Aminegaszuivering uit waterstofsulfide: principe, effectieve opties en installatiediagrammen

Aardgas dat uit velden wordt gewonnen en via pijpleidingen aan consumenten wordt geleverd, bevat zwavelverbindingen in verschillende verhoudingen.Als u ze niet verwijdert, zullen agressieve stoffen de pijpleiding vernielen en de fittingen onbruikbaar maken. Bovendien komen bij de verbranding van vervuilde blauwe brandstof gifstoffen vrij.

Om negatieve gevolgen te voorkomen, wordt aminegaszuivering uit waterstofsulfide uitgevoerd. Dit is de eenvoudigste en goedkoopste manier om schadelijke componenten uit fossiele brandstoffen te scheiden. We zullen u vertellen hoe het proces van scheiding van zwavelinsluitsels plaatsvindt, hoe de zuiveringsinstallatie is ontworpen en werkt.

Doel van het opruimen van fossiele brandstoffen

Gas is de meest populaire brandstof. Het trekt aan met de meest betaalbare prijs en veroorzaakt de minste schade aan de milieusituatie. De onmiskenbare voordelen zijn onder meer het gemak waarmee het verbrandingsproces kan worden gecontroleerd en de mogelijkheid om alle stadia van de brandstofverwerking tijdens de productie van thermische energie te beveiligen.

Het natuurlijke gasvormige mineraal wordt echter niet in zijn pure vorm gewonnen, omdat Gelijktijdig met de gaswinning worden bijbehorende organische verbindingen uit de put gepompt. De meest voorkomende daarvan is waterstofsulfide, waarvan het gehalte varieert van tienden tot tien procent of meer, afhankelijk van de afzetting.

Waterstofsulfide is giftig, gevaarlijk voor het milieu en schadelijk voor katalysatoren die worden gebruikt bij de gasverwerking. Zoals we al hebben opgemerkt, is deze organische verbinding extreem agressief tegenover stalen buizen en metalen kleppen.

Uiteraard ondermijnt het het particuliere systeem en belangrijkste gasleidingleidt waterstofsulfide tot lekken van blauwe brandstof en uiterst negatieve, risicovolle situaties die daarmee samenhangen. Om de consument te beschermen worden stoffen die schadelijk zijn voor de gezondheid uit de gasvormige brandstof verwijderd voordat deze aan de pijpleiding wordt geleverd.

Volgens de normen mogen waterstofsulfideverbindingen in gas dat door leidingen wordt getransporteerd niet meer dan 0,02 g/m³ bedragen. In werkelijkheid zijn het er echter veel meer. Om de door GOST 5542-2014 gereguleerde waarde te bereiken, is reiniging vereist.

Bestaande methoden voor de scheiding van waterstofsulfide

Naast waterstofsulfide, dat onder andere de overhand heeft, kan blauwe brandstof ook andere schadelijke verbindingen bevatten. Kooldioxide, lichte mercaptanen en koolstofsulfide zijn daarin te vinden. Maar waterstofsulfide zelf zal altijd de overhand hebben.

Het is vermeldenswaard dat een klein gehalte aan zwavelverbindingen in gezuiverde gasvormige brandstof aanvaardbaar is. Het specifieke tolerantiecijfer is afhankelijk van de doeleinden waarvoor het gas wordt geproduceerd.Om bijvoorbeeld ethyleenoxide te produceren moet het totale gehalte aan zwavelverontreinigingen minder dan 0,0001 mg/m³ zijn.

De reinigingsmethode wordt gekozen op basis van het gewenste resultaat.

Alle momenteel bestaande methoden zijn verdeeld in twee groepen:

• Sorptief. Ze omvatten de absorptie van waterstofsulfideverbindingen door een vast (adsorptie) of vloeibaar (absorptie) reagens met de daaropvolgende afgifte van zwavel of zijn derivaten. Waarna de uit het gas gescheiden schadelijke onzuiverheden worden afgevoerd of verwerkt.
• Katalytisch. Ze bestaan ​​uit de oxidatie of reductie van waterstofsulfide, waardoor het wordt omgezet in elementaire zwavel. Het proces wordt uitgevoerd in aanwezigheid van katalysatoren - stoffen die het verloop van een chemische reactie stimuleren.

Bij adsorptie wordt waterstofsulfide verzameld door het te concentreren op het oppervlak van een vaste stof. Meestal worden bij het adsorptieproces korrelige materialen op basis van actieve kool of ijzeroxide gebruikt. Het grote specifieke oppervlak dat kenmerkend is voor granen draagt ​​bij aan een maximale retentie van zwavelmoleculen.

Alle zuiveringsmethoden voor blauwe brandstof zijn onderverdeeld in sorptie en katalytisch. De reinigingsapparatuur is gericht op het werkingsprincipe van een bepaalde technologie. Er zijn echter installaties die verschillende methoden combineren, wat resulteert in een uitgebreide reiniging.

De absorptietechnologie verschilt doordat gasvormige waterstofsulfide-onzuiverheden worden opgelost in de actieve vloeibare substantie. Als gevolg hiervan komen gasvormige verontreinigende stoffen in de vloeibare fase terecht. Vervolgens worden de geïsoleerde schadelijke componenten verwijderd door strippen, anders door desorptie, door deze methode worden ze uit de reactieve vloeistof geëlimineerd.

Ondanks dat adsorptietechnologie spreekt van ‘droge processen’ en fijne zuivering van blauwe brandstof mogelijk maakt, wordt absorptie vaker gebruikt om verontreinigingen uit aardgas te verwijderen. Het verzamelen en elimineren van waterstofsulfideverbindingen met behulp van vloeibare absorbentia is winstgevender en handiger.

Het meest populaire type adsorber is actieve kool, gebruikt in de vorm van capsules of korrels. Het oppervlak van elk element “absorbeert” waterstofsulfide en andere organische insluitsels

Absorptiemethoden die bij gaszuivering worden gebruikt, zijn onderverdeeld in de volgende drie groepen:

• Chemisch. Gefabriceerd met oplosmiddelen die gemakkelijk reageren met zure verontreinigende stoffen uit waterstofsulfide. Ethanolamines of alkanolaminen hebben het hoogste absorptievermogen van alle chemische sorptiemiddelen.
• Fysiek. Ze worden uitgevoerd door waterstofsulfidegas fysiek op te lossen in een vloeistofabsorber. Bovendien geldt dat hoe hoger de partiële druk van de gasvormige verontreinigende stof is, hoe sneller het oplossingsproces plaatsvindt. Als absorbeerders worden hier methanol, propyleencarbonaat enz. gebruikt.
• Gecombineerd. Bij de gemengde versie van waterstofsulfide-extractie zijn beide technologieën betrokken. Het belangrijkste werk wordt gedaan door absorptie, en fijne zuivering wordt uitgevoerd door adsorbentia.

Al een halve eeuw lang is de meest populaire en populaire technologie voor het scheiden en verwijderen van waterstofsulfide en koolzuur uit natuurlijke brandstoffen de chemische gaszuivering met behulp van een amine-sorbens dat wordt gebruikt in de vorm van een waterige oplossing.

Sorptiemethoden voor het zuiveren van natuurlijke brandstoffen zijn gebaseerd op het vermogen van vaste en vloeibare stoffen om te reageren met waterstofsulfide en andere organische onzuiverheden, waardoor deze uit de gassamenstelling vrijkomen

Aminetechnologie is geschikter voor de verwerking van grote hoeveelheden gas omdat:

• Geen tekort. Reagentia kunnen altijd worden gekocht in het volume dat nodig is voor de reiniging.
• Aanvaardbare absorptie. Aminen worden gekenmerkt door een hoog absorptievermogen. Van alle gebruikte stoffen zijn alleen zij in staat 99,9% waterstofsulfide uit gas te verwijderen.
• Prioritaire kenmerken. Waterige amineoplossingen worden gekenmerkt door de meest acceptabele viscositeit, dampdichtheid, thermische en chemische stabiliteit en lage warmtecapaciteit. Hun eigenschappen zorgen voor het beste verloop van het absorptieproces.
• Geen toxiciteit van reactieve stoffen. Dit is een belangrijk argument dat iemand ervan overtuigt zijn toevlucht te nemen tot de aminemethode.
• Selectiviteit. Kwaliteit vereist voor selectieve opname. Het biedt de mogelijkheid om de noodzakelijke reacties achtereenvolgens uit te voeren in de volgorde die nodig is voor het optimale resultaat.

Ethanolamines die worden gebruikt in chemische methoden voor het zuiveren van gas uit waterstofsulfide en kooldioxide omvatten monoethanolamines (MEA), diethanolamines (DEA) en triethanolamines (TEA). Bovendien worden stoffen met de voorvoegsels mono- en di- uit het gas verwijderd en H₂S en CO₂. Maar de derde optie helpt alleen waterstofsulfide te verwijderen.

Bij het selectief reinigen van blauwe brandstof worden methyldiethanolaminen (MDEA), diglycolaminen (DGA) en diisopropanolaminen (DIPA) gebruikt. Selectieve absorptiemiddelen worden vooral in het buitenland gebruikt.

Uiteraard ideale absorbeermiddelen die vóór levering aan het systeem aan alle reinigingseisen voldoen verwarming op gas en de levering van andere apparatuur bestaat nog niet. Elk oplosmiddel heeft enkele voordelen, maar ook nadelen. Wanneer u een reactieve stof kiest, bepaalt u eenvoudigweg de meest geschikte uit een aantal voorgestelde stoffen.

Werkingsprincipe van een typische installatie

Maximaal absorptievermogen in relatie tot H₂S wordt gekenmerkt door een oplossing van monoethanolamine. Dit reagens heeft echter een aantal belangrijke nadelen. Het wordt gekenmerkt door een vrij hoge druk en het vermogen om onomkeerbare verbindingen met koolstofsulfide te creëren tijdens de werking van de aminegaszuiveringseenheid.

Door wassen wordt het eerste nadeel geëlimineerd, waardoor de aminedampen gedeeltelijk worden geabsorbeerd. De tweede komt zelden voor tijdens de verwerking van veldgassen.

De concentratie van een waterige oplossing van monoethanolamine wordt experimenteel gekozen en op basis van het uitgevoerde onderzoek gebruikt om gas uit een specifiek veld te zuiveren. Bij de selectie van het percentage reagens wordt rekening gehouden met het vermogen ervan om de agressieve effecten van waterstofsulfide op de metalen componenten van het systeem te weerstaan.

Typische gehalten aan absorberend materiaal liggen typisch in het bereik van 15 tot 20%. Vaak komt het echter voor dat de concentratie wordt verhoogd naar 30% of verlaagd naar 10%, afhankelijk van hoe hoog de zuiveringsgraad moet zijn. Die. voor welk doel, bij verwarming of bij de productie van polymeerverbindingen, zal het gas worden gebruikt.

Merk op dat bij toenemende concentratie van amineverbindingen het corrosieve potentieel van waterstofsulfide afneemt. Maar we moeten er rekening mee houden dat in dit geval het verbruik van het reagens toeneemt. Als gevolg hiervan stijgen de kosten van gezuiverd commercieel gas.

De hoofdeenheid van de zuiveringsinstallatie is een absorber van de plaat- of gemonteerde variant. Dit is een verticaal georiënteerd apparaat dat qua uiterlijk lijkt op een reageerbuis, met binnenin mondstukken of platen. Aan de onderkant bevindt zich een inlaat voor de toevoer van een ongezuiverd gasmengsel, aan de bovenkant bevindt zich een uitlaat naar de wasser.

Als het gas dat in de installatie wordt gezuiverd onder voldoende druk staat om het reagens in de warmtewisselaar en vervolgens in de stripkolom te laten passeren, vindt het proces plaats zonder tussenkomst van een pomp.Als de druk te laag is om het proces te laten doorgaan, stimuleert de pomptechnologie de uitstroom

De gasstroom wordt, nadat hij door de inlaatscheider is gegaan, in het onderste gedeelte van de absorber gedwongen. Vervolgens gaat het door platen of mondstukken in het midden van het lichaam, waarop verontreinigingen worden afgezet. De mondstukken, volledig bevochtigd met de amine-oplossing, zijn van elkaar gescheiden door roosters voor een uniforme verdeling van het reagens.

Vervolgens wordt de blauwe brandstof, ontdaan van verontreinigingen, naar de scrubber gestuurd. Dit apparaat kan worden aangesloten in het verwerkingscircuit na de absorber of zich in het bovenste gedeelte ervan bevinden.

De verbruikte oplossing stroomt langs de wanden van de absorber en wordt naar een stripkolom gestuurd - een stripper met een ketel. Daar wordt de oplossing ontdaan van geabsorbeerde verontreinigingen door dampen die vrijkomen bij het koken van water, om vervolgens terug naar de installatie te worden teruggevoerd.

Geregenereerd, d.w.z. bevrijd van waterstofsulfideverbindingen stroomt de oplossing in de warmtewisselaar. Daarin wordt de vloeistof gekoeld tijdens het overbrengen van warmte naar het volgende deel van de verontreinigde oplossing, waarna deze in de koelkast wordt gepompt voor volledige koeling en condensatie van de stoom.

De gekoelde absorberende oplossing wordt teruggevoerd naar de absorber. Zo circuleert het reagens door de installatie. De dampen worden ook gekoeld en ontdaan van zure onzuiverheden, waarna ze de reagensvoorraad aanvullen.

Meestal worden schema's met monoethanolamine en diethanolamine gebruikt bij gaszuivering. Deze reagentia maken het mogelijk om niet alleen waterstofsulfide, maar ook koolstofdioxide uit blauwe brandstof te halen.

Als het nodig is om tegelijkertijd CO uit het te verwerken gas te verwijderen₂ en H₂S, er wordt een tweetrapsreiniging uitgevoerd.Het bestaat uit het gebruik van twee oplossingen die qua concentratie verschillen. Deze optie is zuiniger dan schoonmaken in één stap.

Eerst wordt gasvormige brandstof gereinigd met een sterke samenstelling die een reagens van 25-35% bevat. Vervolgens wordt het gas behandeld met een zwakke waterige oplossing, waarin de werkzame stof slechts 5-12% bedraagt. Als gevolg hiervan wordt zowel de grove als de fijne reiniging uitgevoerd met een minimaal oplossingsverbruik en een redelijk gebruik van de gegenereerde warmte.

Vier alconolamine-reinigingsopties

Alconolaminen of aminoalcoholen zijn stoffen die niet alleen een aminegroep bevatten, maar ook een hydroxygroep.

Het ontwerp van installaties en technologieën voor het zuiveren van aardgas met alkanolaminen verschilt vooral in de wijze van aanvoer van de absorberende stof. Meestal worden bij het reinigen van gas vier hoofdmethoden gebruikt met dit soort aminen.

Eerste manier. Bepaalt vooraf de toevoer van de actieve oplossing in één stroom van bovenaf. Het gehele volume absorbeermiddel wordt naar de bovenplaat van de installatie geleid. Het reinigingsproces vindt plaats bij een temperatuurachtergrond van niet hoger dan 40ºC.

De eenvoudigste reinigingsmethode is het aanvoeren van de actieve oplossing in één stroom. Deze techniek wordt gebruikt als de hoeveelheid onzuiverheden in het gas onbeduidend is

Deze techniek wordt meestal gebruikt bij kleine verontreinigingen met waterstofsulfideverbindingen en kooldioxide. Het totale thermische effect bij de productie van commercieel gas is in de regel laag.

Tweede manier. Deze reinigingsoptie wordt gebruikt als er een hoog gehalte aan waterstofsulfideverbindingen in gasvormige brandstof zit.

In dit geval wordt de reagensoplossing in twee stromen aangevoerd. De eerste, met een volume van ongeveer 65-75% van de totale massa, wordt naar het midden van de installatie gestuurd, de tweede wordt van bovenaf aangevoerd.

De amineoplossing stroomt door de trays en ontmoet de stijgende gasstromen, die naar de onderste tray van de absorberende eenheid worden gedwongen. Vóór levering wordt de oplossing verwarmd tot maximaal 40ºC, maar tijdens de interactie van het gas met het amine stijgt de temperatuur aanzienlijk.

Om te voorkomen dat de reinigingsefficiëntie afneemt als gevolg van een temperatuurstijging, wordt overtollige warmte samen met de met waterstofsulfide verzadigde afvaloplossing verwijderd. En bovenaan de installatie wordt de aanvoer gekoeld om samen met het condensaat de resterende zure componenten af ​​te zuigen.

De tweede en derde van de beschreven methoden bepalen vooraf de toevoer van de absorberende oplossing in twee stromen. In het eerste geval wordt het reagens op dezelfde temperatuur geleverd, in het tweede geval op een andere temperatuur.

Dit is een economische methode die het verbruik van zowel energie als actieve oplossing vermindert. Er wordt in geen enkel stadium extra verwarming uitgevoerd. In zijn technologische essentie is het een zuivering op twee niveaus, die de mogelijkheid biedt om commercieel gas met minimale verliezen voor te bereiden voor levering aan de pijpleiding.

Derde manier. Hierbij wordt de absorber in twee stromen met verschillende temperaturen aan de reinigingsinstallatie geleverd. De methode wordt toegepast als het ruwe gas naast waterstofsulfide en kooldioxide ook CS bevat₂en COS.

Het overheersende deel van de absorber, ongeveer 70-75%, warmt op tot 60-70ºС, en het resterende deel slechts tot 40ºС. Stromen worden op dezelfde manier in de absorber gevoerd als in het hierboven beschreven geval: van boven naar het midden.

De vorming van een hoge temperatuurzone maakt het mogelijk om snel en efficiënt organische verontreinigingen uit de gasmassa onderin de reinigingskolom te verwijderen. En bovenaan worden kooldioxide en waterstofsulfide bij standaardtemperatuur door een amine neergeslagen.

Vierde methode. Deze technologie bepaalt vooraf de toevoer van een waterige amineoplossing in twee stromen met verschillende regeneratiegraden. Dat wil zeggen, één wordt geleverd in een ongeraffineerde vorm, die waterstofsulfide-insluitsels bevat, de tweede - zonder deze.

De eerste stroom is niet geheel vervuild te noemen. Het bevat slechts gedeeltelijk zure componenten, omdat een deel ervan wordt verwijderd tijdens het afkoelen tot +50ºC/+60ºC in de warmtewisselaar. Deze oplossingsstroom wordt uit het onderste stripmondstuk gehaald, gekoeld en naar het middengedeelte van de kolom geleid.

Als de gasvormige brandstof een aanzienlijk gehalte aan waterstofsulfide- en kooldioxidecomponenten bevat, wordt de reiniging uitgevoerd met twee oplossingsstromen met verschillende regeneratiegraden

Alleen dat deel van de oplossing dat in de bovenste sector van de installatie wordt gepompt, ondergaat een dieptereiniging. De temperatuur van deze stroom overschrijdt meestal niet de 50ºС. Hier wordt een fijne reiniging van gasvormige brandstof uitgevoerd. Met dit schema kunt u de kosten met minimaal 10% verlagen door het stoomverbruik te verminderen.

Het is duidelijk dat de reinigingsmethode wordt gekozen op basis van de aanwezigheid van organische verontreinigingen en economische haalbaarheid. Hoe dan ook, dankzij de verscheidenheid aan technologieën kunt u de beste optie kiezen. In dezelfde aminegasbehandelingsinstallatie is het mogelijk om de mate van zuivering te variëren, waardoor blauwe brandstof wordt verkregen met de benodigde werkstof gasketels, kachels, verwarmingskarakteristieken.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De volgende video laat u kennismaken met de bijzonderheden van het extraheren van waterstofsulfide uit geassocieerd gas dat samen met olie door een oliebron wordt geproduceerd:

De video presenteert de installatie voor het zuiveren van blauwe brandstof uit waterstofsulfide om elementaire zwavel te produceren voor verdere verwerking:

De auteur van deze video vertelt je hoe je thuis waterstofsulfide uit biogas kunt verwijderen:

De keuze voor de gaszuiveringsmethode is allereerst gericht op het oplossen van een specifiek probleem. De uitvoerder heeft twee opties: volg een beproefd schema of geef de voorkeur aan iets nieuws. Het belangrijkste richtsnoer moet echter nog steeds de economische haalbaarheid zijn, met behoud van de kwaliteit en het verkrijgen van de vereiste mate van verwerking.