Ak-montazh.ru

Интернет-энциклопедия по ремонту
50 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аминовая очистка газа от сероводорода: принцип, эффективные варианты и схемы установок

Технологическое оформление установок аминовой очистки газов

Хасанов, А. С. Технологическое оформление установок аминовой очистки газов / А. С. Хасанов, М. О. Сатторов, А. А. Ямалетдинова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 2 (82). — С. 225-226. — URL: https://moluch.ru/archive/82/14946/ (дата обращения: 24.10.2021).

Схемы установок аминовой очистки газа водными растворами алканоламинов отличаются в основном способами подачи абсорбента. Здесь можно выделить четыре основных способа.

Первый способ — подача раствора абсорбента одним потоком на верхнюю тарелку абсорбера [1–3] (Рис.1) при температуре 30–40 0 С — используется обычно при относительно невысоком содержании сероводорода и диоксида углерода в газе и, следовательно, небольшом суммарном тепловом эффекте протекающих реакций.

рис 1

Рис. 1. Схема однопоточной очистки газа растворами этаноламинов: I — газ на очистку; II — очищенный газ; III — экспанзерный газ; IV — кислый газ; V — водяной пар; 1 — абсорбер; 2,9 — насосы, 3,7 — холодильники; 4 — экспанзер, 5 — теплообменник, 6 — десорбер; 8 — сепаратор; 10 — кипятильник; 11 — емкость регенерированного амина.

Второй способ — подача абсорбента двумя потоками с одинаковой температурой (30–40 0 С) [4,5] (Рис. 2.А). Этот способ целесообразно использовать при высоких концентрациях кислых компонентов в сыром газе. Часть потока регенерированного амина (65–75 % масс.) подается на одну из тарелок в средней части абсорбера. Стекая вниз по тарелкам, амин контактирует с восходящим потоком газа, подаваемым под нижнюю тарелку абсорбера. В нижней части аппарата происходит интенсивное взаимодействие кислых компонентов газа с амином и повышение температуры за счет экзотермичности протекающих реакций. При повышении температуры химическое равновесие целевых реакций смещается в обратном направлении и степень извлечения кислых компонентов понижается. Избыточное тепло выводится из колонны с потоком насыщенного абсорбента. В верхней части абсорбера происходит контактирование газового потока со свежим охлажденным абсорбентом, подаваемым на верхнюю тарелку колонны и доизвлечение кислых компонентов из газа. Этот способ подачи амина позволяет сократить расход электроэнергии на перекачку раствора и снизить расход абсорбента для достижения требуемой степени очистки газа.

Рис. 2. Схема подачи потоков аминового раствора с одинаковой (А) и разной (Б) температурой абсорбента: 1 — газ на очистку; 2 — очищенный газ; 3 — насыщенный раствор абсорбента; 4 — регенерированный раствор абсорбента; 1 — абсорбер; 2 — холодильник

Третий способ — подача абсорбента двумя потоками разной температуры (Рис.2.Б). В этом случае 70–75 % раствора амина подается в середину абсорбера при температуре 60–70 0 С, а остальное количество — на верхнюю тарелку абсорбера с температурой 30–40 0 С. Такая подача абсорбента применяется в тех случаях, когда сырой газ содержит COS и CS2. Создание зоны повышенных температур в нижней части абсорбера позволяет повысить степень извлечения кислых компонентов за счет протекания реакции гидролиза COS и CS2:

Образующиеся сероводород и диоксид углерода реагируют с амином в верхней зоне абсорбционной колонны.

4-й способ — подача раствора амина двумя потоками разной степени регенерации. Этот способ используется для очистки газов с высоким содержанием кислых компонентов. Схема подачи раствора амина отличается от предыдущей схемы тем, что в среднюю секцию абсорбера подается частично регенерированный раствор, отбираемый с одной из тарелок десорбера и охлажденный в теплообменнике до +50–60 0 С. Глубокой регенерации подвергается только часть раствора, которая подается наверх абсорбера при температуре 40–50 0 С для обеспечения тонкой очистки газа. Такая схема оказывается экономичнее традиционной на 10–15 % за счет снижения расхода пара на стадии регенерации. [6]

Таким образом выбираем 3-й способ подачи раствора амина двумя потоками с разной температурой, так как этот способ позволяет повысить степень извлечения кислых компонентов.

1. Технология переработки сернистого природного газа Текст.: Справочник/А. И. Афанасьев, В. М. Стрючков, Н. И. Подлегаев и др. — Под ред. А. И. Афанасьева. -М.: Недра, 1993. 152 с.

2. Мурин В. И., Кисленко Н. Н., Сурков Ю. В. Технология переработки газа и конденсата: Справочник: В 2 ч. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. — Ч.1–517 с.: ил.

3. Агаев, Г.А., Настека, В.И., Сеидов, З. Д. Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов Текст. — М.: Недра, 1996. 301 е.; ил.

4. Дж. Прайс Экономичная очистка аминового раствора Текст. // Нефтегазовые технологии. 1996. — № 1–2. — С. 58–59. Мановян, А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа Текст.: учебное пособие для вузов. — Изд. 2-е — М.: Химия, 2001. — 568 е.; ил.

5. Ященко В. Л., Лысикова Т. И. Повышение эффективности подготовки и комплексной переработки газа. — Баку, 1983. — с. 114–119.

6. Стюарт Э.Дж., Ланнинг Р. А. Сокращение потерь реагента на установках очистки аминами // Нефтегазовые технологии — 1995. — № 2. — с.53–56.

Повышение эффективности очистки газа регенерации на установках аминовой сероочистки

В работе обсуждаются условия и критерии выбора оптимального абсорбента для очистки кислых газов. Рассмотрены различные методы аминовой очистки с применением моно- и диэтаноламина в качестве поглотителя сероводорода, меркаптанов и углекислого газа. Отмечается, что на эффективность очистки влияют химические реагенты, предотвращающие вспенивание поглотительного раствора и конструкционные особенности абсорбера. Предлагается использовать абсорбер колонного типа. Обсуждаются технико-экономическая целесообразность и факторы, влияющие на эффективность аминовой очистки кислотных газов.

ABSTRACT

The paper discusses the conditions and criteria for choosing the optimal absorbent for the purification of acid gases. Various methods of amine purification using mono- and diethanolamine as an absorber of hydrogen sulfide, mercaptan sulfur, and carbon dioxide are considered. It is noted that the efficiency of cleaning is influenced by chemical reagents preventing foaming of the absorption solution and by the design features of the absorber. It is proposed to use a column-type absorber. The technical and economic feasibility and factors influencing the efficiency of the amine purification of acid gases are discussed.

Читайте так же:
Лучшие способы продуть водопровод на даче на зиму – с компрессором и без

Ключевые слова: коррозия, деградация, моделирование, ионообменные смолы, термостойкиe соли, формиат, оксалат, ацетат, электродиализ.

Keywords: corrosion, degradation, modeling, ion exchange resins, heat-resistant salts, formate, oxalate, acetate, electrodialysis.

Основным процессом, происходящим на аминовой сероочистке, является абсорбция сероводорода, меркаптанов и диоксида углерода в колонном аппарате (абсорбере) снабженным массообменными устройствами. От типа примененных массообменных устройств и поглотителей зависят производительность сероочистной установки, качество очистки газа и селективность. Разработано и выпускается большое количество различного типа поглотителей для конкретного процесса.

В процессе работы будут определятся: компонентный состав экспанзерных и кислых, сырых и очищенных газов, содержание кислых компонентов в регенерированном и насыщенном растворе в зависимости от расхода поглотителя и очищаемого газа, степень очистки в зависимости от концентрации поглотителя в растворе и от изменения времени контакта газ-раствор, удельный расход поглотителей, поглотительная способность, расход пара и режимные параметры процесса, а также содержание вещества образующейся в растворе в процессе абсорбции и десорбции.

Природные газы наряду с углеводородами могут содержать кислые газы -диоксид углерода (СО2), сероводород (H2S), меркаптаны (RSH) другие примеси, которые осложняют при определенных условиях транспортирование и использование газов.Для предотвращения возможного появления осложнений при переработке, транспортировке и использовании необходимо разработать план мероприятий, направленных на достижение установленных нормами показателей по содержанию нежелательных компонентов в природном газе. С учетом этого, при выборе процессов очистки газов основным критерием выбора между технологиями и поглотителями рассматривается возможность достижения заданной глубины извлечения «нежелательных» компонентов и использования их для производства соответствующих товарных продуктов.

В промышленности применяют большое число методов и технологии, которые различаются по средствам очистки (поглотитель), степенью извлечения кислых компонентов и объемами перерабатываемого сырья.

Шуртанское НГДУ предназначено для переработки малосернистых природных газов (с содержанием сероводорода 0,08 %) с целью получения товарного газа отвечающим требованиям O'zDSt 948, а также СУГ, стабильный конденсат и элементарную серу. В настоящее время содержание сероводорода в сырьевом природном газе составляет 0,12 — 0,14 %.Процесс извлечения кислых газов осуществляются адсорбционным способом на основе цеолитов.При нормальных режимах работы установки адсорбционной цеолитовой очистки малосернистых природных газов образуются газы регенерации насыщенными кислыми компонентами (Н2S и СО2), которые направляются на аминовые сероочистные установки АСО-1,2. Установки АСО-1,2 предназначены для очистки газа регенерации от кислых компонентов (Н2S и СО2) диэтаноламиновым абсорбентом. Продукцией АСО-2 является очищенный от кислых компонентов газ регенерации, который направляется в магистральный газопровод. В качестве поглотительного раствора в процессе очистки используется 20-25 % -ный водный раствор ДЭА. В процессе очистки газов регенерации выделяются концентрированный кислый газ, которые направляются на установки получения элементарной серы работающий способом прямого окисления в условиях изменяющейся нагрузки по сероводороду.

Процесс очистки газов регенерации на АСО-2 при применении в качестве аминового абсорбента диэтаноламина характеризовался с недостатками, как высокий степень коррозионной активности, высокий расход растворителя, относительно большие потери растворителя, высокие энергозатраты на его регенерацию и связанные со свойствами ДЭА.

Целью исследования является изучение процесса очистки газа от кислых компонентов с использованием методов аминовой очистки, а также факторов, влияющих на ее эффективность, ухудшение которых может привести к эксплуатационным проблемам, требующих незамедлительного решения.

Химизм взаимодействия

Взаимодействие Н2S и СО2с аминами происходит в соответствии с типом амина. От наличия заместителя у атома азота зависит реакционная способность амина.

МДЭА (третичный амин) по сравнению с МЭА и ДЭА более селективен в отношении удаления сероводорода, что характеризуется обычно количеством неабсорбированного диоксида углерода.

Различие в скоростях реакции аминов с Н2S и СО2 приводит к тому, что при поглощении Н2S аминами сопротивление массопередачи сосредоточено в газовой фазе, а при поглощении СО2 — в жидкой. Разница в скоростях реакций МДЭА с Н2S (мгновенная реакция) и с СО2 (медленная реакция) гораздо значительнее, чем у вторичных аминов. Этот эффект быстрой реакции с сероводородом и медленной с СО2 используется для селективного извлечения сероводорода из смесей его с СО2 метилдиэтаноламином. При этом абсорбер должен иметь такие размеры, чтобы обеспечить время пребывания в нем газа, достаточное для поглощения практически всего сероводорода, но недостаточное для извлечения существенного количества двуокиси углерода. Селективность процесса по сероводороду возрастает с уменьшением времени контакта газ — жидкость.

Применение ДЭА и МДЭА

ДЭА используется для неселективного удаления кислых компонентов. Процесс очистки газов раствором 20-30 % го ДЭА обеспечивает необходимую очистку газа от H2S и СО2, однако недостатком ДЭА являются повышенные тепловые затраты на регенерацию абсорбента и уменьшение количества СО2 в товарном газе.

МДЭА обеспечивает возможность селективного извлечения H2S в присутствии СО2, следовательно, увеличение доли Н2S в кислом газе.Преимущества МДЭА, как селективного поглотителя, особенно проявляются при очистке малосернистых газов, в которых отношение Н2S к СО2меньше 1.Недостатком селективной технологии является увеличение балластного СО2 в транспортируемом товарном газе.

Комбинированный поглотительсочетает положительные свойства ДЭА и МДЭА, но создает трудности в поддержании определенного соотношения аминов.

Достоинства МДЭА относительно ДЭА:

— более высокая термическая стабильность и меньшая коррозионная активность раствора по сравнению с ДЭА;

— меньшая теплота реакции с H2S и CO2, что позволяет снизить количество теплоты на регенерацию абсорбента;

— не образует нерегенерируемых амидов при взаимодействии с карбоновыми кислотами, ингибиторами коррозии, следовательно, не происходит потерь амина,

— не образуются твердые осадки на внутренних поверхностях теплообменников;

— низкое давление насыщенных паров, что уменьшает потери амина за счет летучести;

Читайте так же:
Обзор робота пылесоса Polaris 0510: дешевле некуда

— необходимый расход MЭА и ДЭА намного выше чем для MДЭА.

Влияние смешения поглотителей, параметров процесса и массообменных устройств на абсорбционный процесс

МДЭА обладает большей активностью поглощения по отношению к сероводороду.Медленная скорость реакции МДЭА с CO2может также быть преодолена до существенной степени, добавляя один или два, более химически активных первичных или вторичных аминов, чтобы образовать смесь аминов в воде.

Кроме того медленная скорость реакции МДЭА с CO2может преодолеваться надлежащими параметрами, конструкцией, видом тарелок (насадки) в абсорбере, чтобы обеспечить соответствующее время пребывания жидкости (контакта). Чтобы эффективно использовать MДЭА для удаления основного количества СО2, время пребывания в жидкой фазе должно быть достаточно большим для протекания реакции с СО2.При более низких давлениях добавление более реактивного амина усиливает способность растворак удалению CO2.

Таким образом, в областях, где MДЭА не может обеспечитьтребования ктоварному газу, использование смесей амина может улучшить работу установки.

Технологический процесс аминовой очистки

Процесс абсорбции проводится в аппарате колонного типа – абсорбере рисунок 1.

Реакции химического взаимодействия протекают в жидкой фазе на контактных поверхностях насадок (тарелок) абсорбера при противоточном непрерывном контакте потоков сырья: природного газа – снизу вверх и аминового раствора – сверху вниз.

В процессе контактирования фаз осуществляется хемосорбцияН2S и СО2жидким поглотителем с образованием химических соединений.

Насыщенный кислыми компонентами аминовый раствор регенерируется в колонне отпарки амина – десорбере, где происходит разложение химическихсоединений до амина и газов при поглощении тепла (эндотермическая реакция). Процесс десорбции протекает за счет снижения давления и повышения температуры. С целью обеспечения устойчивого режима работы в систему вводится антивспениватель. Для удаления загрязняющих веществ предусматривается фильтрация части регенерированного аминового раствора через активированный уголь.

Рисунок 1. Абсорбер колонного типа

Факторы, влияющие на эффективность аминовой очистки

Надежность работы установки сероочистки газа растворами аминов снижается при следующих условиях:

— деструкция аминов из-за побочных реакций и термического разложения;

— коррозия оборудования и продуктопроводов;

— вспенивание в системе очистки (осушки) газа;

— осаждение твердых примесей на поверхности труб и оборудования.

Наличие в системе интенсивного пенообразования приводит к увеличению потерь абсорбента и ухудшению качества товарного газа.Внешним признаком пенообразования является резкое увеличение перепада давления в колонне.

Скорость коррозии зависит от многих переменных величин.Коррозионная активность применяемых аминов снижается в следующем порядке: МЭА, ДЭА, МДЭА.

На скорость коррозиитакже влияют относительные количества СО2 и Н2S в кислом газе. В целом СО2 более коррозионно, чем Н2S. Однако определяющим параметром в этом случае является не абсолютная концентрация Н2S и СО2 в кислом газе, а соотношение их концентраций, так как именно оно определяет состав горячего аминового раствора.Кроме того, на коррозию влияют как физические, так и химические параметры,а также от марки стали, из которой изготовлено оборудование.

Скорость коррозии возрастает с повышением температуры и концентрацииСО2 в растворе, поэтому при повышении их содержания следует в растворе необходимо увеличить количество раствора, подаваемого на фильтрацию.

При отсутствии эрозии сульфид железа на поверхности металла создает защитную пленку. Учитывая это, наибольшее насыщение раствора допускается при очистке газов с меньшим содержанием СО2 и большим содержанием Н2S.

Очистка рабочих аминов

Одним из основных недостатков технологии аминовой очистки является разложение аминного растворителя из-за высокой температуры регенерации и присутствия кислорода. Кроме того, катион алканоламмония взаимодействует с анионами органических (продукты деградации амина) и неорганических кислот, образуя термостойкие соли (ТСС). ТСС стабильны и не разлагаются в условиях типичных для регенерации растворителя. Накопление ТСС в абсорбционной системе приводит к таким эксплуатационным проблемам, как снижение абсорбирующей способности CO2 и изменение его физико-химических свойств, увеличение коррозионной активности и, как следствие, засорение и эрозия оборудования.

ТСС может быть удален из аминного растворителя с помощью дистилляции (ионного обмена)или электродиализ (ED). Однако оба подхода позволяют удалить заряженные частицы, включая компоненты ТСС, и для удаления нейтральных продуктов разложения может потребоваться дополнительная обработка, такая как песчаный фильтр и активированный уголь.

ТСС образуются из-за присутствия некоторых других кислотных компонентов в технологическом газе и жидкостях, что приводит к необратимой реакции с амином с образованием ТСС. Эти загрязнители включают хлорид, сульфат, формиат, ацетат, оксалат, тиоцинат и тиосульфат. Образовавшиеся соли имеют относительно прочную химическую связь, которые приводит к постепенному накоплению ТСС в контуре циркуляции амина, и при превышении допустимых пределов ТСС возникает ряд проблем при эксплуатации и техническом обслуживании.

Моделирование процесса аминовой сероочистки

После изучения процесс аминовой сероочистки и учитывая проблемы эксплуатации установок разработан моделирования процесса для оптимального варианта раствора. Расчеты проводились с целью определения оптимального фракционного состава аминового раствора, содержащего метилдиэтаноламин (МДЭА) и диэтаноламин (ДЭА).

В расчетах применялись различные соотношения МДЭА и ДЭА, при которых достигаются нормативно-качественные характеристики природного газа.

При моделировании процесса сероочистки с использованием аминов в различных комбинациях и относительно низких входных давлениях по отношению к проектным, с учетом требования стандарта O’zDst 948 видны результаты расчета.

В таблице 1 представлены основные аналитические показатели моделирования.Результаты, показывающие зависимость массового расхода растворов амина для достижения нормативных значений по содержанию кислых компонентов от соотношения аминовых реагентов в конечном растворе, а также экономические аспекты реализации каждого рассматриваемого варианта приведены в рисунках 2,3.

Очистка углеводородных газов этаноламинами

В углеводородном сырье содержатся такие серосодержащие примеси, как сероводород, серооксид углерода, сероуглерод, меркаптаны, а в газовом конденсате – также сульфиды и дисульфиды. Их содержание нежелательно (они вызывают коррозию оборудования и отравляют катализаторы), и их удаляют.

Меркаптаны и сульфиды при гидроочистке превращаются в сероводород, который легко отделить при помощи абсорбции этаноламинами.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от сероводорода и углекислого газа являются:

  • моноэтаноламин (МЭА)
  • диэтаноламин (ДЭА)
  • триэтаноламин (ТЭА)
  • дигликольамин (ДГА)
  • диизопропаноламин (ДИПА)
  • метилдиэтаноламин (МДЭА)
Читайте так же:
Лучшие сплит-системы Jax: семь популярных моделей + нюансы выбора климатической техники

Наибольшее практическое применение получили моно- и диэтаноламин. Использование ДЭА особенно целесообразно в тех случаях, когда в исходном газе наряду с Н2S и СО2 содержатся COS и СS2, которые вступают в необратимую реакцию с МЭА, вызывая его значительные потери. Для селективного извлечения Н2S в присутствии СO2 используют третичный амин – метилдиэтаноламин.

В физических процессах извлечение кислых компонентов из газа происходит за счет физического растворения их в применяемом абсорбенте. При этом, чем выше парциальное давление компонентов, тем выше их растворимость. Из физических абсорбентов промышленное применение для очистки газов нашли такие, как:

  • метанол
  • N-метилпирролидон
  • алкиловые эфиры полиэтилен гликоля
  • пропиленкарбонат

Присутствие гидроксильной группы снижает давление насыщенных паров и повышает растворимость амина в воде, а аминогруппа придает водным растворам щелочность, необходимую для взаимодействия с Н2S и СO2, которые в водной среде диссоциируют с образованием слабых кислот.

Алканоламины – это бесцветные, вязкие, гигроскопичные жидкости, смешивающиеся с водой и низкомолекулярными спиртами во всех соотношениях; они почти нерастворимы в неполярных растворителях.

Их применяют, как правило, в виде водных растворов. Концентрация амина в растворе может изменяться в широких пределах, ее выбирают на основании опыта работы и по соображениям коррозии оборудования.

Алканоламины, будучи основаниями, легко вступают в реакцию с кислыми примесями, образуя ассоциаты. Таким образом, кислые примеси накапливаются в жидкости.

Отработанные этаноламины легко регенерируются, при нагреве отдавая кислые газы. Процесс Клауса позволяет переработать сероводород в товарный продукт – элементарную серу.

Часть из них на стадии регенерации абсорбента разрушается и снова выделяет алканоламин, другая часть нерегенерируется, что является одной из причин потерь амина. Наибольшее количество нерегенерируемых соединений характерно для первичных 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 наверх его.

После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается наверх абсорбера. Тепло, необходимое для регенерации насыщенного раствора, сообщается раствору в рибойлерах, обогреваемым 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 в верх десорбера несколько выше входа насыщенного раствора для конденсации паров амина из потока кислого газа. В схеме предусмотрен экспанзер (выветриватель) при Р очистки >1,6МПа, 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 распространеие в промышленности получила схема с раздельными потоками подачи в абсорбер регенерированного раствора одинаковой степени регенерации. 70-80% раствора подается в середину абсорбера, а остальное количество – наверх.

Это позволяет снизить затраты энергии на перекачку раствора, уменьшить металлоемкость абсорбера (верхняя часть меньшего диаметра), а также повысить степень извлечения СОS (в случае его наличия в газе) за счет подачи среднего потока раствора с более высокой температурой и осуществления реакции гидролиза СОS.

Очистка газ углеводород гелий

В схеме аминов и очистки газа с высоким содержанием кислых компонентов 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 регенерацию раствора.

При очистке 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
(< 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. При очистке газа, содержащего Н2S и СO2, в абсорбере может быть предусмотрена зона поглощения и гидролиза СОS, состоящая из пяти-восьми тарелок, куда подается регенерированный раствор амина с повышенной температурой 70-80°С.

Выбор рабочего раствора

При выборе рабочего раствора для очистки газа, кроме доступности и цены алканоламина, руководствуются следующими положениями:

1. Первичные алканоламины более реакционноспособны, и их применение предпочтительнее. Кроме того, МЭА имеет низкую молекулярную массу и при одинаковой концентрации в растворе содержится больше молей амина, чем у других аминов.

2. Наличие СОS в газе исключает применение первичных алканоламинов из-за образования нерегенерируемых побочных продуктов и больших потерь амина. В этом случае предпочтителен ДЭА. При выборе амина необходимо также учитывать и другие продукты деградации амина.

З. Для селективного извлечения Н2S рекомендуют примерять третичные амины, в частности МДЭА. Также третичные амины применяют с целью снижения эксплуатационных затрат.

Обычные массовые доли аминов в растворе, используемых для очистки, %: МЭА 15-20, ДЭА 20-30, МДЭА 30-50.

Читайте так же:
Встраиваемые посудомоечные машины шириной 45 см: рейтинг лучших моделей и производителей

Теплота абсорбции кислых газов различными аминами

Теплота абсорбции, КДж/кг
Тип аминаМол. вес аминаH2SCO2
МЭА61,0919051920
ДЭА105,1411901510
ДИПА133,1911402180
МДЭА119,1710501420

Очистка газа физическими абсорбентами

В отличие от этаноламинов физические абсорбенты позволяют извлечь из газа одновременно с Н2Sи СO2 сероорганические примеси – меркаптанты, карбонилсульфид, сероуглерод, а в ряде случаев и осушить газ. Кроме того, затраты энергии на регенерацию абсорбентов значительно ниже вследствие непрочности соединений абсорбент – примесь.

Поэтому на практике иногда экономичнее использовать физические абсорбенты для очистки газа, хотя они и значительно дороже этаноламинов. Ограничением их широкого применения (помимо стоимости) является повышенная растворимость углеводородных компонентов газа в абсорбенте, что усложняет технологическую схему процесса и ухудшает качество получаемых кислых газов – сырья для серы, а также невозможность получить глубокую степень очистки.

В качестве физических абсорбентов для очистки газов применяют соединения различных классов: алифатические спирты, эфиры гликолей, гетероциклические соединения и др. В промышленности наибольшее распространение получили моно- и диалкиловые эфиры полиэтиленгликолеи (ПЭГ), имеющие фирменное название “Селексол” и “Сепасолв”.

Физико-химические абсорбенты для очистки газа

Высокая и нежелательная растворимость углеводородных компонентов газа в физических абсорбентах, невозможность достичь глубокой степени очистки обусловили разработку и применение гибридных абсорбентов, представляющих собой смесь физико-химических абсорбентов. Такие абсорбенты по своим технологическим показателям занимают промежуточное положение между химическими и физическими, сохраняя их преимущества.

Одним из первых промышленных абсорбентов этого класса является абсорбент “Сульфинол” – смесь ДИПА, сульфолана и воды (5 – 15%). Последним достижением в этой области является серия абсорбентов “Укарсол” фирмы “Дау” (США). Селективный абсорбент “Укарсол” состоит из смеси МДЭА, воды и алкиловых эфиров ПЭГ (остальное). Абсорбент позволяет селективно очистить газ от Н2S в присутствии СO2 и извлечь меркаптаны и СOS.

Промышленные результаты очистки природного газа «Укарсолом» и МДЭА

Показатель«Укарсол»МДЭА
Содержание в исходном газе, мг/ м3
Н2S3*3*
СО24,5*4,5*
RSН8080
СО37575
Содержание в очищенном газе, мг/м3
Н2S66
CO22,5*2,5*
RSН1670
СО31560
Кратность орошения,л/м32,21
Число контактных тарелок3232
Температура регенерированного амина4040

Объемная доля, %

Глубокая осушка газа

Газ в пластовых условиях насыщен парами воды до равновесного состояния. Количество паров воды зависит от температуры, давления и состава газа:

  • Чем выше температура, тем больше количество влаги в газе;
  • Чем выше давление, тем меньше в газе влаги;
  • Чем больше в газе тяжелых углеводородов, тем меньше паров воды содержится в нем в равновесном состоянии;
  • Присутствие в газе сероводорода и углекислоты способствует росту количества паров воды;
  • Присутствие в газе азота способствует уменьшения содержания паров воды.

Поэтому с момента выхода газа из скважины по всем стадиям его промысловой переработки содержание влаги в газе меняется.

Присутствие влаги в природном газе вызывает большие осложнения в аппаратах и коммуникациях подготовки и транспортировки газа из-за образования гидратов, создающих иногда аварийные ситуации. Особенно это важно в тех случаях, когда переработка газа ведется при низких температурах, при которых точка росы должна быть также очень низкой.

Существует четыре способа осушки:

  • Осушка охлаждением, так как снижение температуры при постоянном давлении снижает влагосодержание;
  • Абсорбционная сушка, т.е. поглощение влаги абсорбентом;
  • Адсорбционная сушка;
  • Осушка комбинированием указанных выше способов.

Осушка охлаждением основана на том, что если при постоянном давлении охлаждать газ, то избыточная влага будет конденсироваться, а точка росы соответственно снижаться. Если, например, газ при давлении 5 МПа охлаждается от +20 до -20 °С, то содержание влаги в нем снижается примерно от 0,3 г/м3 до 0,04 г/м3, т.е. почти в 10 раз. При таком способе осушки нижний предел охлаждения газа ограничивают обычно условиями образования гидратов или же используют ингибиторы. Самостоятельного применения такой способ осушки не нашел; он применяется обычно в комбинации с другими способами.

Абсорбционная осушка газа основана на использовании влагопоглощающих абсорбентов – диэтиленгликоля или триэтиленгликоля. Максимально возможной депрессии точки росы газа (80-90 °С) можно достичь, используя двухступенчатую осушку.

Мы работаем уже 10 лет, поставляли промышленные насосы для самых разных задач и накопили большой опыт решений. Предложим грамотное решение, рассчитаем стоимость в короткие сроки. Задайте свой вопрос.

Абсорбционные методы очистки

Сорбционные методы очистки газов от сероводорода растворами алканоламинов

Технология аминовой очистки

Алканоламины, будучи щелочами, легко вступают в реакцию с H2S, образуя водорастворимые соли. Процесс взаимодействия H2S с алканоламинами описывается следующими суммарными реакциями (на примере моноэтаноламина).

Процесс поглощения сероводорода сопровождается выделением теплоты (таблица 1), а процесс регенерации раствора абсорбента — поглощением теплоты.

Меркаптаны обратимо реагируют с алканоламинами с образованием водорастворимых меркаптидов, разрушающихся при регенерации раствора абсорбента. Серооксид углерода в водных растворах аминов гидролизуется:

Образовавшиеся H2S и СО2 реагируют с аминами по основным реакциям, но эти реакции из-за малого содержания СОS в исходном газе никогда не доходят до конца.

В насыщенном растворе абсорбента сероводород и другие извлекаемые компоненты газа находятся не только в связанном виде за счет химических реакций, но и в свободном, растворенном виде.

Согласно принципу Ле-Шателье понижение температуры и повышение давления способствует протеканию реакций в прямом направлении, а повышение температуры и понижение давления — в обратном направлении. Это положение является определяющим при выборе режимов очистки газа и регенерации насыщенного абсорбента.

Таблица 1 — Основные физико-химические свойства алканоламинов

Плотность при 20 0 С, кг/м 3

Температура, 0 С:

кипения при атмосферном давлении

Давление насыщенных паров при 60 0 С, Па

Читайте так же:
Рейтинг туристических газовых плиток: ТОП-10 популярных вариантов и правила выбора лучшего

Динамическая вязкость при 20 0 С, 10 3 Па?с

Удельная теплоемкость при 20 0 С,

Массовая доля амина в рабочем растворе, %

Теплота реакции, кДж/кг:

Содержание основного вещества, % мас.,

Принципиальная технологическая схема однопоточной абсорбционной очистки газа растворами этаноламинов приведена на рисунке 1. Поступающий на очистку газ I проходит восходящим потоком через абсорбер 1 навстречу потоку регенерированного абсорбента V. Насыщенный кислыми газами раствор абсорбента VI, выходящий с низа абсорбера, подогревается в теплообменнике 5 регенерированным раствором из десорбера 6 и подается на верх его. После частичного охлаждения в теплообменнике 5 регенерированный раствор дополнительно охлаждается в холодильнике 3 и подается наверх абсорбера 1.

Технологическая схема однопоточной аминовой очистки газа

Рисунок 1. Технологическая схема однопоточной аминовой очистки газа:

1 — абсорбер; 2 — емкость регенерированного абсорбента;

3 — холодильник; 4 — экспанзер; 5 — теплообменник; 6 — десорбер;

7 — конденсатор-холодильник; 8 — сеператор; 9 — рибойлер;

I — исходный газ; II — очищенный газ; III — экспанзерный газ;

IV — кислые газы; V, VI — соответственно регенерированный

и насыщенный растворы амина

Тепло, необходимое для регенерации насыщенного раствора, сообщается последнему в рибойлерах, обогреваемых водяным паром. Кислый газ из десорбера охлаждается для конденсации содержащихся в нем водяных паров. Конденсат этих паров из сепаратора 8 возвращают в десорбер 6 несколько выше входа насыщенного раствора амина.

В схеме предусмотрен экспанзер (выветриватель) 4, в котором за счет снижения давления насыщенного раствора выделяются физически растворенные в абсорбенте углеводороды и частично сероводород и диоксид углерода. Экспанзерный газ III после очистки используется в качестве топливного газа или компримируется и подается в исходный газ I.

В представленной на рисунке 1 схеме регенерированный абсорбент подается одним потоком (поэтому схема названа однопоточной) на верхнюю тарелку абсорбера. Однако, помимо описанной, в промышленности широкое распространение получила схема с раздельными потоками подачи в абсорбер регенерированного абсорбента одинаковой степени регенерации: 70-80 % раствора абсорбента подается в середину абсорбера, а остальное количество — на верхнюю тарелку. Это позволяет снизить затраты энергии на перекачку раствора абсорбента, уменьшить металлоемкость абсорбера (абсорбер имеет меньший диаметр выше тарелки ввода абсорбента в его середине из-за меньших жидкостных нагрузок на тарелках), а также повысить степень извлечения СОS за счет подачи среднего потока раствора абсорбента с более высокой температурой и осуществления реакции гидролиза СОS.

В случае большого содержания в очищаемом газе кислых компонентов также целесообразно применение двухпоточного ввода абсорбента, но разной степени регенерации. Частично регенерированный абсорбент подается в среднюю часть абсорбера, а на верхнюю тарелку подается глубокорегенерированный абсорбент для тонкой очистки газа. Такая схема по сравнению с обычной однопоточной схемой (рисунок.1) позволяет на 10-15 % снизить расход водяного пара на регенерацию. Кроме того, при очистке высококислых газов необходимо осуществлять двойное выветривание насыщенного раствора абсорбента при разных давлениях: первоначально при давлении 1,5-2,0 МПа для выделения основного количества растворенных углеводородов, а на второй ступени при давлении, близким к атмосферному, без подвода тепла выделяется часть кислых газов, которая направляется непосредственно на производство серы. За счет двухступенчатого выветривания дополнительно экономится до 10 % водяного пара, подаваемого в рибойлеры десорбера, но при этом устанавливается насос для подачи насыщенного раствора абсорбента из второго выветривателя в десорбер, который работает в неблагоприятных условиях при высокой степени насыщения раствора абсорбента кислыми компонентами и высокой температуре раствора (до 65-75 0 С).

При очистке газа, содержащего СОS наряду с H2S и СО2 в абсорбере может быть предусмотрена зона поглощения и гидролиза СОS, состоящая из 5-8 тарелок, куда подается регенерированный раствор амина в количестве 10-15 % от общего объема с температурой до 70-80 0 С.

В промышленных схемах аминовой очистки газа предусматриваются также системы фильтрации раствора и ввода антивспенивателя.

На рисунке 2 приведена принципиальная технологическая схема установок аминовой очистки газов с высоким содержанием кислых компонентов, эксплуатируемых в Канаде, Франции, США и на Астраханском ГПЗ. В ней предусмотрены и раздельный ввод в абсорбер частично и полностью регенерированного раствора амина, и двухступенчатое выветривание насыщенного раствора амина, и зона поглощения и гидролиза СОS в абсорбере.

При МЭА-очистке общая степень насыщения раствора абсорбента кислыми газами составляет от 0,3-0,4 до 0,6-0,7 моль/моль МЭА.

Технологический режим в абсорбере следующий: температура исходного газа — 30-35 0 С, регенерированного МЭА — 35-45 0 С; давление 3 МПа. Десорбер работает при следующих параметрах: температура насыщенного амина на входе в десорбер — 85-95 0 С, регенерированного амина в кубе десорбера — 110-120 0 С (не более 125 0 С); давление 0,3-0,8 МПа. Количество тарелок в абсорбере и десорбере составляет 20-25 штук, тип тарелок — клапанные, ситчатые или решетчатые, коэффициент полезного действия — 0,25-0,40.

ДЭА-процесс существует в двух разновидностях — обычный ДЭА-процесс (концентрация ДЭА в растворе 20-25 % мас., поглотительная способность по кислым компонентам — 0,5-0,8 моль/моль ДЭА) и ДЭА-SNPA-процесс (концентрация ДЭА в растворе 25-30 % мас., поглотительная способность по кислым компонентам — 1,0-1,3 моль/моль ДЭА). Первая разновидность используется при наличии в исходном газе COS и СS2 и парциальном давлении кислых компонентов в нем от 0,2 МПа и выше, вторая — при парциальном давлении кислого газа выше 0,4 МПа. Технологический режим в абсорбере при ДЭА — очистке следующий: температура верхнего потока абсорбера — 35-40 0 С; среднего потока — 70-80 0 С; насыщенного абсорбента — 65-75 0 С; давление — 6,0-7,0 МПа; общий расход раствора абсорбента — 1,0-1,5 л/м 3 газа. Параметры технологического режима десорбера следующие: температура верха — 50-55 0 С; питания — 105-115 0 С; низа — 120-125 0 С; давление — 0,18-0,25 МПа. Количество тарелок в абсорбере и десорбере, их тип и к.п.д. такие же, как и при МЭА-очистке.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию