemaisījumiem, tādējādi atbrīvojot tos no gāzes sastāva.

Amīna tehnoloģija ir piemērotāka liela apjoma gāzes apstrādei, jo:

• Netrūkst. Reaģentus vienmēr var iegādāties tīrīšanai nepieciešamajā apjomā.
• Pieņemama absorbcija. Amīniem ir raksturīga augsta absorbcijas spēja. No visām izmantotajām vielām tikai tās spēj no gāzes atdalīt 99,9% sērūdeņraža.
• Prioritārās īpašības. Amīnu ūdens šķīdumiem ir raksturīga vispieņemamākā viskozitāte, tvaika blīvums, termiskā un ķīmiskā stabilitāte un zema siltuma jauda. To īpašības nodrošina vislabāko absorbcijas procesa gaitu.
• Nav reaktīvo vielu toksicitātes. Tas ir svarīgs arguments, kas pārliecina ķerties pie amīna metodes.
• Selektivitāte. Selektīvai absorbcijai nepieciešamā kvalitāte. Tas nodrošina iespēju secīgi veikt nepieciešamās reakcijas tādā secībā, kāda nepieciešama optimālam rezultātam.

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

Veicot selektīvu zilās degvielas tīrīšanu, tiek izmantoti metildietanolamīni (MDEA), diglikolamīni (DGA) un diizopropanolamīni (DIPA). Ārzemēs galvenokārt tiek izmantoti selektīvie absorbenti.

Protams, ideāli absorbenti, kas atbilst visām tīrīšanas prasībām pirms piegādes sistēmā gāzes apkure un citu iekārtu piegāde vēl nepastāv. Katram šķīdinātājam ir dažas priekšrocības un trūkumi. Izvēloties reaktīvo vielu, no vairākiem piedāvātajiem vienkārši nosakiet vispiemērotāko.

Tipiskas instalācijas darbības princips

Maksimālā absorbcijas spēja attiecībā pret H₂S raksturo monoetanolamīna šķīdums. Tomēr šim reaģentam ir daži būtiski trūkumi. To raksturo diezgan augsts spiediens un spēja radīt neatgriezeniskus savienojumus ar oglekļa sulfīdu amīna gāzes attīrīšanas iekārtas darbības laikā.

Pirmo trūkumu novērš mazgāšana, kā rezultātā amīna tvaiki tiek daļēji absorbēti. Otrais ir reti sastopams lauka gāzu apstrādes laikā.

Monoetanolamīna ūdens šķīduma koncentrācija tiek izvēlēta eksperimentāli un, pamatojoties uz veiktajiem pētījumiem, tiek izmantota gāzes attīrīšanai no konkrēta lauka. Izvēloties reaģenta procentuālo daudzumu, tiek ņemta vērā tā spēja izturēt sērūdeņraža agresīvo ietekmi uz sistēmas metāla sastāvdaļām.

Tipisks absorbējošās vielas 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. Tie. kādam nolūkam, apkurē vai polimēru savienojumu ražošanā, tiks izmantota gāze.

Ņemiet vērā, ka, palielinoties amīna savienojumu koncentrācijai, sērūdeņraža korozijas potenciāls samazinās. Bet jāņem vērā, ka šajā gadījumā palielinās reaģenta patēriņš. Līdz ar to palielinās attīrītās komerciālās gāzes izmaksas.

Attīrīšanas iekārtas galvenā vienība ir plāksnes vai montētas šķirnes absorbētājs. Šis ir vertikāli orientēts aparāts, kas pēc izskata atgādina mēģeni un kura iekšpusē atrodas sprauslas vai plāksnes. Tās apakšējā daļā ir ieeja neattīrīta gāzes maisījuma padevei, augšpusē ir izvads uz skruberi.

Ja iekārtā attīrītajā gāzē ir pietiekams spiediens, lai reaģents nonāktu siltummainī un pēc tam atdalīšanas kolonnā, process notiek bez sūkņa līdzdalības.Ja spiediens ir pārāk zems, lai process varētu turpināties, sūknēšanas tehnoloģija stimulē aizplūšanu

Gāzes plūsma pēc tam, kad tā iziet cauri ieplūdes separatoram, tiek piespiesta absorbera apakšējā daļā. Pēc tam tas iziet cauri plāksnēm vai sprauslām, kas atrodas korpusa vidū, uz kurām tiek nogulsnēti piesārņotāji. Sprauslas, kas pilnībā samitrināti ar amīna šķīdumu, ir atdalītas viena no otras ar režģiem, lai nodrošinātu vienmērīgu reaģenta sadali.

Pēc tam zilā degviela, kas attīrīta no piesārņotājiem, tiek nosūtīta uz skruberi. Šo ierīci var pievienot apstrādes ķēdē aiz absorbētāja vai novietot tās augšējā daļā.

Izlietotais šķīdums plūst lejup pa absorbētāja sienām un tiek nosūtīts uz noņemšanas kolonnu - noņēmēju ar katlu. Tur šķīdums tiek attīrīts no absorbētajiem piesārņotājiem ar tvaikiem, kas izdalās, vārot ūdeni, lai to atgrieztu atpakaļ iekārtā.

Reģenerēts, t.i. atbrīvots no sērūdeņraža savienojumiem, šķīdums ieplūst siltummainī. Tajā šķidrums tiek atdzesēts, pārvadot siltumu uz nākamo piesārņotā šķīduma daļu, pēc kura tas tiek iesūknēts ledusskapī pilnīgai dzesēšanai un tvaika kondensācijai.

Atdzesētais absorbējošais šķīdums tiek ievadīts atpakaļ absorbētājā. Tādā veidā reaģents cirkulē visā uzstādīšanas laikā. Tās tvaiki tiek arī atdzesēti un attīrīti no skābiem piemaisījumiem, pēc tam tie papildina reaģenta padevi.

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

Ja ir nepieciešams vienlaicīgi noņemt CO no apstrādājamās gāzes₂ un H₂S, tiek veikta divpakāpju tīrīšana.Tas sastāv no divu šķīdumu izmantošanas, kas atšķiras pēc koncentrācijas. Šī opcija ir ekonomiskāka nekā viena posma tīrīšana.

Pirmkārt, gāzveida degvielu notīra ar spēcīgu sastāvu, kas satur 25-35% reaģentu. Pēc tam gāzi apstrādā ar vāju ūdens šķīdumu, kurā aktīvā viela ir tikai 5-12%. Rezultātā tiek veikta gan rupjā, gan smalkā tīrīšana ar minimālu šķīduma patēriņu un saprātīgu radītā siltuma izmantošanu.

Četras alkoholamīna tīrīšanas iespējas

Alkonolamīni jeb aminospirti ir vielas, kas satur ne tikai amīnu grupu, bet arī hidroksigrupu.

Dabasgāzes attīrīšanas ar alkanolamīniem iekārtu un tehnoloģiju dizains galvenokārt atšķiras ar absorbējošās vielas padeves metodi. Visbiežāk gāzu attīrīšanā, izmantojot šāda veida amīnus, tiek izmantotas četras galvenās metodes.

Pirmais veids. Iepriekš nosaka aktīvā šķīduma padevi vienā plūsmā no augšas. Viss absorbenta tilpums tiek novirzīts uz iekārtas augšējo plāksni. Tīrīšanas process notiek temperatūrā, kas nav augstāka par 40ºС.

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

Šo paņēmienu parasti izmanto nelielam piesārņojumam ar sērūdeņraža savienojumiem un oglekļa dioksīdu. Kopējais termiskais efekts komerciālās gāzes ražošanai parasti ir zems.

Otrais veids. Šo tīrīšanas iespēju izmanto, ja gāzveida degvielā ir augsts sērūdeņraža savienojumu saturs.

Šajā gadījumā reaģenta šķīdumu piegādā 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 lejup pa paplātēm un saskaras ar augošām gāzes plūsmām, kuras tiek uzspiestas uz absorbējošās vienības apakšējo paplāti. Pirms padeves šķīdumu uzsilda līdz ne vairāk kā 40ºC, bet gāzes mijiedarbības laikā ar amīnu temperatūra ievērojami paaugstinās.

Lai novērstu tīrīšanas efektivitātes samazināšanos temperatūras paaugstināšanās dēļ, lieko siltumu noņem kopā ar atkritumu šķīdumu, kas piesātināts ar sērūdeņradi. Un iekārtas augšpusē plūsma tiek atdzesēta, lai kopā ar kondensātu izņemtu atlikušos skābos komponentus.

Otrā un trešā no aprakstītajām metodēm iepriekš nosaka absorbējošā šķīduma piegādi divās plūsmās. Pirmajā gadījumā reaģents tiek piegādāts tajā pašā temperatūrā, otrajā - citā temperatūrā.

Šī ir ekonomiska metode, kas samazina gan enerģijas, gan aktīvā risinājuma patēriņu. Papildu apkure netiek veikta nevienā posmā. Savā tehnoloģiskajā būtībā tā ir divu līmeņu attīrīšana, kas nodrošina iespēju ar minimāliem zudumiem sagatavot komerciālo gāzi piegādei cauruļvadā.

Trešais ceļš. Tas ietver absorbera padevi tīrīšanas iekārtai divās plūsmās ar dažādu temperatūru. Šo metodi izmanto, ja bez sērūdeņraža un oglekļa dioksīda izejgāzē ir arī CS₂un COS.

Absorbera dominējošā daļa, aptuveni 70-75%, uzsilst līdz 60-70ºС, bet pārējā daļa tikai līdz 40ºС. Plūsmas tiek ievadītas absorbētājā tādā pašā veidā kā iepriekš aprakstītajā gadījumā: no augšas un uz vidu.

Augstas temperatūras zonas veidošanās ļauj ātri un efektīvi noņemt organiskos piesārņotājus no gāzes masas tīrīšanas kolonnas apakšā. Un augšpusē oglekļa dioksīds un sērūdeņradis tiek nogulsnēts ar amīnu standarta temperatūrā.

Ceturtā metode. Šī tehnoloģija iepriekš nosaka ūdens amīna šķīduma piegādi divās plūsmās ar dažādu reģenerācijas pakāpi. Tas ir, viens tiek piegādāts nerafinētā veidā, kas satur sērūdeņraža ieslēgumus, otrs - bez tiem.

Pirmo straumi nevar saukt par pilnīgi piesārņotu. Skābās sastāvdaļas tajā ir tikai daļēji, jo daļa no tām tiek noņemta siltummainī atdzesējot līdz +50º/+60ºC. Šo šķīduma plūsmu ņem no apakšējās noņēmēja sprauslas, atdzesē un novirza uz kolonnas vidējo daļu.

Ja gāzveida degvielā ir ievērojams sērūdeņraža un oglekļa dioksīda komponentu saturs, tīrīšanu veic ar divām šķīduma plūsmām ar dažādu reģenerācijas pakāpi.

Tikai tajā šķīduma daļā, kas tiek iesūknēta iekārtas augšējā sektorā, tiek veikta dziļa tīrīšana. Šīs plūsmas temperatūra parasti nepārsniedz 50ºС. Šeit tiek veikta gāzveida degvielas smalka tīrīšana. Šī shēma ļauj samazināt 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 izvēlēties labāko variantu. Tajā pašā amīnu gāzu attīrīšanas iekārtā ir iespējams mainīt attīrīšanas pakāpi, iegūstot zilo degvielu ar darbam nepieciešamo gāzes katli, krāsniņu, sildītāju raksturojums.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Šis video iepazīstinās jūs ar sērūdeņraža ekstrakcijas specifiku no saistītās gāzes, kas ražota kopā ar eļļu naftas urbumā:

Videoklipā tiks parādīta iekārta zilās degvielas attīrīšanai no sērūdeņraža, lai iegūtu elementāru sēru tālākai apstrādei:

Šī video autors pastāstīs, kā mājās atbrīvoties no sērūdeņraža no biogāzes:

Gāzes attīrīšanas metodes izvēle, pirmkārt, ir vērsta uz konkrētas problēmas risināšanu. Izpildītājam ir divas iespējas: sekot pārbaudītai shēmai vai dot priekšroku kaut kam jaunam. Tomēr galvenajai vadlīnijai joprojām jābūt ekonomiskai iespējamībai, vienlaikus saglabājot kvalitāti un iegūstot nepieciešamo apstrādes pakāpi.