Čištění aminového plynu ze sirovodíku: princip, efektivní možnosti a schémata zařízení

Zemní plyn těžený z polí pro dodávky spotřebitelům potrubím obsahuje sloučeniny síry v různých poměrech.Pokud se jich nezbavíte, agresivní látky zničí potrubí a armatury se stanou nepoužitelnými. Při spalování kontaminovaného modrého paliva se navíc uvolňují toxiny.

Aby se předešlo negativním důsledkům, provádí se čištění aminového plynu ze sirovodíku. Jedná se o nejjednodušší a nejlevnější způsob, jak oddělit škodlivé složky od fosilních paliv. Řekneme vám, jak probíhá proces separace sirných vměstků, jak je čistička navržena a provozována.

Účel čištění fosilních paliv

Plyn je nejoblíbenější druh paliva. Přitahuje nejdostupnější cenou a způsobuje nejmenší škody na životním prostředí. Mezi nepopiratelné výhody patří snadná regulace spalovacího procesu a schopnost zajistit všechny stupně zpracování paliva při výrobě tepelné energie.

Přírodní plynný nerost se však netěží v čisté formě, protože Současně s těžbou plynu se z vrtu odčerpávají přidružené organické sloučeniny. Nejběžnější z nich je sirovodík, jehož obsah se v závislosti na ložisku pohybuje od desetin do deseti procent i více.

Sirovodík je jedovatý, nebezpečný pro životní prostředí a škodlivý pro katalyzátory používané při zpracování plynu. Jak jsme již uvedli, tato organická sloučenina je extrémně agresivní vůči ocelovým trubkám a kovovým ventilům.

Přirozeně koroduje soukromý systém a hlavní plynovod, sirovodík vede k únikům modrého paliva a extrémně negativním, rizikovým situacím spojeným s touto skutečností. Pro ochranu spotřebitele se z plynného paliva před jeho dodáním do potrubí odstraňují sloučeniny škodlivé pro zdraví.

Podle norem nesmějí sloučeniny sirovodíku v plynu přepravovaném potrubím překročit 0,02 g/m³. Ve skutečnosti je jich však mnohem více. Aby bylo dosaženo hodnoty regulované GOST 5542-2014, je nutné čištění.

Existující metody separace sirovodíku

Kromě sirovodíku, který mezi ostatními nečistotami převládá, může modré palivo obsahovat i další škodlivé sloučeniny. Lze v ní nalézt oxid uhličitý, lehké merkaptany a sirouhlík. Ale vždy bude převládat samotný sirovodík.

Stojí za zmínku, že určitý menší obsah sloučenin síry v čištěném plynném palivu je přijatelný. Konkrétní toleranční údaj závisí na účelu, pro který se plyn vyrábí.Například pro výrobu ethylenoxidu musí být celkový obsah sírových nečistot nižší než 0,0001 mg/m³.

Způsob čištění se volí na základě požadovaného výsledku.

Všechny v současnosti existující metody jsou rozděleny do dvou skupin:

• Sorpční. Zahrnují absorpci sloučenin sirovodíku pevným (adsorpčním) nebo kapalným (absorpčním) činidlem s následným uvolněním síry nebo jejích derivátů. Poté jsou škodlivé nečistoty oddělené z plynu likvidovány nebo zpracovány.
• Katalytické. Skládají se z oxidace nebo redukce sirovodíku a jeho přeměny na elementární síru. Proces se provádí za přítomnosti katalyzátorů - látek, které stimulují průběh chemické reakce.

Adsorpce zahrnuje shromažďování sirovodíku jeho koncentrací na povrchu pevné látky. Nejčastěji se v adsorpčním procesu používají granulované materiály na bázi aktivního uhlí nebo oxidu železa. Velký specifický povrch charakteristický pro zrna přispívá k maximální retenci molekul síry.

Všechny metody čištění modrého paliva se dělí na sorpční a katalytické. Čistící zařízení je zaměřeno na princip fungování určité technologie. Existují však instalace, které kombinují několik metod a výsledkem je komplexní čištění.

Absorpční technologie se liší tím, že v aktivní kapalné látce jsou rozpuštěny nečistoty plynného sirovodíku. V důsledku toho přecházejí plynné škodliviny do kapalné fáze. Poté jsou izolované škodlivé složky odstraněny stripováním, jinak desorpcí, tímto způsobem jsou odstraněny z reaktivní kapaliny.

Navzdory skutečnosti, že adsorpční technologie odkazuje na „suché procesy“ a umožňuje jemné čištění modrého paliva, absorpce se častěji používá k odstranění kontaminantů ze zemního plynu. Sběr a eliminace sirovodíkových sloučenin pomocí kapalných absorbentů je výnosnější a účelnější.

Nejoblíbenějším typem adsorbéru je aktivní uhlí, používané ve formě kapslí nebo zrn. Povrch každého prvku „absorbuje“ sirovodík a další organické inkluze

Absorpční metody používané při čištění plynu se dělí do následujících tří skupin:

• Chemikálie. Vyrobeno za použití rozpouštědel, která snadno reagují s kyselými polutanty sirovodíku. Mezi chemickými sorbenty mají nejvyšší absorpční kapacitu ethanolaminy nebo alkanolaminy.
• Fyzický. Provádějí se fyzikálním rozpouštěním plynného sirovodíku v kapalinovém absorbéru. Navíc, čím vyšší je parciální tlak plynné znečišťující látky, tím rychleji probíhá proces rozpouštění. Jako absorbéry se zde používá methanol, propylenkarbonát atd.
• Kombinovaný. Ve smíšené verzi sirovodíkové extrakce jsou zapojeny obě technologie. Hlavní práce se provádí absorpcí a jemné čištění se provádí adsorbenty.

Již půl století je nejoblíbenější a nejoblíbenější technologií separace a odstraňování sirovodíku a kyseliny uhličité z přírodních paliv chemické čištění plynů pomocí aminového sorbentu používaného ve formě vodného roztoku.

Sorpční metody čištění přírodních paliv jsou založeny na schopnosti pevných a kapalných látek reagovat se sirovodíkem a dalšími organickými nečistotami a tím je uvolňovat ze složení plynu.

Aminové technologie jsou vhodnější pro zpracování velkých objemů plynu, protože:

• Žádný nedostatek. Reagencie lze vždy zakoupit v množství potřebném pro čištění.
• Přijatelná absorpce. Aminy se vyznačují vysokou absorpční schopností. Ze všech používaných látek jsou pouze ony schopny odstranit z plynu 99,9 % sirovodíku.
• Přednostní charakteristiky. Vodné roztoky aminů se vyznačují nejpřijatelnější viskozitou, hustotou par, tepelnou a chemickou stabilitou a nízkou tepelnou kapacitou. Jejich vlastnosti zajišťují nejlepší průběh absorpčního procesu.
• Žádná toxicita reaktivních látek. To je důležitý argument, který člověka přesvědčí uchýlit se k aminové metodě.
• Selektivita. Kvalita požadovaná pro selektivní absorpci. Poskytuje možnost postupně provádět potřebné reakce v pořadí požadovaném pro optimální výsledek.

Ethanolaminy používané v chemických metodách pro čištění plynu ze sirovodíku a oxidu uhličitého zahrnují monoethanolaminy (MEA), diethanolaminy (DEA) a triethanolaminy (TEA). Kromě toho jsou z plynu a H odstraněny látky s předponami mono- a di-₂S a CO₂. Ale třetí možnost pomáhá odstranit pouze sirovodík.

Při provádění selektivního čištění modrého paliva se používají methyldiethanolaminy (MDEA), diglykolaminy (DGA) a diisopropanolaminy (DIPA). Selektivní absorbenty se používají především v zahraničí.

Přirozeně ideální absorbenty, které splňují všechny požadavky na čištění před dodáním do systému plynové vytápění a dodávka dalšího zařízení zatím neexistuje. Každé rozpouštědlo má některé výhody spolu s nevýhodami. Při výběru reaktivní látky jednoduše určete tu nejvhodnější z řady navržených.

Princip činnosti typické instalace

Maximální absorpční kapacita ve vztahu k H₂S je charakterizován roztokem monoethanolaminu. Toto činidlo má však několik významných nevýhod. Vyznačuje se poměrně vysokým tlakem a schopností vytvářet nevratné sloučeniny se sirouhlíkem během provozu jednotky čištění aminového plynu.

První nevýhodu odstraňuje praní, v důsledku čehož se aminové páry částečně absorbují. S druhým se při zpracování polních plynů setkáváme jen zřídka.

Koncentrace vodného roztoku monoethanolaminu se volí experimentálně a na základě provedeného výzkumu se používá k čištění plynu z konkrétní oblasti. Výběr procenta činidla bere v úvahu jeho schopnost odolávat agresivním účinkům sirovodíku na kovové součásti systému.

Typický obsah absorbentu je typicky v rozmezí 15 až 20 %. Často se však stává, že se koncentrace zvýší na 30 % nebo sníží na 10 %, podle toho, jak vysoký má být stupeň čištění. Tito. za jakým účelem, při vytápění nebo při výrobě polymerních sloučenin, bude plyn použit.

Všimněte si, že se zvyšující se koncentrací aminových sloučenin klesá korozní potenciál sirovodíku. Musíme ale počítat s tím, že v tomto případě se spotřeba činidla zvyšuje. V důsledku toho rostou náklady na čištěný komerční plyn.

Hlavní jednotkou čistírny je absorbér deskového nebo namontovaného typu. Jedná se o vertikálně orientovaný přístroj, který svým vzhledem připomíná zkumavku s tryskami nebo deskami umístěnými uvnitř. V jeho spodní části je vstup pro přívod nevyčištěné plynné směsi, v horní části je výstup do pračky.

Pokud je plyn čištěný v zařízení pod tlakem dostatečným k tomu, aby činidlo prošlo do výměníku tepla a poté do stripovací kolony, proces probíhá bez účasti čerpadla.Pokud je tlak příliš nízký na to, aby proces mohl pokračovat, čerpací technologie stimuluje odtok

Proud plynu je po průchodu vstupním separátorem vytlačován do spodní části absorbéru. Poté prochází deskami nebo tryskami umístěnými uprostřed těla, na kterých se usazují nečistoty. Trysky, zcela navlhčené roztokem aminu, jsou od sebe odděleny mřížkami pro rovnoměrnou distribuci činidla.

Dále se modré palivo, zbavené nečistot, posílá do pračky. Toto zařízení může být zapojeno do zpracovatelského obvodu za absorbérem nebo umístěno v jeho horní části.

Vyčerpaný roztok stéká po stěnách absorbéru a je posílán do stripovací kolony - striperu s kotlem. Tam je roztok očištěn od absorbovaných nečistot parami uvolněnými při vaření vody, aby se vrátil zpět do zařízení.

Regenerované, tzn. roztok zbavený sloučenin sirovodíku proudí do výměníku tepla. V něm je kapalina ochlazována v procesu přenosu tepla do další části kontaminovaného roztoku, načež je čerpána do chladničky pro úplné ochlazení a kondenzaci páry.

Ochlazený roztok absorbéru se přivádí zpět do absorbéru. Takto reagencie cirkuluje v celém zařízení. Jeho páry jsou také ochlazeny a zbaveny kyselých nečistot, načež doplní zásobu činidla.

Nejčastěji se při čištění plynu používají schémata s monoethanolaminem a diethanolaminem. Tato činidla umožňují extrahovat z modrého paliva nejen sirovodík, ale také oxid uhličitý.

Pokud je nutné současně odstranit CO ze zpracovávaného plynu₂ a H₂S, provádí se dvoustupňové čištění.Spočívá v použití dvou roztoků, které se liší koncentrací. Tato možnost je ekonomičtější než jednokrokové čištění.

Nejprve se plynné palivo vyčistí silným složením obsahujícím činidlo 25-35%. Poté je plyn ošetřen slabým vodným roztokem, ve kterém je aktivní látka pouze 5-12%. Díky tomu je hrubé i jemné čištění prováděno s minimální spotřebou roztoku a rozumným využitím vzniklého tepla.

Čtyři možnosti čištění alkoholem

Alkonolaminy nebo aminoalkoholy jsou látky obsahující nejen aminovou skupinu, ale také hydroxylovou skupinu.

Provedení instalací a technologií čištění zemního plynu alkanolaminy se liší především způsobem přívodu absorpční látky. Při čištění plynů pomocí tohoto typu aminů se nejčastěji používají čtyři hlavní metody.

První způsob. Předurčuje přívod aktivního roztoku jedním proudem shora. Celý objem absorbentu je směrován na horní desku instalace. Proces čištění probíhá při teplotě pozadí nepřesahující 40ºС.

Nejjednodušší metoda čištění zahrnuje dodávání aktivního roztoku v jednom proudu. Tato technika se používá, pokud je množství nečistot v plynu nevýznamné

Tato technika se obvykle používá pro menší kontaminaci sloučeninami sirovodíku a oxidem uhličitým. Celkový tepelný efekt pro výrobu komerčního plynu je zpravidla nízký.

Druhý způsob. Tato možnost čištění se používá, když je v plynném palivu vysoký obsah sloučenin sirovodíku.

V tomto případě je roztok činidla dodáván ve dvou proudech. První, o objemu přibližně 65-75% celkové hmoty, je odeslán do středu instalace, druhý je dodáván shora.

Roztok aminu stéká po patrech a setkává se se stoupajícími proudy plynu, které jsou vytlačovány na spodní patro absorpční jednotky. Před přívodem se roztok zahřeje na ne více než 40 °C, ale během interakce plynu s aminem se teplota výrazně zvýší.

Aby se zabránilo snížení účinnosti čištění v důsledku zvýšení teploty, je spolu s odpadním roztokem nasyceným sirovodíkem odváděno přebytečné teplo. A v horní části instalace je proud ochlazen, aby se spolu s kondenzátem extrahovaly zbývající kyselé složky.

Druhý a třetí z popsaných způsobů předurčují přívod absorpčního roztoku ve dvou proudech. V prvním případě je činidlo dodáváno při stejné teplotě, ve druhém - při jiné teplotě.

Jedná se o ekonomickou metodu, která snižuje spotřebu energie i aktivního řešení. Přídavný ohřev se neprovádí v žádné fázi. Ve své technologické podstatě se jedná o dvoustupňové čištění, které poskytuje možnost připravit komerční plyn pro dodávku do potrubí s minimálními ztrátami.

Třetí způsob. Zahrnuje přivádění absorbéru do čistícího zařízení ve dvou proudech o různých teplotách. Metoda se používá, pokud surový plyn kromě sirovodíku a oxidu uhličitého obsahuje také CS₂a COS.

Převážná část absorbéru, přibližně 70-75%, se zahřeje na 60-70ºС a zbývající část pouze na 40ºС. Toky jsou přiváděny do absorbéru stejným způsobem jako ve výše popsaném případě: shora a doprostřed.

Vytvoření vysokoteplotní zóny umožňuje rychle a efektivně odstranit organické nečistoty z plynné hmoty na dně čistící kolony. A nahoře se oxid uhličitý a sirovodík vysráží aminem při standardní teplotě.

Čtvrtá metoda. Tato technologie předurčuje přívod vodného roztoku aminu ve dvou proudech s různým stupněm regenerace. To znamená, že jeden je dodáván v nerafinované formě obsahující inkluze sirovodíku, druhý - bez nich.

První tok nelze nazvat zcela znečištěným. Obsahuje pouze částečně kyselé složky, protože některé z nich jsou odstraněny během chlazení na +50º/+60ºC ve výměníku tepla. Tento proud roztoku je odebírán ze spodní stripovací trysky, ochlazen a směrován do střední části kolony.

Pokud je v plynném palivu významný obsah složek sirovodíku a oxidu uhličitého, provádí se čištění dvěma proudy roztoku s různým stupněm regenerace

Pouze ta část roztoku, která je čerpána do horního sektoru instalace, prochází hloubkovým čištěním. Teplota tohoto proudu obvykle nepřesahuje 50ºС. Zde se provádí jemné čištění plynného paliva. Toto schéma umožňuje snížit náklady alespoň o 10 % snížením spotřeby páry.

Je zřejmé, že způsob čištění je zvolen na základě přítomnosti organických nečistot a ekonomické proveditelnosti. V každém případě vám rozmanitost technologií umožňuje vybrat tu nejlepší možnost. Ve stejné úpravně aminového plynu je možné měnit stupeň čištění a získávat modré palivo s požadovaným výkonem plynové kotle, kamna, charakteristiky topidel.

Závěry a užitečné video k tématu

Následující video vás seznámí se specifiky získávání sirovodíku z přidruženého plynu produkovaného spolu s ropou v ropném vrtu:

Video představí zařízení pro čištění modrého paliva od sirovodíku za účelem výroby elementární síry pro další zpracování:

Autor tohoto videa vám řekne, jak se doma zbavit sirovodíku z bioplynu:

Volba způsobu čištění plynu je především zaměřena na řešení konkrétního problému. Interpret má dvě možnosti: následovat osvědčené schéma nebo dát přednost něčemu novému. Hlavním vodítkem by však stále měla být ekonomická proveditelnost při zachování kvality a získání požadovaného stupně zpracování.