Amiinikaasun puhdistus vetysulfidista: periaate, tehokkaat vaihtoehdot ja laitoskaaviot

Kentäiltä putkistoja pitkin kuluttajille toimitettava maakaasu sisältää rikkiyhdisteitä eri suhteissa.Jos et pääse niistä eroon, aggressiiviset aineet tuhoavat putkilinjan ja tekevät liittimistä käyttökelvottomia. Lisäksi, kun saastunutta sinistä polttoainetta poltetaan, vapautuu myrkkyjä.

Kielteisten seurausten välttämiseksi suoritetaan amiinikaasun puhdistus vetysulfidista. Tämä on yksinkertaisin ja edullisin tapa erottaa haitalliset komponentit fossiilisista polttoaineista. Kerromme sinulle, kuinka rikkisulkeutumien erotusprosessi tapahtuu, kuinka puhdistuslaitos on suunniteltu ja toimii.

Fossiilisten polttoaineiden puhdistamisen tarkoitus

Kaasu on suosituin polttoainetyyppi. Se houkuttelee edullisimmalla hinnalla ja aiheuttaa vähiten vahinkoa ympäristölle. Kiistämättömiä etuja ovat palamisprosessin hallinnan helppous ja kyky varmistaa polttoaineen käsittelyn kaikki vaiheet lämpöenergian tuotannon aikana.

Luonnonkaasumaista mineraalia ei kuitenkaan louhita puhtaassa muodossaan, koska Samanaikaisesti kaasun poiston kanssa kaivosta pumpataan pois siihen liittyviä orgaanisia yhdisteitä. Yleisin niistä on rikkivety, jonka pitoisuus vaihtelee esiintymän mukaan kymmenesosista kymmeneen prosenttiin tai enemmän.

Rikkivety on myrkyllistä, ympäristölle vaarallista ja haitallista kaasunkäsittelyssä käytettäville katalyyteille. Kuten olemme jo todenneet, tämä orgaaninen yhdiste on erittäin aggressiivinen teräsputkia ja metalliventtiilejä kohtaan.

Luonnollisesti korroosio yksityinen järjestelmä ja pääkaasuputki, rikkivety johtaa sinisen polttoaineen vuotamiseen ja tähän asiaan liittyviin erittäin negatiivisiin, riskialttiisiin tilanteisiin. Kuluttajan suojelemiseksi kaasumaisesta polttoaineesta poistetaan terveydelle haitalliset yhdisteet ennen sen toimittamista putkistoon.

Standardien mukaan putkien kautta kuljetettavan kaasun rikkivetyyhdisteiden määrä ei saa ylittää 0,02 g/m³. Itse asiassa niitä on kuitenkin paljon enemmän. GOST 5542-2014:n säätelemän arvon saavuttamiseksi tarvitaan puhdistus.

Olemassa olevat menetelmät rikkivedyn erottamiseen

Muiden epäpuhtauksien joukossa vallitsevan rikkivedyn lisäksi sininen polttoaine voi sisältää myös muita haitallisia yhdisteitä. Siitä löytyy hiilidioksidia, kevyitä merkaptaaneja ja hiilisulfidia. Mutta rikkivety itsessään on aina vallitseva.

On syytä huomata, että pieni rikkiyhdisteiden pitoisuus puhdistetussa kaasumaisessa polttoaineessa on hyväksyttävä. Erityinen toleranssiluku riippuu siitä, mihin tarkoitukseen kaasua tuotetaan.Esimerkiksi eteenioksidin valmistamiseksi rikkiepäpuhtauksien kokonaispitoisuuden tulee olla alle 0,0001 mg/m³.

Puhdistusmenetelmä valitaan halutun tuloksen perusteella.

Kaikki nykyiset menetelmät on jaettu kahteen ryhmään:

• Sorptiivinen. Niihin liittyy rikkivetyyhdisteiden absorptio kiinteällä (adsorptio) tai nestemäisellä (absorptio) reagenssilla, jonka jälkeen vapautuu rikkiä tai sen johdannaisia. Tämän jälkeen kaasusta erotetut haitalliset epäpuhtaudet hävitetään tai käsitellään.
• Katalyyttinen. Ne koostuvat rikkivedyn hapettamisesta tai pelkistämisestä, jolloin se muunnetaan alkuainerikiksi. Prosessi suoritetaan katalyyttien läsnä ollessa - aineita, jotka stimuloivat kemiallisen reaktion kulkua.

Adsorptio sisältää rikkivedyn keräämisen konsentroimalla se kiinteän aineen pinnalle. Useimmiten adsorptioprosessissa käytetään rakeisia materiaaleja, jotka perustuvat aktiivihiileen tai rautaoksidiin. Jyveille tyypillinen suuri ominaispinta-ala edistää rikkimolekyylien maksimaalista retentiota.

Kaikki sinisen polttoaineen puhdistusmenetelmät on jaettu sorptioon ja katalyyttiseen. Siivouslaitteisto on keskittynyt tietyn tekniikan toimintaperiaatteeseen. On kuitenkin asennuksia, joissa yhdistetään useita menetelmiä, mikä johtaa kokonaisvaltaiseen puhdistukseen.

Absorptiotekniikka eroaa siinä, että kaasumaiset rikkivetyä sisältävät epäpuhtaudet liukenevat aktiiviseen nestemäiseen aineeseen. Tämän seurauksena kaasumaiset epäpuhtaudet siirtyvät nestefaasiin. Sitten eristetyt haitalliset komponentit poistetaan strippauksella, muuten desorptiolla, tällä menetelmällä ne poistetaan reaktiivisesta nesteestä.

Huolimatta siitä, että adsorptiotekniikka viittaa "kuiviin prosesseihin" ja mahdollistaa sinisen polttoaineen hienopuhdistuksen, absorptiota käytetään useammin epäpuhtauksien poistamiseen maakaasusta. Rikkivetyyhdisteiden keruu ja eliminointi nestemäisillä absorbenteilla on kannattavampaa ja tarkoituksenmukaisempaa.

Suosituin adsorbentin tyyppi on aktiivihiili, jota käytetään kapseleiden tai jyvien muodossa. Jokaisen elementin pinta "absorboi" rikkivetyä ja muita orgaanisia sulkeumia

Kaasunpuhdistuksessa käytettävät absorptiomenetelmät on jaettu kolmeen ryhmään:

• Kemiallinen. Valmistettu käyttämällä liuottimia, jotka reagoivat helposti rikkivedyn happamien epäpuhtauksien kanssa. Etanoliamiineilla tai alkanoliamiineilla on kemiallisista sorbenteista suurin absorptiokyky.
• Fyysinen. Ne suoritetaan liuottamalla fyysisesti rikkivetyä nesteen absorboijassa. Lisäksi mitä korkeampi kaasumaisen epäpuhtauden osapaine on, sitä nopeammin liukenemisprosessi tapahtuu. Metanolia, propyleenikarbonaattia jne. käytetään tässä absorboijana.
• Yhdistetty. Rikkivedyn uuton sekaversiossa molemmat tekniikat ovat mukana. Päätyö tehdään absorptiolla, ja hienopuhdistus suoritetaan adsorbenteilla.

Puolen vuosisadan ajan suosituin ja suosituin tekniikka rikkivedyn ja hiilihapon erottamiseksi ja poistamiseksi luonnonpolttoaineista on ollut kemiallinen kaasun puhdistus vesiliuoksen muodossa käytetyllä amiinisorbentilla.

Sorptiomenetelmät luonnonpolttoaineiden puhdistamiseksi perustuvat kiinteiden ja nestemäisten aineiden kykyyn reagoida rikkivedyn ja muiden orgaanisten epäpuhtauksien kanssa vapauttaen niitä siten kaasukoostumuksesta.

Amiinitekniikka soveltuu paremmin suurten kaasumäärien käsittelyyn, koska:

• Ei pulaa. Reagensseja voi aina ostaa puhdistukseen tarvittava määrä.
• Hyväksyttävä absorptio. Amiineille on ominaista korkea absorptiokyky. Kaikista käytetyistä aineista vain ne pystyvät poistamaan 99,9 % vetysulfidista kaasusta.
• Ensisijaiset ominaisuudet. Vesipitoisille amiiniliuoksille on tunnusomaista hyväksyttävin viskositeetti, höyryntiheys, lämpö- ja kemiallinen stabiilisuus sekä alhainen lämpökapasiteetti. Niiden ominaisuudet takaavat absorptioprosessin parhaan kulun.
• Ei reaktiivisten aineiden myrkyllisyyttä. Tämä on tärkeä argumentti, joka saa ihmisen turvautumaan amiinimenetelmään.
• Selektiivisyys. Selektiiviseen imeytymiseen vaadittava laatu. Se tarjoaa mahdollisuuden suorittaa tarvittavat reaktiot peräkkäin optimaalisen tuloksen edellyttämässä järjestyksessä.

Etanoliamiineja, joita käytetään kemiallisissa menetelmissä kaasun puhdistamiseksi rikkivedystä ja hiilidioksidista, ovat monoetanoliamiinit (MEA), dietanoliamiinit (DEA) ja trietanoliamiinit (TEA). Lisäksi kaasusta ja H:sta poistetaan aineet, joiden etuliitteet ovat mono- ja di-₂S ja CO₂. Mutta kolmas vaihtoehto auttaa poistamaan vain rikkivetyä.

Sinisen polttoaineen valikoivassa puhdistuksessa käytetään metyylidietanoliamiineja (MDEA), diglykolamiineja (DGA) ja di-isopropanoliamiineja (DIPA). Selektiivisiä absorbentteja käytetään pääasiassa ulkomailla.

Luonnollisesti ihanteelliset imuaineet, jotka täyttävät kaikki puhdistusvaatimukset ennen järjestelmään toimittamista kaasulämmitys eikä muita laitteita ole vielä saatavilla. Jokaisella liuottimella on joitain etuja ja haittoja. Kun valitset reaktiivista ainetta, valitse vain sopivin useista ehdotetuista aineista.

Tyypillisen asennuksen toimintaperiaate

Suurin absorptiokapasiteetti suhteessa H₂S:lle on tunnusomaista monoetanoliamiiniliuos. Tällä reagenssilla on kuitenkin pari merkittävää haittapuolta. Sille on ominaista melko korkea paine ja kyky luoda palautumattomia yhdisteitä hiilisulfidin kanssa amiinikaasun puhdistusyksikön käytön aikana.

Ensimmäinen haitta eliminoituu pesulla, jonka seurauksena amiinihöyryt imeytyvät osittain. Toista tavataan harvoin kenttäkaasujen käsittelyn aikana.

Monoetanoliamiinin vesiliuoksen pitoisuus valitaan kokeellisesti ja sitä käytetään tehdyn tutkimuksen perusteella tietyltä alueelta peräisin olevan kaasun puhdistamiseen. Reagenssin prosenttiosuuden valinnassa otetaan huomioon sen kyky kestää rikkivedyn aggressiivisia vaikutuksia järjestelmän metallikomponentteihin.

Tyypilliset imukykyiset pitoisuudet ovat tyypillisesti 15 - 20 %. Usein kuitenkin käy niin, että pitoisuutta nostetaan 30 %:iin tai vähennetään 10 %:iin riippuen siitä, kuinka korkean puhdistusasteen tulee olla. Nuo. mihin tarkoitukseen, lämmitykseen tai polymeeriyhdisteiden valmistukseen, kaasua käytetään.

Huomaa, että amiiniyhdisteiden pitoisuuden kasvaessa rikkivedyn syövyttävä potentiaali pienenee. Mutta meidän on otettava huomioon, että tässä tapauksessa reagenssin kulutus kasvaa. Tämän seurauksena puhdistetun kaupallisen kaasun hinta nousee.

Puhdistuslaitoksen pääyksikkö on levyn tai asennetun lajikkeen absorboija. Tämä on pystysuoraan suunnattu laite, joka muistuttaa ulkonäöltään koeputkea ja jonka sisällä on suuttimet tai levyt. Sen alaosassa on tuloaukko puhdistamattoman kaasuseoksen syöttämiseksi, yläosassa on ulostulo pesuriin.

Jos laitoksessa puhdistettava kaasu on riittävän paineen alaisena, jotta reagenssi pääsee kulkeutumaan lämmönvaihtimeen ja sieltä poistokolonniin, prosessi tapahtuu ilman pumpun osallistumista.Jos paine on liian alhainen prosessin edetmiseen, pumppaustekniikka stimuloi ulosvirtausta

Kaasuvirtaus pakotetaan tuloerottimen läpi kulkemisen jälkeen absorboijan alaosaan. Sitten se kulkee rungon keskellä olevien levyjen tai suuttimien läpi, joille epäpuhtaudet kerrostuvat. Amiiniliuoksella täysin kostutetut suuttimet on erotettu toisistaan ​​ristikoilla reagenssin tasaisen jakautumisen varmistamiseksi.

Seuraavaksi sininen polttoaine, joka on puhdistettu epäpuhtauksista, lähetetään pesuriin. Tämä laite voidaan kytkeä prosessointipiiriin vaimentimen jälkeen tai sijoittaa sen yläosaan.

Käytetty liuos virtaa alas absorboijan seiniä pitkin ja lähetetään strippauskolonniin - kattilalla varustettuun stripperiin. Siellä liuos puhdistetaan imeytyneistä epäpuhtauksista vesihöyryillä, jotka vapautuvat keitettäessä vettä, jotta se palautetaan takaisin laitteistoon.

Regeneroitu, ts. rikkivetyyhdisteistä vapautettuna liuos virtaa lämmönvaihtimeen. Siinä neste jäähdytetään siirrettäessä lämpöä saastuneen liuoksen seuraavaan osaan, minkä jälkeen se pumpataan jääkaappiin höyryn täydelliseksi jäähdyttämiseksi ja kondensoimiseksi.

Jäähtynyt imukykyinen liuos syötetään takaisin absorboijaan. Näin reagenssi kiertää koko asennuksen ajan. Sen höyryt myös jäähdytetään ja puhdistetaan happamista epäpuhtauksista, minkä jälkeen ne täydentävät reagenssivarastoa.

Useimmiten kaasunpuhdistuksessa käytetään kaavioita monoetanoliamiinilla ja dietanoliamiinilla. Nämä reagenssit mahdollistavat rikkivedyn lisäksi myös hiilidioksidin uuttamisen sinisestä polttoaineesta.

Jos CO on samanaikaisesti poistettava prosessoitavasta kaasusta₂ ja H₂S, kaksivaiheinen puhdistus suoritetaan.Se koostuu kahden pitoisuudeltaan eroavan liuoksen käyttämisestä. Tämä vaihtoehto on edullisempi kuin yksivaiheinen puhdistus.

Ensin kaasumainen polttoaine puhdistetaan vahvalla koostumuksella, joka sisältää 25-35% reagenssia. Sitten kaasu käsitellään heikolla vesiliuoksella, jossa vaikuttavaa ainetta on vain 5-12 %. Tämän seurauksena sekä karkea- että hienopuhdistus suoritetaan minimaalisella liuoksen kulutuksella ja syntyvän lämmön kohtuullisella käytöllä.

Neljä alkoholiamiinipuhdistusvaihtoehtoa

Alkonoliamiinit tai aminoalkoholit ovat aineita, jotka sisältävät amiiniryhmän lisäksi myös hydroksiryhmän.

Maakaasun alkanoliamiineilla puhdistavien laitteistojen ja tekniikoiden suunnittelu eroaa pääasiassa absorboivan aineen syöttötavan suhteen. Kaasunpuhdistuksessa käytetään useimmiten neljää päämenetelmää käyttämällä tämän tyyppisiä amiineja.

Ensimmäinen tapa. Määrittää ennalta aktiivisen liuoksen syöttämisen yhdessä virtauksessa ylhäältä. Absorbentin koko tilavuus ohjataan asennuksen ylälevyyn. Puhdistusprosessi tapahtuu lämpötilan taustalla, joka ei ole korkeampi kuin 40ºС.

Yksinkertaisin puhdistusmenetelmä sisältää aktiivisen liuoksen syöttämisen yhdessä virrassa. Tätä tekniikkaa käytetään, jos epäpuhtauksien määrä kaasussa on merkityksetön

Tätä tekniikkaa käytetään yleensä vähäisiin rikkivetyyhdisteiden ja hiilidioksidin aiheuttamiin kontaminaatioihin. Kokonaislämpövaikutus kaupallisen kaasun tuotannossa on pääsääntöisesti pieni.

Toinen tapa. Tätä puhdistusvaihtoehtoa käytetään, kun kaasumaisessa polttoaineessa on paljon rikkivetyyhdisteitä.

Tässä tapauksessa reagenssiliuos syötetään kahdessa virrassa. Ensimmäinen, jonka tilavuus on noin 65-75% kokonaismassasta, lähetetään asennuksen keskelle, toinen syötetään ylhäältä.

Amiiniliuos virtaa alas astioita ja kohtaa nousevat kaasuvirrat, jotka pakotetaan imukykyisen yksikön alemmalle alustalle. Ennen syöttöä liuos kuumennetaan enintään 40 ºC:seen, mutta kaasun vuorovaikutuksessa amiinin kanssa lämpötila nousee merkittävästi.

Jotta puhdistustehokkuus ei heikkene lämpötilan nousun seurauksena, ylimääräinen lämpö poistetaan rikkivedyn kyllästetyn jäteliuoksen mukana. Ja asennuksen yläosassa virtausta jäähdytetään jäljellä olevien happamien komponenttien poistamiseksi kondensaatin mukana.

Toinen ja kolmas kuvatuista menetelmistä määräävät ennalta imukykyisen liuoksen syöttämisen kahdessa virrassa. Ensimmäisessä tapauksessa reagenssi toimitetaan samassa lämpötilassa, toisessa - eri lämpötilassa.

Tämä on taloudellinen menetelmä, joka vähentää sekä energian että aktiivisen ratkaisun kulutusta. Lisälämmitystä ei suoriteta missään vaiheessa. Teknologisesti pohjimmiltaan se on kaksitasoinen puhdistus, joka tarjoaa mahdollisuuden valmistella kaupallista kaasua putkilinjaan syötettäväksi minimaalisilla häviöillä.

Kolmas tapa. Se sisältää absorboijan syöttämisen puhdistuslaitteistoon kahdessa eri lämpötilassa olevassa virtauksessa. Menetelmää käytetään, jos raakakaasu sisältää rikkivedyn ja hiilidioksidin lisäksi myös CS:tä₂ja COS.

Valtaosa absorboijasta, noin 70-75%, lämpenee 60-70 ºС ja loppuosa vain 40 ºС. Virtaukset syötetään absorboijaan samalla tavalla kuin edellä kuvatussa tapauksessa: ylhäältä ja keskeltä.

Korkean lämpötilan vyöhykkeen muodostuminen mahdollistaa orgaanisten epäpuhtauksien nopean ja tehokkaan poistamisen kaasumassasta puhdistuskolonnin pohjalla. Ja yläosassa hiilidioksidi ja rikkivety saostetaan amiinilla normaalilämpötilassa.

Neljäs menetelmä. Tämä tekniikka määrittää ennalta vesipitoisen amiiniliuoksen syöttämisen kahdessa virrassa, joilla on eri regeneraatioaste. Toisin sanoen yksi toimitetaan puhdistamattomassa muodossa, joka sisältää rikkivetyä, toinen - ilman niitä.

Ensimmäistä virtaa ei voida kutsua täysin saastuneeksi. Se sisältää vain osittain happamia komponentteja, koska osa niistä poistuu lämmönvaihtimessa +50º/+60ºC:een jäähdytettäessä. Tämä liuosvirtaus otetaan pohjastripperisuuttimesta, jäähdytetään ja ohjataan kolonnin keskiosaan.

Jos kaasumaisessa polttoaineessa on huomattava määrä rikkivetyä ja hiilidioksidia, puhdistetaan kahdella liuosvirralla, joilla on eri regeneraatioaste.

Vain se osa liuoksesta, joka pumpataan laitteiston yläosaan, puhdistetaan syvältä. Tämän virran lämpötila ei yleensä ylitä 50 ºС. Täällä suoritetaan kaasumaisen polttoaineen hienopuhdistus. Tämän järjestelmän avulla voit vähentää kustannuksia vähintään 10 % vähentämällä höyryn kulutusta.

On selvää, että puhdistusmenetelmä valitaan orgaanisten epäpuhtauksien läsnäolon ja taloudellisen kannattavuuden perusteella. Joka tapauksessa erilaisten teknologioiden avulla voit valita parhaan vaihtoehdon. Samassa amiinikaasun käsittelylaitoksessa on mahdollista vaihdella puhdistusastetta, jolloin saadaan sinistä polttoainetta työhön tarvittavalla kaasukattilat, uunien, lämmittimien ominaisuudet.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Seuraava video esittelee rikkivedyn uuttamisen erityispiirteet siihen liittyvästä kaasusta, jota tuotetaan öljyn kanssa öljykaivossa:

Videolla esitellään laitteisto sinisen polttoaineen puhdistamiseksi rikkivedystä alkuainerikin tuottamiseksi jatkokäsittelyä varten:

Tämän videon kirjoittaja kertoo, kuinka päästä eroon vetysulfidista biokaasusta kotona:

Kaasunpuhdistusmenetelmän valinta keskittyy ennen kaikkea tietyn ongelman ratkaisemiseen. Esiintyjällä on kaksi vaihtoehtoa: seurata hyväksi todettua kaavaa tai valita jotain uutta. Pääohjeena tulisi kuitenkin edelleen olla taloudellinen toteutettavuus, samalla kun säilytetään laatu ja saavutetaan vaadittu jalostusaste.