Аминовая очистка газа от сероводорода: схема установки и принцип действия

• Очистка газов
  от сероводорода и других серосодержащих
  примесей
• Состав сернистых
  соединений и их концентрации в природном
  и попутных нефтяных газах различных
  месторождений варьируются в очень
  широких пределах.
• В
  основном, сернистые соединения в
  указанных газах представлены сероводородом
  и, в некоторых случаях, серооксидом
  углерода и легкими меркаптанами,
  концентрация которых существенно ниже
  концентрации сероводорода.
• Количество
  сернистых соединений, извлекаемых на
  каждой конкретной установке, зависит
  от расхода очищаемого газового потока
  и начального содержания сернистых
  соединений и колеблется от нескольких
  тонн до нескольких миллионов тонн в
  год.

В то
же время важно отметить, что и требования
к очищенному газу по остаточной
концентрации сернистых соединений
различаются на много порядков. Так, при
очистке водородсодержащего потока на
установках гидроочистки в очищенном
газе должно оставаться не менее 5 г/м3
сероводорода, а при очистке этилена,
идущего на производство оксида этилена,
суммарное содержание сернистых соединений
не должно превышать 0,0001 мг/м3.

Методы очистки
газов от сероводорода можно разделить
на две основные группы: сорбционные и
каталитического окис­ления.

Сорбционные
методы можно
условно отнести к двум основным группам
– абсорбционные и адсорбционные методы.
Наиболее широко распространены первые,
допускающие любое на­чальное содержание
примесей в газе. Адсорбционные процес­сы
используют при малых начальных содержаниях
примесей [до 3 — 5% (об.)], но они позволяют
глубоко очистить газ.

В комбинированных
процессах используют обычно смешанные
поглотители (хемосорбенты и абсорбенты).
Одним из широко распространенных сейчас
процессов является «Сульфинол», в
котором в качестве поглотителей
приме­няют сульфолан и диизопропаноламин.

• Адсорбционные
  процессы
  основаны на селективном физическом
  поглощении H2S в порах твердых поглотителей, которыми
  являются активные угли или синтетические
  цеолиты.
• Методы
  каталитического окисленияоснованы на
  превращении сероводорода в элементную
  серу в присутствии катализаторов,
  например, комплексных соединений хлорида
  железа с динатриевой солью
  этилендиаминтетрауксусной кислоты
  (Трилон Б) или горячего раствора мышьяковых
  солей щелочных металлов.
• Выбор того или
  иного метода очистки газа зависит от
  многих факторов (это начальные и конечные
  допустимые концентрации сероводорода,
  область применения очищенного газа — в
  быту, в химии или в двигателях, а также
  возможность использования определенного
  поглотителя и экономические факторы),
  но основными из них являются концентрации
  сероводорода и сероорганических
  соединений в исходном газе.
• При высоких
  парциальных давлениях кислых компонентов
  в газе предпочтение отдается абсорбционным
  методам, основной недостаток которых
  — низкая избирательность в отношении
  углеводородов и обусловленная этим
  необходимость предвари­тельного
  удаления из газа тяжелых углеводородов.
• Хемосорбционные
  и комбинированные процессы рекомендуются
  при средних парциальных давлениях
  кислых примесей в газе, а адсорбционные
  и окислительные — при низких.
• Очень важное
  значение в любом методе очистки имеет
  пра­вильный выбор поглотителей,
  которые должны удовлетворять следующим
  общим требованиям:

• поглотитель должен иметь низкое давление насыщенного па­ра при температурах сорбции, чтобы потери его с очищаемым газом были минимальны;
• поглотитель должен обладать высокой способ­ностью поглощать кислые соединения из газа в широком интер­вале их парциальных давлений;
• поглотитель должен иметь невысокую вязкость, обеспечивающую хороший межфазный контакт с газом, малую растворяющую способность в отношении углеводородов;
• поглотитель должен обладать низкой коррозионной активностью, высокой стойкостью к окислению.

Конечно идеальных
поглотителей, максимально удовлетво­ряющих
всем этим требованиям, не существует,
а используемые на практике поглотители
в чем-то максимально удовлетворяют этим
требованиям, а в чем-то — явно недостаточно.

Широкое распространение
в промышленности получила схема с
раздельными потоками подачи в абсорбер
раствора разной степени регенерации.
Принципиальная схема такой установ­ки
очистки газа приведена на рис.19.

Рис. 19. Схема аминовой очистки газа с
разветвленными потоками раствора разной
степени регенерации:

I-газ
на очистку; II-очищенный
газ; III -кислый газ; IV- тонко
регенерированный амин; V- грубо
регенерированный амин; VI-насыщенный
амин; VII, VIII — экспанзерные газы; IX-
водяной пар; 1 -абсорбер; 2, 5, 13—
холодильники; 3, 4-экспанзеры; 6, 8, 9,
15— насосы; 7, 11 -теплообменники;
10-емкость регенерированного амина;
12-десорбер; 14-рефлюксная емкость, 16
–кипятильник

Частично
регенерированный раствор из десорбера
подается в среднюю секцию абсорбера.
Глубокой регенерации подвергается
только часть раствора, которая подается
на верх абсорбера для обеспечения тонкой
очистки газа. Такая схема позволяет по
сравнению с обычной схемой до 10-15% снизить
расход пара на регенерацию раствора.

При очистке газа
с высоким содержанием кислых компонентов
целесообразно осуществить двойное
расширение (выветрирование) насыщенного
амина при разном давлении.

На первой ступени
при давлении 1,5-2 МПа из раствора выделяется
основное количество растворенных
углеводородов, что обеспечивает в
дальнейшем низкое (< 2%) содер­жание их в кислом газе - это гарантирует высокое качество получаемой серы. Этот поток экспанзерного газа либо используется после очистки от сероводорода в качестве топливного газа, либо компримируется и смешивается с основным потоком очищаемого (сырого) газа.

На второй ступени
при давлении, близком к атмосферному,
без тепловой регенерации выделяется
из раствора поток кислого газа, который,
после выделения из него воды и охлаждения,
может быть непосредственно направлен
на установку получения серы. За счет
этого сокращается до 10% расход пара на
регенерацию насыщенных растворов амина.

В схеме дополнительно
устанавливается насос для подачи
насы­щенного раствора из второго
выветривателя в десорбер, который
работает в неблагоприятных условиях
(высокая степень насыщения амина кислыми
газами и относительно высокая температура
раство­ра) — это недостаток.

При очистке газа,
содержащего СOS
наряду с Н2S
и СО2,
в абсорбере может быть предусмотрена
зона поглощения и гидролиза СOS,
состоящая из пяти-восьми тарелок, куда
подается регенерированный раствор
амина с повышенной температурой 70-80 °С.

В отличие от
стандартной в указанной схеме охлаждение
и кон­денсация парогазовой смеси,
выделяющейся в десорбере, проводятся
в верхней части колонны путем
непосредственного контакта с флегмой,
циркулирующей в замкнутом цикле. Такая
схема позволяет снизить коррозию
технологического оборудования и
сократить количество аппаратов
(конденсатор-холодильник, сепаратор и
др.).

Достоинствами
моноэтаноламиновой очистки являются
высокая скорость поглощения кислых
газов, низкая стоимость реагентов,
легкость регенерации и низкая растворимость
углеводородов. При всех достоинствах
МЭА-процесс имеет ряд существенных
недостатков, основными из которых
являются:

• необратимо образование химических соединений МЭА с COS, CS2 и O2;
• большие потери от испарения;
• низкая эффективность по меркаптанам;
• неселективность к Н2S в присутствии СО2;
• вспениваемость в присутствии жидких углеводородов, инги­биторов коррозии и механических примесей.

Большой обзор по процессам сероочистки газа

Из алканоламинов наибольшее практическое применение получили: МЭА, ДЭА, МДЭА. Использование ДЭА особенно целесообразно в тех слу­чаях, когда в исходном газе наряду с H2S и СО2 содержатся COS и CS2, которые вступают в необратимую реакцию с МЭА, вызывая его значительные потери. Для селективного извлечения H2S в присутствии СО2 используют МДЭА. [19]

МДЭА выпускается по ТУ 301-02-66-90, ДЭА выпускается АО «СИНТЕЗ» или приобретается по импорту.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

HO-CH2-CH2-N-CH2-CH2-OH;   HO-CH2-CH2-N-CH2-CH2-OH

                       Н                                                 СН3

ДЭА                                                               МДЭА

1.2.2. Схемы процесса очистки газа водными растворами аминов

На рис.1 показана основная однопоточная схема абсорбционной очистки газа растворами алканоламинов. Поступающий на очистку газ проходит восходя­щим потоком через абсорбер навстречу потоку раствора.

Насыщенный кис­лыми газами раствор, выходящий с низа абсорбера, подогревается в теплообменнике регенерированным раствором из десорбера и подается на верх его.

После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается на верх абсорбера.

Тепло, необходимое для регенерации насыщенного раствора, сообщается раствору в рибойлерах, обогреваемых глухим паром низкого давления. Кислый газ из десорбера охлаждается для конденсации большей части содержащихся в нем водных паров.

Этот конденсат-флегма непрерывно возвращается обратно в систему, чтобы предотвратить увеличение концентра­ции раствора амина.

Обычно эту флегму подают на верх десорбера несколько выше входа насыщенного раствора для конденсации паров амина из потока кислого газа.

В схеме предусмотрен экспанзер (выветриватель), где за счет снижения давления насыщенного раствора выделяются физически растворенные в абсорбенте углеводороды и частично сероводород, и диоксид углерода.

Экспанзерный газ после очистки используется в качестве топливного газа или компримируется и подается в поток исходного газа.

Широкое распространение в промышленности получила схема с раздельными потоками подачи в абсорбер регенерированного раствора одинаковой степени регенерации (рис.2). 70—80% раствора подается в середину абсорбера, а остальное количество на верх.

Это позволяет снизить затраты энергии на перекачку раствора, а также повысить степень извлечения COS (в случае его наличия в газе), за счет подачи среднего потока раствора с более высокой температурой и осуществления реакции гидролиза COS.

Читайте также:  Системы очистки воды для загородного дома: правильная водоподготовка + советы по выбору системы фильтрации

Для уменьшения металлоемкости абсорбера иногда верхнюю часть аппарата выпол­няют меньшего диаметра (рис. 3).

В схеме аминовой очистки газа с высоким содержанием кислых компонентов (рис.4) подача раствора в абсорбер осуществляется двумя пото­ками, но разной степени регенерации.

Частично регенерированный раствор из десорбера подается в среднюю секцию абсорбера. Глубокой регенерации подвергается только часть раствора, которая подается на верх абсорбера для обеспечения тонкой очистки газа.

Такая схема позволяет по сравнению с обычной схемой до 10-15% снизить расход пара на регенерации раствора.

При очистки газа с высоким содержанием кислых компонентов целесообразно осуществить двойное расширение (выветривание) насыщенного амина при разном давлении. На первой ступени при давлении 1,5-2 МПа из раствора выделяется основное количество растворенных углеводородов, что обеспечивает в дальнейшем низкое ({amp}lt;

На второй ступени при давлении, близком к атмосферному, без тепловой регенерации выделяется из раствора поток кислого газа, который, после вы­деления из него воды и охлаждения, может быть непосредственно направлен на установку получения серы. За счет этого сокращается до 10% расход пара на регенерацию насыщенных растворов амина.

В схеме дополнительно устанавливается насос для подачи насыщенного раствора из второго выветривателя в десорбер, который работает в не­благоприятных условиях (высокая степень насыщения амина кислыми газами и относительно высокая температура раствора) — это недостаток схемы.

При очистке газа, содержащего COS наряду с H2S и СО2, в абсорбере может быть предусмотрена зона поглощения и гидролиза COS, состоящая из пяти-восьми тарелок, куда подается регенерированный раствор амина с повышенной температурой 70-800С.

Очистка газа и воздуха от сероводорода, методы, принципы, системы, фильтры и установки для удаления H2S — ПЗГО

Завод газоочистной аппаратуры ООО «ПЗГО» тепло встречает на своем официальном сайте всех Посетителей и Клиентов, заинтересованных в методах, фильтрах и системах для безупречной реализации такого процесса как очистка газа от сероводорода.

Более 30 лет мы поставляем на предприятия России и Зарубежья современные блочные установки и фильтрационные системы комплексной сераорганической очистки собственной разработки, изготовленные по уникальным патентам «ПЗГО».

Индивидуальный подход к каждой заявке:

• Производительность фильтров – от десятков кубических метров до десятков тысяч кубометров в час при эффективности нейтрализации в 99-100%;
• Индивидуальное проектирование под строгое соответствие выбросов установленным российским или международным техническим и санитарно-гигиеническим нормативам ГОСТ, СанПин, ГН, ISO, IDT, MOD, NEQ;
• Любые сферы промышленности связанные с потребностью в нейтрализации или утилизации сероводорода: химия, теплоэнергетика (ТЭС, ТЭЦ, КЭС, ГРЭС), добыча и переработка нефти и природного газа, черная и цветная металлургия, лабораторные, аналитические исследования;
• Предельная надежность, безотказность и стабильность работы оборудования в любых условиях;
• Доступная цена установок при европейском качестве продукции, гарантия до 20 лет.

По любым вопросам, касающимся проектирования, производства, покупки, доставки и монтажа сероочистного оборудования, пожалуйста, обращайтесь в Клиентский отдел «ПЗГО» или заполняйте Анкету Заказчика.

Задать вопрос или запросить цену на изготовление оборудования сероочистки

Негативные эффекты сероводорода и необходимость очистки газовоздушных сред от H2S

Сернистый водород – одно из простых и широко распространенных соединений, которое в небольших количествах встречается повсеместно. Велика роль эндогенного сероводорода в живых организмах, где он выполняет множество важных нейробиологических функций. Используется он и в лечебных ваннах, в микроскопических объемах благотворно влияя на организм человека.

Впрочем, когда речь идет о такой технологической процедуре как мокрая или сухая очистка воздуха от сероводорода, ясно – что высокая концентрация данного соединения несет лишь сугубо негативные последствия для здоровья, жизни и экологии планеты.

• Последствия кислотных дождей, содержащих сернистые компоненты
• В значительных объемах чистый сероводород и его производные образуются на гидрометаллургических фабриках, предприятиях органического синтеза, аграрных и химических заводах – при производстве серной кислоты, серы, селитры, серосодержащих удобрений.
• В составе дымовых газов H2S – постоянный спутник всех без исключения выбросов от сгорания органического сырья – наряду с оксидами серы, окислами азота, соляной кислотой, фенолами, монооксидом углерода.
• Очистка биогаза от сероводорода и углекислого газа – одна из насущных проблем, стоящих перед операторами промышленных биометановых электростанций.

В опасной концентрации запах газообразного дигидросульфида – тошнотворный «аромат» гниющего мяса или стухших яиц – практически мгновенно перестает ощущаться. Это таит огромную опасность, поскольку H2S быстро парализует обонятельные нервы, и человек продолжает вдыхать из воздуха вредное соединение, уже не ощущая его запаха.

Установки очистки газа от сероводорода востребованы также и в силу его разрушительного воздействия на технические коммуникации. Индивидуально или в составе дымов, сульфид водорода и другие сернистые соединения вызывают сильнейшую коррозию трубопроводов, резервуаров, фитингов, компрессоров и любого другого оборудования, не обладающего специальной антикоррозийной защитой.

Помимо этого, сернистый водород пожаро- и взрывоопасен: 4%-ое его присутствие в воздушной среде может вызвать катастрофические последствия. Так, 27 ноября 2018 года на химическом заводе в восточном Китае, (провинция Хэбэй), по крайней мере, 23 человека погибли и более 22 получили тяжелые ранения в результате самопроизвольного взрыва H2S.

Двойной удар вызывает сероводород, присутствующий в отходящих дымовых газах.

С одной стороны, на пути следования по тракту он негативно воздействует на коммуникационные, технические и выхлопные системы предприятий, с другой – выбрасывается в атмосферу, после чего может трансформироваться (через окисление) в серную кислоту и выпадать в виде кислотных дождей, опасность которых для экологии сложно преувеличить.

Симптомы отравления дигидросульфидом

Кстати: сернистые соединения, благодаря своему острому неприятному запаху, используются как маркеры утечки газа. В России обычно используют этилмеркаптан (этантиол). Во многих зарубежных странах в целях одоризации в бытовой (cooking gas) добавляют именно сероводород.

Принципы и методы очистки

На сегодняшний день методов очистки газов от сероводорода открыто (и отлажено) более двух десятков. И если одни узконаправленно разработаны под конкретные лабораторные задачи, то другие нашли широкое применение в комбинированном очищении воздушных сред от кислых соединений.

Сухая адсорбция

Один из первых – но распространённых и по сей день – сухих адсорбционных способов предполагает использование т.н. болотной руды, (лимонит, бурый железняк или гидрат окиси железа) – 85-90% Fe2O3 и 10-15% воды.

Очистная каталитическая установка представляет собой несколько чугунных или стальных ящиков, соединенных газоходами параллельно-последовательным образом.

На решетках каждого ящика, в 3-4 яруса, уложен адсорбент – измельченный бурый железняк (болотный лимонит), перемежающийся с деревянной щепкой.

Для достижения приемлемого КПД сероводород должен находиться в контакте с лимонитом не менее 5 минут.

Оборудование нашего завода позволяет работать с сильнозагрязненными потоками температуры до 250 градусов Цельсия и выше.

Адсорбционные башни и блоки

Преемник предыдущей технологии – башенный способ, в котором адсорбционные ящики заменены одинарной колонной, что хоть и дает некоторую экономию места, но не лишает конструкцию остальных недостатков.

Хорошо показывает себя в каталитическом способе и активированный уголь, позволяющий в присутствии кислорода экстрагировать из сероводорода элементарную серу почти абсолютной чистоты (до 99%), но он – так же, как и лимонит – требует постоянной регенерации или перезагрузки (после ≈ 100 циклов регенерации) и проявляет свойства высокой сорбционной избирательности. Неприменим для обеззараживания комплексных дымовых выбросов, образующихся в результате сгорания газобензиновых углеводородов.

Сухой адсорбционный фильтровочный комплекс

Исследования показывают, что даже минимальное наличие примесей в обрабатываемом потоке радикально влияет на выбор способа газоочистки.

Практически вышедшим из употребления подходом является сухая нейтрализация сульфида водорода гашеной известью и оксидом железа.

Рассматривая сухой катализ в применении к нейтрализации дымовых потоков, адсорбционный метод утилизации сероводородных включений, в силу селективности и неспособности к обработке сильнозагрязненных сред, обладает низкой эффективностью и чрезмерной ресурсозатратностью.

Мокрые абсорбционные и хемосорбционные методы газоочистки

Концентрируя все силы на проблеме загрязнения воздушного бассейна дымовыми выбросами, завод «ПЗГО» предлагает к проектированию, изготовлению и приобретению современные, компактные, безотказные и недорогие системы сероочистки мокрого насадочного типа, которые лишены всех недостатков, свойственных другим технологиям промышленного улавливания дымов.

Сиборд-процесс

Впервые работающая промышленная установка очистки газа от дигидросульфида была представлена производственной компанией «Koppers Company», (Пенсильвания, США), в 20-ых годах прошлого века. Базовый принцип абсорбции определялся обратимой реакцией сернистого водорода с раствором карбоната натрия, (ориг. Seaboard Process).

По-видимому, слово Seaboard (рус. побережье, береговая линия) является отсылкой к значительной карбонатной жесткости морской и океанской воды, в частности, к присутствию в ней больших объемов Na2CO3.

Процесс наглядно можно представить так: Na2CO3 + H2S ⇌ NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) + NaHS (гидросульфид натрия)

Сиборд-процесс, как метод, определил главный базис мокрой реагентной нейтрализации, который сразу после этого начал свое стремительное развитие. Общая концепция оборудования оставалась неизменной, но исследователи начали многочисленные эксперименты с химическими агентами, (поскольку с водой в обычных условиях сероводород реагирует слабо, образуя т.н. слабокислую сероводородную воду).

Канадский газоочистной комплекс, использующий сиборд-процесс

Впрочем, даже слабые кислые свойства дигидросульфида позволяют рассматривать щелочные растворы в качестве реакционного материала. Эта особенность может использоваться не только при проектировании систем, но и позже – на этапе нейтрализации кислых промышленных стоков после оборудования, занятого в улавливании дигидросульфида.

Читайте также:  Обратный осмос: вред или польза? мифы и факты

Феноксид (фенолят) натрия

В 30-ых годах прошлого века, в рамках той же компании «Koppers Company», был проработан метод, эффективность которого несколько превосходила аналогичную у сиборд-процесса. В качестве жидкого абсорбента в фильтрационной установке использовался каустик – феноксид натрия C6H5ONa. Технология позволяла подходить к улавливанию сероводорода более гибко и менее селективно.

В зависимости от количественной доли H2S (и других кислых компонентов), содержащихся в коксовом, природном или попутном нефтяном газе, можно было регулировать концентрацию оксидефенолята натрия, тем самым добиваясь лучших результатов газоочистки. Вдобавок, обратимость реакции позволяла на дальнейших этапах извлекать из отработанных шламов сульфид водорода и направлять его на другие нужды.

Позже феноксиду натрия нашли и другие важные применения. Сегодня, под названием «Ф-5», он нередко используется в лакокрасочной промышленности в качестве антисептика / дезинфектора для борьбы с плесенью, в отношении которой он проявляет исключительные антагонистические свойства.

Аминовая очистка газа от сероводорода

В нефтегазодобывающей и перерабатывающей отраслях для задержания и / или утилизации H2S, (обычно в тандеме с CO2), в качестве жидкого хемосорбента часто используются амины.

Представляющие собой сильные основания, амины являются производными аммиака и наследуют многие из его свойств, в том числе, – образование донорно-акцепторных связей (молекула азота может заменяться на водород без образования промежуточных связей).

В зависимости от индивидуального характера легкого углеводородного сырья, (а также синтез-газа, меркаптановых соединений), может использоваться моноэтаноламин (МЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА), диэтаноламин (ДЭА), дикликольамин (ДГА) и другие амины.

Газоперерабатывающий комплекс «Лукойл», использующий аминную пурификацию

В целом, процесс де- и реактивации дигидросульфида с помощью аминового способа предполагает использование масштабной, сложной, многоступенчатой технологической платформы с высоким уровнем компьютеризации и синхронизации всех подсистем, что целесообразно только при тщательном экономическом просчете всех аспектов газоочистных мероприятий.

Даже современные системы обладают рядом недостатков, среди которых ограничение температуры потока (до ≈ + 45 °C), вспенивание аминового раствора, брызгоунос аминов из секции очистки, чувствительность к аэрозолям, чрезвычайная сложность и высочайшая стоимость комплексов (требуются не только абсорберы, но и регенераторы, холодильники, ребойлеры, сепараторы, нагреватели, пеногасители и множество другого вспомогательного оборудования).

Мокрые насадочные скрубберы

Наиболее перспективным методом очистки запыленных и задымленных газовоздушных сред от кислых компонентов сегодня является использование мокрых насадочных скрубберов / абсорберов.

Задержание нежелательных примесей в данном типе оборудования происходит в межфазном кипящем псевдоожиженном слое, образующемся на поверхности насадочных тел. Причем, даже использования в качестве орошающего реагента обычной технической воды, как правило, достаточно для фиксации таких показателей КПД комплексной дымоочистки, которые недостижимы для других типов аппаратов схожего назначения.

• Принцип работы мокрого насадочного скруббера. Уменьшенный макет аппарата демонстрирует взаимодействие воздушных и жидкостных сред внутри колонны через образование кипящего межфазного слоя
• Среди ключевых особенностей агрегатов: эффективность обезвреживания выбросов до 99-100%, экономическая доступность, компактность, надежность, безотказность, пневмогидродинамическая стабильность, возможность обработки высокотемпературных сред, а также параллельная работа устройств в качестве пылеулавливающих агрегатов с захватом пылей дисперсностью от 0,5 µm.
• Пожалуйста, ознакомьтесь со всеми преимуществами предлагаемых ООО «ПЗГО» аппаратов в блоке статей нашего сайта, в каталоге аппаратов мокрой газо- и дымоочистки или обратившись напрямую в Клиентский отдел нашего предприятия.
• Перейти в каталог продукции

Термическая диссоциация и другие способы

Известно, что сернистый водород при нагреве до около 400 градусов диссоциирует (разлагается) на элементарный водород и серу. Из-за высокой взрывоопасности H2S эта методика используется очень ограниченно и лишь с небольшими объемами очищаемых сред.

Помимо вышеописанных, можно встретить упоминание и других методик нейтрализации H2S: феррокс-процессы (с использованием железа), гидродинамический захват Куэтта-Тейлора, калиево-фосфатные (растворы «Alkacid» от немецкой компании «BASF»), никелевый и другие способы, многие из которых сегодня представляют лишь исторический интерес.

Краткий рейтинг технологий в рамках применимости к очистке отходящих дымовых газов

Расчет, изготовление, продажа, доставка и монтаж

По любым вопросам, касающимся проектирования, изготовления и приобретения агрегатов, пожалуйста, связывайтесь с ООО «ПЗГО» любым удобным Вам способом: по телефону, через заполнение Анкеты Заказчика или лично – посетив Клиентский отдел завода.

Осуществим быструю доставку установок по России, СНГ, Европе, Азии. При необходимости проведем монтаж, пусконаладочные работы и введем аппараты в Ваш производственный цикл. Возможна модернизация. Обучим Ваш персонал. Полный комплект технической и бухгалтерской документации. Гарантия производителя.

ООО «ПЗГО» – дышите легко!

Аминовая очистка газа от сероводорода: схема установки и принцип действия

В природном газе, добываемом из месторождений для поставки потребителю по магистралям, в разных пропорциях содержатся сернистые соединения. Если от них не избавиться, агрессивные вещества разрушат трубопровод, приведут в непригодность арматуру. К тому же при сгорании загрязненного голубого топлива выделяются токсины.

Для того чтобы избежать негативных последствий, производится аминовая очистка газа от сероводорода. Это самый простой и недорогой способ отделения вредных компонентов от горючего полезного ископаемого. Мы расскажем, как проистекает процесс сепарации сернистых включений, как устроена и работает установка очистки.

Цель проведения очистки горючего ископаемого

Газ – самый популярный вид топлива. Он привлекает максимально доступной ценой и нанесением наименьшего урона экологической обстановке. К неоспоримым плюсам относится простота управления процессом сгорания и возможность обезопасить все этапы переработки горючего в ходе получения тепловой энергии.

Однако природное газообразное ископаемое добывают не в чистом виде, т.к. одновременно с извлечением газа из скважины откачивают попутные органические соединения. Самый распространенный из них – сероводород, содержание которого варьирует от десятых долей до десяти и более процентов в зависимости от месторождения.

Сероводород ядовит, опасен для окружающей среды, вреден для катализаторов, применяемых в газопереработке. Как мы уже отмечали, это органическое соединение чрезвычайно агрессивно по отношению к стальным трубам и металлической запорной арматуре.

Естественно, разъедая коррозией частную систему и магистральный газопровод, сероводород приводит к утечкам голубого топлива и связанным с этим фактом крайне негативным, рискованным ситуациям. Чтобы обезопасить потребителя, вредные для здоровья соединения удаляются из состава газообразного топлива еще до поставки его в магистраль.

По нормативам сероводородных соединений в транспортируемом по трубам газе не может быть больше 0,02 г/м³. Однако по факту их бывает значительно больше. Для того чтобы добиться регламентированного ГОСТом 5542-2014 значения, требуется очистка.

Существующие методы отделения сероводорода

Кроме преобладающего на фоне других примесей сероводорода в голубом топливе могут содержаться и другие вредные соединения. Обнаружить в нем можно углекислоту, легкие меркаптаны и серооксид углерода. Но непосредственно сероводород всегда будет преобладать.

Стоит отметить, некоторое незначительное содержание сернистых соединений в очищенном газообразном топливе допустимо. Конкретная цифра допуска зависит от целей, для которых добывается газ. К примеру, для производства оксида этилена общее содержание сернистых примесей должно быть менее 0,0001 мг/м³.

Метод проведения очистки выбирают, ориентируясь на требующийся результат.

Все существующие ныне способы подразделяются на две группы:

• Сорбционные. Заключаются в поглощении сероводородных соединений твердым (адсорбция) или жидким (абсорбция) реагентом с последующим выделением серы или ее производных. После чего выделенные из состава газа вредные примеси утилизируются или перерабатываются.
• Каталитические. Состоят в окислении или восстановлении сероводорода с превращением его в элементарную серу. Процесс реализуется в присутствии катализаторов – веществ, стимулирующих течение химической реакции.

Адсорбция предполагает сбор сероводорода путем концентрации его на поверхности твердого вещества. Чаще всего в процессе адсорбции задействуются зернистые материалы на основе активированного угля или окиси железа. Характерная для зерен большая удельная поверхность способствует максимальному удерживанию молекул серы.

Все методики очистки голубого топлива подразделяются на сорбционные и каталитические. Производящее чистку оборудование ориентированно на принцип действия определенной технологии.

Однако есть установки, в которых совмещено несколько методов, благодаря чему производится комплексная очистка

Технология абсорбции отличается тем, что газообразные сероводородные примеси растворяются в активном жидком веществе. В итоге газообразные загрязнения переходят в жидкую фазу.

Затем выделенные вредные компоненты удаляют путем отпаривания, иначе десорбции, таким методом их устраняют из реактивной жидкости.

Несмотря на то, что адсорбционная технология относится к «сухим процессам» и позволяет производить тонкую очистку голубого топлива, в деле удаления загрязнений из природного газа чаще применяют абсорбцию. Сбор и устранение сероводородных соединений с применением жидких поглотителей более выгоден и целесообразен.

Самым популярным видом адсорбера является активированный уголь, применяемый в виде капсул или зерен. Поверхность каждого элемента “впитывает” в себя сероводород и прочие органические включения

Методы абсорбции, используемые в очищении газа, делятся следующие три группы:

• Химические. Производятся с использованием растворителей, свободно вступающих в реакцию с сероводородными кислыми загрязнителями. Наивысшей поглотительной способностью среди химических сорбентов обладают этаноламины или алканоламины.
• Физические. Выполняются посредством физического растворения газообразного сероводорода в жидком абсорбере. Причем чем выше парциальное давление газообразного загрязнителя, тем быстрее проистекает процесс растворения. В качестве абсорбера здесь используют метанол, пропиленкарбонат и др.
• Комбинированные. В смешанном варианте извлечения сероводорода задействованы обе технологии. Основная работа производится абсорбцией, а тонкая доочистка выполняется адсорбентами.

Читайте также:  Как выбрать накопительный водонагреватель и подобрать лучший вариант

На протяжении полувека наиболее востребованной и популярной технологией выделения и удаления из природного топлива сероводорода и угольной кислоты является химическая очистка газа с помощью аминового сорбента, использованного в виде водного раствора.

Сорбционные методики очистки природного горючего основаны на способности твердых и жидких веществ вступать в реакцию с сероводородом и прочими органическими примесями, выделяя тем самым их из состава газа

Аминовая технология больше подходит для обработки больших объемов газа, потому что:

• Отсутствие дефицита. Реагенты всегда можно приобрести в требующемся для очистки объеме.
• Приемлемая поглощаемость. Амины характеризуются высокой поглотительной способностью. Из всех применяемых веществ только они способны удалить из газа 99,9% сероводорода.
• Приоритетные характеристики. Водные аминовые растворы отличаются максимально приемлемой вязкостью, плотностью паров, термической и химической стабильностью, низкой теплоемкостью. Их характеристики обеспечивают наилучшее течение процесса абсорбции.
• Отсутствие токсичности реактивных веществ. Это немаловажный аргумент, убеждающий прибегать именно к аминовой методике.
• Селективность. Качество, необходимое при проведении селективной абсорбции. Оно обеспечивает возможность последовательного проведения необходимых реакций в требующемся для оптимального результата порядке.

К этаноламинам, применяемым при выполнении химических методов очистки газа от сероводорода и углекислоты, относятся моноэтаноламины (МЭА), диэтаноламины (ДЭА), триэтаноламины (ТЭА). Причем вещества с приставками моно- и ди- устраняют из газа и H2S, и СО2. А вот третий вариант помогает удалить лишь сероводород.

При выполнении селективной чистки голубого топлива пользуются метилдиэтаноламинами (МДЭА), дигликольаминами (ДГА), диизопропаноламинами (ДИПА). Селективные абсорбенты в основном используются за рубежом.

Естественно, идеальных абсорбентов, удовлетворяющих всем требованиям в очистке перед поставкой в систему газового отопления и снабжения прочего оборудования, пока не существует. Каждый растворитель обладает какими-то плюсами наряду с минусами. При выборе реактивного вещества просто определяют наиболее подходящий из ряда предложенных.

Принцип действия типичной установки

Максимальной поглощающей способностью в отношении H2S характеризуется раствор моноэтаноламина. Однако у этого реагента есть пара существенных недостатков. Он отличается довольно высоким давлением и способностью во время работы установки аминовой очистки газа создавать необратимые соединения с сероокисью углерода.

Первый минус устраняется путем промывки, в результате которой пары амина частично поглощаются. Второй – редко встречается в ходе переработки промысловых газов.

Концентрацию водного раствора моноэтаноламина подбирают опытным путем, на основании проведенных исследований принимают ее для очистки газа из определенного месторождения. В подборе процентного содержания реагента учитывается его способность противостоять агрессивному воздействию сероводорода на металлические компоненты системы.

Стандартное содержание абсорбирующего вещества обычно находится в интервале от 15 до 20%. Однако нередко бывает, что концентрацию увеличивают до 30% или уменьшают до 10% в зависимости от того, насколько высокой должна быть степень очистки. Т.е. с какой целью, в отоплении или в производстве полимерных соединений, будет использован газ.

Отметим, что при повышении концентрации соединений амина уменьшается коррозионная возможность сероводорода. Но надо учесть, что в этом случае увеличивается расход реагента. Следовательно, повышается стоимость очищенного товарного газа.

Главным агрегатом очистительной установки является абсорбер тарельчатой или насадной разновидности. Это вертикально ориентированный, внешне напоминающий пробирку, аппарат с расположенными внутри насадками или тарелками. В нижней его части есть вход для поставки неочищенной газовой смеси, вверху – выход в скруббер.

Если очищаемый газ в установки находится под давлением, достаточным для прохода реагента в теплообменник и затем в отгонную колонну, процесс происходит без участия насоса.

Если давление маловато для течения процесса, отток стимулирует насосная техника

Поток газа после прохождения через входной сепаратор нагнетается в нижний раздел абсорбера. Затем он проходит через расположенные в середине корпуса тарелки или насадки, на которых оседают загрязняющие примеси.

Насадки, полностью смоченные аминовым раствором, разделены между собой решетками для равномерного распределения реагента.

Далее очищенное от загрязнений голубое топливо направляется в скруббер. Это устройство может подключаться в схеме переработки после абсорбера или располагаться в верхней его части.

Отработанный же раствор стекает вниз по стенкам абсорбера и направляется в отгонную колонну – десорбер с кипятильником. Там раствор очищается от поглощенных загрязнений парами, выделяемыми при кипячении воды, чтобы вернуться обратно в установку.

Регенерированный, т.е. избавленный от сероводородных соединений, раствор перетекает в теплообменник. В нем жидкость охлаждается в процессе передачи тепла следующей порции загрязненного раствора, после чего нагнетается насосом в холодильник для полноценного охлаждения и конденсации пара.

Охлажденный абсорбирующий раствор снова подается в абсорбер. Так реагент циркулирует по установке. Его пары также охлаждаются и очищаются от кислых примесей, после чего пополняют запас реагента.

Чаще всего в очистке газа используются схемы с моноэтаноламином и диэтанолоамином.

Указанные реагенты позволяют извлечь из состава голубого топлива не только сероводород, но и углекислоту

Если необходимо произвести одновременное удаление из обрабатываемого газа СО2 и H2S, производится двухступенчатая чистка. Она заключается в применении двух растворов, различающихся по концентрации. Этот вариант экономичней одноступенчатой чистки.

Сначала газообразное топливо чистят крепким составом с содержанием реагента 25-35%. Затем газ обрабатывается слабым водным раствором, в котором активного вещества всего 5-12%. В итоге выполняется и грубая, и тонкая очистка с минимальным расходом раствора и разумным применением выделяемого тепла.

Четыре варианта очистки алконоламинами

Алконоламины или аминоспирты – это вещества, содержащие не только аминовую группу, но и гидроксигруппу.

Устройство установок и технологии очистки природного газа алканоламинами отличаются преимущественно способом подачи абсорбирующего вещества. Чаще всего в чистке газа с применением этого вида аминов используют четыре основных методики.

Первый способ. Предопределяет подачу активного раствора одним потоком сверху. Весь объем абсорбента направляется на верхнюю тарелку установки. Процесс очистки происходит при температурном фоне не выше 40ºС.

Простейший способ очистки предполагает подачу активного раствора одним потоком. Эта методика применяется, если примесей в газе незначительное количество

Эта методика обычно используется при незначительном загрязнении сероводородными соединениями и углекислотой. Суммарный тепловой эффект для получения товарного газа при этом, как правило, невысок.

Второй способ. Этот вариант очистки применяется при высоком содержании сероводородных соединений в газообразном топливе.

Реактивный раствор в этом случае подают в два потока. Первый, объемом примерно 65-75% общей массы, направляется в середину установки, второй поставляется сверху.

Аминовый раствор стекает вниз по тарелкам и встречается с восходящими газовыми потоками, которые нагнетаются на нижнюю тарелку абсорбирующей установки. Перед подачей раствор разогревается не более чем до 40ºС, но в ходе взаимодействия газа с амином температура значительно повышается.

Чтобы из-за повышения температуры не падала эффективность чистки, избыток тепла отводится вместе с отработанным раствором, насыщенным сероводородом. А вверху установки производится охлаждение потока с целью извлечения остатков кислых составляющих вместе с конденсатом.

Второй и третий из описанных способов предопределяет подачу абсорбирующего раствора двумя потоками.

В первом случае реактив подают одной температуры, во втором – разной

Это экономичный способ, позволяющий сократить расход как энергии, так и активного раствора. Дополнительный подогрев не производится ни на одном этапе.

По технологической сути он является двухуровневой очисткой, предоставляющей возможность с наименьшими потерями подготовить товарный газ к подаче в магистраль.

Третий способ. Предполагает поставку абсорбера в очищающую установку двумя потоками разной температуры. Методика применяется, если кроме сероводорода и углекислоты в сыром газе есть еще и CS2, и COS.

Преобладающая часть абсорбера, примерно 70-75%, разогревается до 60-70ºС, а оставшаяся доля только до 40ºС. Подаются потоки в абсорбер так же, как в вышеописанном случае: сверху и в середину.

Формирование зоны с высокой температурой дает возможность быстро и качественно извлечь органические загрязнения из газовой массы внизу очищающей колонны. А вверху диоксид углерода и сероводород осаждаются амином стандартной температуры.

Четвертый способ. Эта технология предопределяет подачу водного раствора амина двумя потоками с разной степенью регенерации. То есть один поставляется в неочищенном виде, с содержанием сероводородных включений, второй – без них.

Первый поток нельзя назвать полностью загрязненным. Он только частично содержит кислые компоненты, потому что часть из них удаляется в ходе охлаждения до +50º/+60ºС в теплообменнике. Этот поток раствора забирается с нижней насадки десорбера, охлаждается и направляется в среднюю часть колонны.

При значительном содержании сероводородных и углекислых компонентов в газообразном топливе очистку производят двумя потоками раствора с разной степенью регенерации

Глубокую очистку проходит только та часть раствора, которую нагнетают в верхний сектор установки. Температура этого потока обычно не превышает 50ºС. Здесь выполняется тонкая чистка газообразного топлива. Эта схема позволяет сократить расходы как минимум на 10 % за счет сокращения расхода пара.

Понятно, что способ очистки выбирают, исходя из наличия органических загрязнений и экономической целесообразности. В любом случае разнообразие технологий позволяет подобрать оптимальный вариант. На одной и той же установке аминовой обработки газа можно варьировать степень очистки, получая голубое горючее с нужными для работы газовых котлов, плит, обогревателей характеристиками.

Выводы и полезное видео по теме

• Со спецификой извлечения сероводорода из попутного газа, добываемого вместе с нефтью нефтяной скважиной, ознакомит следующий ролик:
• Установку очистки голубого топлива от сероводорода с получением элементарной серы для дальнейшей переработки представит видео:
• О том, как в домашних условиях избавить от сероводорода биогаз, расскажет автор этого видеоролика:

Выбор способа очистки газа, прежде всего, ориентируется на решение определенной задачи. У исполнителя есть два пути: следовать проверенной схеме или предпочесть что-либо новое. Однако главным ориентиром должна быть все же экономическая целесообразность при сохранении качества и получении нужной степени обработки.