Вернутся на главную

Чистка ГАЗА АЛКАНОЛАМИНОВИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ


Чистка ГАЗА АЛКАНОЛАМИНОВИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ на нашем сайте

Статьи
Статьи для студентов
Статьи для учеников
Научные статьи
Образовательные статьи Статьи для учителей
Домашние задания
Домашние задания для школьников
Домашние задания с решениями Задания с решениями
Задания для студентов
Методички
Методические пособия
Методички для студентов
Методички для преподавателей
Новые учебные работы
Учебные работы
Доклады
Студенческие доклады
Научные доклады
Школьные доклады
Рефераты
Рефератывные работы
Школьные рефераты
Доклады учителей
Учебные документы
Разные образовательные материалы Разные научные материалы
Разные познавательные материалы
Шпаргалки
Шпаргалки для студентов
Шпаргалки для учеников
Другое

Часа

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При выборе процессов очищения газов учитывают возможности достижения заданной глубины исключения «нежелательных» компонентов и использования их для производства соответствующих товарных продуктов. В Канаде, например, сера в зависимости от содержания в газе сероводорода рассматривается как основной, попутный или побочный продукт, и в зависимости от этого распределяются затраты на очистку газа и производство серы. Известные случаи, когда сероводородсодержащий природный газ добывают с целью производства серы, а очищенный газ после исключения сероводорода закачивают обратно в пласт для поддержания пластового давления.

Как правило, во всех сероводородсодержащих газах присутствует СО2 (соотношение СО2 : Н2S изменяется от 1:20 до 70:1). В то же время достаточно часто природные газы могут быть с разным содержимым СО2, но без сероводорода. Максимальное содержание сероводороду в природных газах России 23 %об. (Астраханское газоконденсатное месторождение), в газах Канады 75 %об. (месторождение Пантер-Ривер).

Важное значение имеет соотношение Н2S : СО2 в исходном газе - концентрация сероводорода в кислых газах может оказаться определяющей при выборе процессов и технологии очищения исходного сырья и способов утилизации «нежелательных» компонентов. Это отношение может быть настолько низким, что для переработки кислых газов в элементную серу использовать наиболее распространенный метод термокаталитичного окисления сероводорода (процесс Клауса) будет невыгодно.

Для очищения природных и нефтяных газов от сероводорода, СО2 и других серо- и кислородсодержащих «нежелательных» соединений используют, в основном, абсорбционные процессы, которые в зависимости от особенностей взаимодействия этих соединений с растворителями, - абсорбентами можно условно объединить в следующие группы.

1. Хемосорбционные процессы очищения газа растворителями, которые являются водными растворами алканоламинов: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), дигликольамин (ДГА) и др. Они базируются на химической реакции «нежелательных» соединений с алканоламинами, которые являются активной, реакционной частью абсорбента. К этой же группе относятся процессы поташэвой очистки.

Аминовые процессы обеспечивают тонкую очистку газов от сероводорода и СО2 при разных рабочих давлениях и концентрациях их в исходном сырье; растворимость углеводородов в этих абсорбентах небольшая. Технологическое и аппаратурное оформление процессов отличается простотой и надежностью.

Основные недостатки процессов: не достигается комплексная очистка газов от Н2S, СО2, RSR, СОS и СS2; низкая глубин исключения меркаптанов и некоторых других сераорганических соединений; при взаимодействии меркаптанов, СОS и СS2 с некоторыми растворителями образуются химические соединения, которые в условиях процесса не регенерируются; для реализации процессов необходимы высокая кратность циркуляции абсорбента и большие теплоэнергетические затраты (с повышением концентрации «нежелательных» соединений они увеличиваются); абсорбенты и продукты взаимодействия их с примесями, которые содержат в сыром газе, часто обладают повышенной коррозийной активностью.

С увеличением концентрации активного вещества и степени насыщения растворителя сероводородом и другими «нежелательными» соединениями растет коррозийная активность алканоламинових абсорбентов. Поэтому их поглощающая способность часто лимитируется не условиями термодинамического равновесия, а максимально допустимой степенью насыщения абсорбента кислыми газами.

2. Процессы очищения газов методом физической абсорбции «нежелательных» соединений органическими растворителями: пропиленкарбонатом, диметиловим эфиром полиетиленгликоля (ДМЕ-ПЕГ), N-метилпиролидоном и др.

Органические растворители можно, использовать для комплексной очистки газов от сероводорода, СО2, RSR, СОS и СS2 при высоком парциальном давлении их в условиях абсорбции; эти абсорбенты, как правило, не пенящиеся и не кородируют аппаратуру и оборудование; много из них имеют низкую температуру замерзания, что важно в случае применения процессов в холодных климатических условиях.

Основные недостатки процессов: растворители что применяются относительно хорошо поглощают углеводороды; тонкая очистка газов обеспечивается в ряде случаев только после дополнительного доочистки их алканоламиновыми растворителями

3. Процессы очищения газов от "нежелательных" соединений растворителями, которые являются смесями водного алканоламинового раствора с органическими растворителями - сульфоланами, метанолом и др. Они основаны на физической абсорбции "нежелательных" соединений органическими растворителями и химическом взаимодействии с алканоламинами. Эти процессы имеют много преимуществ химической и физической абсорбции, их можно использовать для тонкого комплексного очищения газов от сероводорода, СО2, RSR, СОS и СS2

Основные недостатки процессов: растворители, которые применяются, относительно хорошо поглощают углеводороды (особенно хорошо растворяются ароматические углеводороды); это ограничивает область применения процессов второй и третьей групп, для предотвращения попадания больших количеств тяжелых углеводородов в сырье установок производства серы (типа Клауса) в состав ГПЗ необходимо включать аппаратуру и оборудование для исключения углеводородов из сырого исходного газа или из кислых газов перед подачей их на установку производства серы.

Процессы физической абсорбции могут оказаться более экономическими, в частности, потому, что органические растворители обеспечивают селективное удаление сероводороду в присутствии СО2 и позволяют получить хорошее сырье для производства серы при неблагоприятном соотношении Н2S : СО2 в исходном сырье - газе и сырье для производства товарного диоксиду углерода.

Основными критериями при выборе абсорбентов и процессов - является начальное и конечное содержание в газе "нежелательных" компонентов, задано рабочее давление в системе или начальное и конечное парциальное давление "нежелательных" компонентов в условиях очищения. Начальное давление определяет кратность циркуляции абсорбента (удельную его затрату). Конечное парциальное давление (или глубина очищения газа) зависит, в первую очередь, от степени регенерации абсорбента и от равновесного давления газа, который изымается, над раствором, от температуры. Капитальные и эксплуатационные затраты определяются, главным образом, кратностью циркуляции и условиями регенерации растворителя. Следовательно, экономика процесса определяется, в основном, парциальными давлениями "нежелательных" компонентов, которые изымаются, в сыром и очищенном газе. После этого, учитывая специфику примесей, которые содержатся в газе, и возможные варианты взаимодействия их с растворителями данной конкретной группы, можно выбрать процесс, который целесообразно будет использовать для проведения технико-экономического исследования. Все процессы, за удалением процессов Ветрококк-Н2S и Стретфорд, основанные на химической или физической абсорбции "нежелательных" серо- и кислородсодержащих соединений и последующей десорбции их из абсорбента и направлении кислых сероводородсодержащих газов на установку производства серы типа Клауса. Процессы Ветрококк-Н2S и Стретфорд основаны на абсорбции сероводорода химическим растворителем и окислении его в регенераторе до серы за счет соответствующих активных слагаемых, которые есть в абсорбенте и кислороду, который поступает в нижнюю часть регенератора вместе с воздухом (СО2 в процессе Стретфорд практически не изымается, его присутствие усложняет процесс). Процессы Ветрококк-Н2S и Стретфорд чаще применяют для очищения газов с низким содержимым сероводорода, область применения их ограничивается парциальным давлением Н2S в очищенном газе до 0,002 МПа и в исходном газе до 0,07 МПа (температура абсорбции 35-45°С, в результате очищения обеспечивается высокая степень исключения сероводороду).

ОЧИСТКА ГАЗА АЛКАНОЛАМИНОВИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

Процесс взаимодействия СО2 и Н2S с моноэтаноламином описывается следующими суммарными реакциями:

2RNH2 + H2S = (RNH3)2S

(RNH3)2S + H2S = 2RNH3HS

CO2+2RNH2 + H20 = (RNH3)2C03

C02 + (RNH3)2C03 + H20 = 2RNH3HC03

где: R — группа — OHCH2CH2-

При низкой температуре реакции протекают слева направо, при высокой - справа налево: в первом случае Н2S и СО2 "связываются" с абсорбентом, во втором - происходит регенерация абсорбента и выделение поглощенных кислых газов.

Процесс МЭА-очистки В качестве растворителя используют водный раствор моноэтаноламина. Содержание МЭА в растворе не превышает 15-20 %об. При насыщении кислыми газами более концентрированных растворов растет скорость коррозии металлов (чистый алканоламиновий раствор не обладает коррозийными свойствами). В последние годы, в связи с разработкой ингибиторов коррозии, появилась возможность увеличить концентрацию активного вещества в растворе до 30 %об., что делает процесс МЭА-очистки более рентабельным и перспективным. При проектировании установок МЭА-очистки часто принимают, что содержание кислых газов в растворе, который покидает нижнюю тарелку абсорбера, должно быть не больше 65-70 % от равновесной концентрации (по отношению к исходному сырому газу). При этом степень насыщения раствора должна быть не больше 0.3-0.4 моль/моль МЭА. В последнее время на некоторых химических заводах при очищении синтез-газа от СО2 (под давлением) степень насыщения раствора достигала 0.6-0.7 моль/моль МЭА. Это привело к необходимости использования легированных сталей для изготовления оборудования или применения ингибиторов коррозии при эксплуатации установок. Процесс МЭА-очищування рекомендуется применять для очищения газов от сероводороду и СО2 при парциальном давлении их не выше 0.6-0.7 МПа.

Преимущества процесса: тонкое очищение газов от сероводорода и СО2 обеспечивается в широком интервале парциальных давлений; моноэтаноламин имеет повышенную химическую стабильность, легко регенерируется, обладает высокой реакционной способностью; технологическое и конструктивное оформления процесса отличаются простотой и высокой надежностью при правильной эксплуатации установки; моноэтаноламиновий раствор относительно плохо поглощает углеводороды, что способствует повышению эффективности производства серы из кислых газов МЭА-очистки.

Недостатки процесса: низкий, как правило, степень насыщения раствора; высокие удельные расходы абсорбента и эксплуатационные затраты; некоторые примеси (СО2, СОS, СS2, HCN, SО2 и SО3 ) при взаимодействии с растворителем образуют высокомолекулярные соединения, которые не регенерируются или трудно регенерируются и которые дезактивируют абсорбент, увеличивают вспенивание и коррозийную активность растворителя; при наличии в газе СОS и СS2 процесс не применяется; низкое удаление меркаптанов и других сераорганических соединений; повышенная склонность абсорбента к вспениванию при попадании в систему жидких углеводородов, сульфида железа, тиосульфитов и других продуктов роспада моноэтаноламина, а также механических примесей и некоторых видов ингибиторов коррозии.

Сераорганические соединения (меркаптаны, дисульфид, тиофен и др.), которые содержатся в природных и нефтяных газах, не реагируют с аминами. Для исключения из раствора механических примесей и продуктов необратимых реакций используют разные методы, в частности, на многих промышленных установках для этой цели часть раствора (1-4 % общего объема) фильтруют и перегоняют в специальном кубе. Содержимое этих продуктов не должно превышать в растворителе 0.1-0.5 %.

Для предупреждения вспенивания в раствор моноэтаноламина вводят противопенные слагаемые (0.001 - 0.0015 %мас.). В качестве антивспенивающих добавок используют водные эмульсии силикона или высококипящие спирты (олеиновый и др.).

На рис. 5 приведена принципиальная технологическая схема абсорбционного очищения газа от Н2S и СО2 водным раствором алканоламина. Сырой газ с температурой 10-40°С подают под нижнюю тарелку абсорбера 1, который орошается водным раствором МЭА или какого-либо другого алканоламина (растворитель можно подавать на одну верхнюю тарелку или на верхнюю и среднюю тарелки аппарата). Из верха абсорбера выходит очищенный газ, из низа - насыщен кислыми газами абсорбент (температура насыщенного абсорбента 55-60°С, рабочее давление в аппарате изменяется для разных ГПЗ от 0.2 до 5.5 МПа). Очищенный газ после сепаратора 2 направляется потребителям. Насыщенный абсорбент поступает в сепаратор 3, где за счет дросселирования раствора из абсорбента выделяются углеводороды, поглощенные в абсорбере (отсепарирований газ используется в качестве топлива). После сепаратора 3 насыщенный абсорбент нагревается в рекуперативном теплообменнике 6 до 95 - 100 °С и поступает в среднюю часть десорбера 7, где из него отпариваются кислые газы, вода и углеводороды, которые остались. Температура в нижней кубовой части десорбера 7 поддерживается 115 - 130 °С за счет нагревания растворителя, который стекает из нижней тарелки десорбера, в рибойлери 11 (рабочее давление в десорбере 0.15 МПа). Смесь кислых газов, паров воды и углеводородов выходит из верха десорбера 7, охлаждается в воздушном и водяном холодильниках 8 и 9, после чего двухфазная смесь поступает в емкость-сепаратор 10, где вода отделяется от кислых и углеводородных газов; вода из емкости 10 подается в качестве орошения на верхнюю тарелку десорбера для предупреждения выноса моноэтаноламина с верхним продуктом, а кислые газы направляются на установку производства серы. Регенерируемый раствор алканоламина после охлаждения в рекуперативном теплообменнике 6, в воздушном и водяном холодильниках 5 и 4 подается в абсорбер 1 с температурой 35 - 45 °С (на схеме не показанный узел очищения растворителя от механических примесей и высокомолекулярных соединений, которые не регенерируются).

Технологические показатели процесса: давление в абсорбере 4.6-5.4 МПа; температура верха десорбера 107 - 110 °С, низа десорбера - 119 °С; затрата регенерируемого абсорбента 90-240 м3/год, содержание МЕА в абсорбенте 6-19 %мас.

Процесс ДЭА-очистки.В качестве растворителя используют водный раствор диетаноламина (ДЭА). Содержание ДЭА в растворе в зависимости от содержимого кислых газов в исходном сырье и степени насыщения раствора изменяется от 20 до 30 %мас; при концентрации в растворе кислых газов 0.05-0.08 м3/л ДЭА используют 20-25 %-ний раствор ДЭА, при 0.14-0.15 м3/л - 25-27 %-ний раствор ДЭА; при концентрации кислых газов 0.15-0.17 м3/л ДЭА - 25-30 %-ний раствор диэтаноламина

Процесс ДЭА-очистки с концентрацией диетаноламину 25-27 % применяют при парциальном давлении кислых газов 0.2 МПа и выше, процесс с 25-30 % активного вещества используют при парциальном давлении кислых газов 0.4 МПа и выше. Это позволяет обеспечить необходимое насыщение раствора и, таким образом, использовать преимущества процесса: степень насыщения раствора достигает 1-1,3 моль/моль ДЭА (против 0.3-0.4 для МЭА-процеса) Несмотря на высокую степень насыщения растворителя в ДЭА-процесе, поглощающая способность раствора ДЭА меньше, чем МЭА- раствора. Это объясняется тем, что моноэтаноламин имеет низшую молекулярную массу, а следовательно, при одинаковой массовой концентрации он имеет большую абсорбционную емкость.

Преимущества процесса: обеспечивается тонкое очищение газа от Н2S и СО2 в присутствии СОS и СS2 (продукты реакции диэтаноламина с СОS и СS2 гидролизуются при регенерации растворителя до СО2 и Н2S); раствор диэтаноламина химически стабилен в условиях процесса, легко регенерируется, имеет низкое давление насыщенных паров; технологическое и конструктивное оформление процесса отличается простотой и высокой надежностью при правильной эксплуатации установки; абсорбция проводится при температуре на 10-20°С выше, чем в МЭА- процессе, что позволяет предотвратить интенсивное вспенивание раствора при очищении газа с повышенным содержанием тяжелых углеводородов (или при попадании в раствор жидких углеводородов).

Недостатки процесса: низкая поглощающая способность растворителя, высокие удельные расходы абсорбента и эксплуатационные затраты; некоторые примеси, которые содержатся в сырых газах, частично (СО2) или полностью (НСN) взаимодействуют с растворителем с образованием соединений, которые не регенерируются; низкое удаление меркаптанов и других сераорганических соединений.

Технологические схемы МЭА- и ДЭА- процессов практически не отличаются, за удалением узла очищения раствора от соединений, которые не регенерируются. На установках ДЭА-очистки их изымают путем фильтрования раствора (через фильтры пропускают до 10 % циркулирующего раствора).

Процесс Адип. В качестве растворителя используется водный раствор диизопропаноламина (ДИПА) - содержание в нем активного вещества может достигать 40%. С помощью этого растворителя обеспечивается тонкое очищение от сероводорода (до 1,5 мг/м3), диизопропаноламин может одновременно очищать газ от диоксида углерода, СОS и RSR. Активность раствора типа ДИПА по отношению к СО2 ниже, чем активность раствора МЕА. В процессе очищения изымается до 40-50 % СОS и RSR.

При взаимодействии диизопропаноламина с СО2, СОS и RSR образуются соединения, которые легко регенерируются, поэтому распад ДИПА от взаимодействия с серо- и кислородсодержащими соединениями значительно меньше, чем в МЭА- процессе (затраты пара на регенерацию раствора ДИПА в 2 раза меньше, чем в МЭА-процессе и составляет приблизительно 1 кг/м3 кислых газов).

Растворимость углеводородов в процессе Адип небольшая, поэтому содержание их в кислых газах не превышает 0.5 %об. В случае применения ДИПА оборудования установок очистки газа может быть изготовлено из углеродной стали. Технологические схемы МЭА-очистки и процесса Адип практически не отличаются одна от другой, потому установки моноэтаноламиновой очистки легко могут быть переведены на работу сз диизопропаноламином.

Процесс Еконамин. В качестве растворителя используют раствор дигликольамина (ДГА) с концентрацией активного вещества 60-65 %мас. (против 20-30 % в ДЭА-процессе). С помощью этого растворителя достигается тонкое очищение газа от Н2S (до 5.7 мг/м3). При взаимодействии дигликольамина с СО2, СОS, СS2 и меркаптанами обеспечивается высокое их удаление, образуются соединения, которые легко регенерируются (активность ДГА по отношению к СО2 более высока, чем МЭА). Степень насыщения раствора ДГА может достигать 40-50 л кислых газов на 1 л раствора (вместо 30-35 л/л при МЭА-очистке).

Процесс применяют при содержимом кислых газов в исходном сырье 1.5-8 %. Насыщенный раствор дигликольамина регенерирую под вакуумом 13-17 кПа и температуре низа регенератора 160-170°С. Технологические схемы и режимы моноетаноламиновой и дигликольаминовой очистки приблизительно одинаковы. Замена МЭА на ДГА позволяет уменьшить удельные расходы абсорбента и теплоэнергетические затраты на 25-40 %.





Название статьи ОЧИСТКА ГАЗА АЛКАНОЛАМИНОВИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ