Purificazione del gas amminico da idrogeno solforato: principio, opzioni efficaci e schemi impiantistici
Il gas naturale estratto dai giacimenti per essere consegnato ai consumatori tramite gasdotti contiene composti di zolfo in proporzioni diverse.Se non vengono eliminate, le sostanze aggressive distruggeranno la tubazione e renderanno inutilizzabili i raccordi. Inoltre, quando viene bruciato il carburante blu contaminato, vengono rilasciate tossine.
Per evitare conseguenze negative, viene eseguita la purificazione del gas amminico dall'idrogeno solforato. Questo è il modo più semplice ed economico per separare i componenti nocivi dai combustibili fossili. Vi racconteremo come avviene il processo di separazione delle inclusioni solforose, come è progettato e funziona l'impianto di depurazione.
Il contenuto dell'articolo:
Scopo della pulizia dei combustibili fossili
Il gas è il tipo di carburante più popolare. Attrae con il prezzo più conveniente e causando il minor danno alla situazione ambientale. I vantaggi innegabili includono la facilità di controllo del processo di combustione e la capacità di proteggere tutte le fasi della lavorazione del combustibile durante la produzione di energia termica.
Tuttavia, il minerale gassoso naturale non viene estratto nella sua forma pura, perché Contemporaneamente all'estrazione del gas, i composti organici associati vengono pompati dal pozzo. Il più comune è l'idrogeno solforato, il cui contenuto varia dal decimo al dieci per cento o più, a seconda del deposito.
L'idrogeno solforato è velenoso, pericoloso per l'ambiente e dannoso per i catalizzatori utilizzati nella lavorazione del gas. Come abbiamo già notato, questo composto organico è estremamente aggressivo nei confronti dei tubi in acciaio e delle valvole metalliche.
Naturalmente, corrodendo il sistema privato e gasdotto principale, l'idrogeno solforato porta a perdite di carburante blu e situazioni estremamente negative e rischiose associate a questo fatto. Per tutelare il consumatore, i composti dannosi per la salute vengono rimossi dal combustibile gassoso prima che venga immesso nella pipeline.
Secondo le norme, i composti di idrogeno solforato nel gas trasportato attraverso i tubi non possono superare 0,02 g/m³. Tuttavia, in realtà ce ne sono molti di più. Per raggiungere il valore regolato da GOST 5542-2014, è necessaria la pulizia.
Metodi esistenti per la separazione dell'idrogeno solforato
Oltre all’idrogeno solforato, che predomina tra le altre impurità, il carburante blu può contenere anche altri composti nocivi. In esso si trovano anidride carbonica, mercaptani leggeri e solfuro di carbonio. Ma l’idrogeno solforato stesso predominerà sempre.
Vale la pena notare che è accettabile un contenuto minore di composti di zolfo nel combustibile gassoso purificato. Il valore di tolleranza specifico dipende dagli scopi per i quali viene prodotto il gas.Ad esempio, per produrre ossido di etilene, il contenuto totale di impurità di zolfo deve essere inferiore a 0,0001 mg/m³.
Il metodo di pulizia viene scelto in base al risultato desiderato.
Tutti i metodi attualmente esistenti sono divisi in due gruppi:
- Sorgente. Implicano l'assorbimento di composti di idrogeno solforato da parte di un reagente solido (adsorbimento) o liquido (assorbimento) con successivo rilascio di zolfo o suoi derivati. Dopodiché le impurità nocive separate dal gas vengono smaltite o trattate.
- Catalitico. Consistono nell'ossidazione o riduzione dell'idrogeno solforato, convertendolo in zolfo elementare. Il processo viene eseguito in presenza di catalizzatori, sostanze che stimolano il corso di una reazione chimica.
L'adsorbimento prevede la raccolta dell'idrogeno solforato concentrandolo sulla superficie di un solido. Molto spesso, nel processo di adsorbimento vengono utilizzati materiali granulari a base di carbone attivo o ossido di ferro. L'ampia superficie specifica caratteristica dei grani contribuisce alla massima ritenzione delle molecole di zolfo.
La tecnologia di assorbimento differisce in quanto le impurità gassose di idrogeno solforato vengono disciolte nella sostanza liquida attiva. Di conseguenza, gli inquinanti gassosi passano nella fase liquida. Successivamente i componenti nocivi isolati vengono rimossi mediante strippaggio, altrimenti desorbimento, con questo metodo vengono eliminati dal liquido reattivo.
Nonostante il fatto che la tecnologia di adsorbimento si riferisca a “processi a secco” e consenta una purificazione fine del carburante blu, l’assorbimento viene spesso utilizzato per rimuovere i contaminanti dal gas naturale. La raccolta e l'eliminazione dei composti di idrogeno solforato utilizzando assorbenti liquidi è più redditizia e conveniente.
I metodi di assorbimento utilizzati nella purificazione del gas sono suddivisi nei seguenti tre gruppi:
- Chimico. Prodotto utilizzando solventi che reagiscono facilmente con gli inquinanti acidi dell'idrogeno solforato. Le etanolammine o alcanolammine hanno la più alta capacità di assorbimento tra gli assorbenti chimici.
- Fisico. Vengono eseguiti sciogliendo fisicamente il gas di idrogeno solforato in un assorbitore liquido. Inoltre, quanto maggiore è la pressione parziale dell'inquinante gassoso, tanto più rapido sarà il processo di dissoluzione. Come assorbitori qui vengono utilizzati metanolo, carbonato di propilene, ecc.
- Combinato. Nella versione mista dell’estrazione dell’idrogeno solforato, sono coinvolte entrambe le tecnologie. Il lavoro principale viene svolto mediante assorbimento e la purificazione fine viene eseguita da adsorbenti.
Per mezzo secolo, la tecnologia più popolare e apprezzata per separare e rimuovere l'idrogeno solforato e l'acido carbonico dai combustibili naturali è stata la purificazione chimica del gas utilizzando un assorbente amminico utilizzato sotto forma di soluzione acquosa.
La tecnologia amminica è più adatta al trattamento di grandi volumi di gas perché:
- Non mancano. I reagenti possono sempre essere acquistati nel volume necessario per la pulizia.
- Assorbimento accettabile. Le ammine sono caratterizzate da un'elevata capacità di assorbimento. Di tutte le sostanze utilizzate, solo loro sono in grado di rimuovere il 99,9% dell'idrogeno solforato dal gas.
- Caratteristiche prioritarie. Le soluzioni acquose di ammine sono caratterizzate da viscosità, densità di vapore, stabilità termica e chimica più accettabili e bassa capacità termica. Le loro caratteristiche garantiscono il miglior svolgimento del processo di assorbimento.
- Nessuna tossicità delle sostanze reattive. Questo è un argomento importante che convince a ricorrere al metodo delle ammine.
- Selettività. Qualità richiesta per l'assorbimento selettivo. Fornisce la possibilità di eseguire in sequenza le reazioni necessarie nell'ordine richiesto per il risultato ottimale.
Le etanolammine utilizzate nei metodi chimici per purificare il gas dall'idrogeno solforato e dall'anidride carbonica includono monoetanolammine (MEA), dietanolammine (DEA) e trietanolammine (TEA). Inoltre, le sostanze con i prefissi mono- e di- vengono rimosse dal gas e H2S e CO2. Ma la terza opzione aiuta a rimuovere solo l'idrogeno solforato.
Quando si esegue la pulizia selettiva del carburante blu, vengono utilizzate metildietanolammine (MDEA), diglicolamine (DGA) e diisopropanolammine (DIPA). Gli assorbenti selettivi vengono utilizzati principalmente all'estero.
Naturalmente assorbenti ideali che soddisfano tutte le esigenze di pulizia prima dell'immissione nell'impianto riscaldamento a gas e la fornitura di altre attrezzature non esiste ancora. Ogni solvente presenta alcuni vantaggi e svantaggi. Quando si sceglie una sostanza reattiva, è sufficiente determinare quella più adatta tra una serie di quelle proposte.
Principio di funzionamento di un'installazione tipica
Capacità massima di assorbimento in rapporto all'H2S è caratterizzato da una soluzione di monoetanolammina. Tuttavia, questo reagente presenta un paio di inconvenienti significativi. È caratterizzato da una pressione sufficientemente elevata e dalla capacità di creare composti irreversibili con solfuro di carbonio durante il funzionamento dell'unità di purificazione del gas amminico.
Il primo inconveniente viene eliminato mediante il lavaggio, in seguito al quale i vapori di ammina vengono parzialmente assorbiti. Il secondo si incontra raramente durante il trattamento dei gas di giacimento.
La concentrazione di una soluzione acquosa di monoetanolammina viene selezionata sperimentalmente e, in base alle ricerche effettuate, viene utilizzata per purificare il gas proveniente da uno specifico giacimento. La scelta della percentuale del reagente tiene conto della sua capacità di resistere agli effetti aggressivi dell'idrogeno solforato sui componenti metallici del sistema.
Il contenuto assorbente tipico è tipicamente compreso tra il 15 e il 20%. Tuttavia accade spesso che la concentrazione venga aumentata al 30% o ridotta al 10%, a seconda di quanto deve essere elevato il grado di purificazione. Quelli. a quale scopo, nel riscaldamento o nella produzione di composti polimerici, verrà utilizzato il gas.
Si noti che con l'aumento della concentrazione di composti amminici, il potenziale corrosivo dell'idrogeno solforato diminuisce. Bisogna però tenere conto che in questo caso aumenta il consumo del reagente. Di conseguenza, il costo del gas commerciale purificato aumenta.
L'unità principale dell'impianto di depurazione è un assorbitore a piastre o montato. Si tratta di un apparecchio orientato verticalmente, dall'aspetto simile a una provetta, con ugelli o piastre posizionati all'interno. Nella sua parte inferiore è presente un ingresso per la fornitura di una miscela di gas non purificata, nella parte superiore è presente un'uscita allo scrubber.
Il flusso di gas, dopo aver attraversato il separatore in ingresso, viene forzato nella sezione inferiore dell'assorbitore. Passa quindi attraverso piastre o ugelli situati al centro del corpo, sui quali si depositano i contaminanti. Gli ugelli, completamente bagnati con la soluzione amminica, sono separati tra loro da griglie per una distribuzione uniforme del reagente.
Successivamente, il carburante blu, ripulito dai contaminanti, viene inviato allo scrubber. Questo dispositivo può essere collegato nel circuito di elaborazione dopo l'assorbitore oppure posizionato nella sua parte superiore.
La soluzione esaurita scorre lungo le pareti dell'assorbitore e viene inviata ad una colonna di stripping - uno stripper con caldaia. Lì, la soluzione viene ripulita dai contaminanti assorbiti dai vapori rilasciati quando l'acqua viene bollita per essere restituita all'installazione.
Rigenerato, cioè liberata dai composti di idrogeno solforato, la soluzione confluisce nello scambiatore di calore. In esso, il liquido viene raffreddato nel processo di trasferimento del calore alla porzione successiva della soluzione contaminata, dopo di che viene pompato nel frigorifero per il completo raffreddamento e condensazione del vapore.
La soluzione assorbente raffreddata viene reimmessa nell'assorbitore. Ecco come il reagente circola in tutta l'installazione. I suoi vapori vengono inoltre raffreddati e liberati dalle impurità acide, dopo di che reintegrano la fornitura di reagenti.
Se è necessario rimuovere contemporaneamente la CO dal gas in lavorazione2 e H2S, viene eseguita la pulizia in due fasi.Consiste nell'utilizzare due soluzioni che differiscono per concentrazione. Questa opzione è più economica della pulizia in una sola fase.
Innanzitutto, il carburante gassoso viene pulito con una composizione forte contenente un reagente del 25-35%. Quindi il gas viene trattato con una soluzione acquosa debole, in cui la sostanza attiva è solo al 5-12%. Di conseguenza, sia la pulizia grossolana che quella fine vengono eseguite con un consumo minimo di soluzione e un utilizzo ragionevole del calore generato.
Quattro opzioni di pulizia con alconolamina
Le alconolamine o ammino alcoli sono sostanze contenenti non solo un gruppo amminico, ma anche un gruppo idrossi.
La progettazione di impianti e tecnologie per la purificazione del gas naturale con alcanolammine si differenzia principalmente per la modalità di fornitura della sostanza assorbente. Molto spesso, nella pulizia del gas vengono utilizzati quattro metodi principali utilizzando questo tipo di ammine.
Primo modo. Predetermina la fornitura della soluzione attiva in un flusso dall'alto. L'intero volume dell'assorbente è diretto alla piastra superiore dell'impianto. Il processo di pulizia avviene a una temperatura di fondo non superiore a 40ºС.
Questa tecnica viene solitamente utilizzata per contaminazioni minori da composti di idrogeno solforato e anidride carbonica. L'effetto termico totale per la produzione di gas commerciale è, di norma, basso.
Secondo modo. Questa opzione di pulizia viene utilizzata quando è presente un elevato contenuto di composti di idrogeno solforato nel combustibile gassoso.
In questo caso la soluzione reagente viene fornita in due flussi. Il primo, con un volume pari a circa il 65-75% della massa totale, viene inviato al centro dell'impianto, il secondo viene alimentato dall'alto.
La soluzione amminica scorre lungo le vaschette e incontra i flussi di gas ascendenti, che vengono forzati sulla vaschetta inferiore dell'unità assorbente. Prima della fornitura, la soluzione viene riscaldata a non più di 40ºC, ma durante l'interazione del gas con l'ammina la temperatura aumenta in modo significativo.
Per evitare che l'efficacia della pulizia diminuisca a causa dell'aumento della temperatura, il calore in eccesso viene rimosso insieme alla soluzione di scarto satura di idrogeno solforato. E nella parte superiore dell'impianto, il flusso viene raffreddato per estrarre i restanti componenti acidi insieme alla condensa.
Questo è un metodo economico che riduce il consumo sia di energia che di soluzione attiva. Il riscaldamento aggiuntivo non viene eseguito in nessuna fase. Nella sua essenza tecnologica, si tratta di una purificazione a due livelli, che offre l'opportunità di preparare il gas commerciale per la fornitura al gasdotto con perdite minime.
Terza via. Si tratta di alimentare l'assorbitore all'impianto di pulizia in due flussi di temperature diverse. Il metodo viene utilizzato se, oltre all'idrogeno solforato e all'anidride carbonica, il gas grezzo contiene anche CS2e COS.
La parte predominante dell'assorbitore, circa il 70-75%, si riscalda fino a 60-70ºС, e la restante parte solo fino a 40ºС. I flussi vengono immessi nell'assorbitore nello stesso modo del caso sopra descritto: dall'alto e al centro.
La formazione di una zona ad alta temperatura consente di rimuovere in modo rapido ed efficiente i contaminanti organici dalla massa di gas sul fondo della colonna di pulizia. E in alto, l'anidride carbonica e l'idrogeno solforato vengono fatti precipitare da un'ammina a temperatura standard.
Quarto metodo. Questa tecnologia predetermina la fornitura di una soluzione acquosa di ammina in due flussi con diversi gradi di rigenerazione. Cioè, uno viene fornito in forma non raffinata, contenente inclusioni di idrogeno solforato, il secondo senza di esse.
Il primo flusso non può essere definito completamente inquinato. Contiene solo parzialmente componenti acidi, perché alcuni di essi vengono rimossi durante il raffreddamento a +50º/+60ºC nello scambiatore di calore. Questo flusso di soluzione viene prelevato dall'ugello inferiore dello stripper, raffreddato e diretto verso la parte centrale della colonna.
Solo la parte della soluzione pompata nel settore superiore dell'impianto viene sottoposta a pulizia profonda. La temperatura di questo flusso di solito non supera i 50ºС. Qui viene eseguita la pulizia fine del combustibile gassoso. Questo schema consente di ridurre i costi di almeno il 10% riducendo il consumo di vapore.
È chiaro che il metodo di pulizia viene scelto in base alla presenza di contaminanti organici e alla fattibilità economica. In ogni caso, la varietà delle tecnologie ti consente di scegliere l'opzione migliore. Nello stesso impianto di trattamento del gas amminico è possibile variare il grado di purificazione, ottenendo combustibile blu con le prestazioni necessarie al lavoro caldaie a gas, stufe, caratteristiche dei riscaldatori.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il seguente video ti introdurrà alle specifiche dell'estrazione dell'idrogeno solforato dal gas associato prodotto insieme al petrolio da un pozzo petrolifero:
Il video presenterà l'impianto per la purificazione del carburante blu dall'idrogeno solforato per produrre zolfo elementare per un'ulteriore lavorazione:
L'autore di questo video ti spiegherà come eliminare l'idrogeno solforato dal biogas a casa:
La scelta del metodo di purificazione del gas è, innanzitutto, focalizzata sulla risoluzione di un problema specifico. L'esecutore ha due opzioni: seguire uno schema collaudato o preferire qualcosa di nuovo. Tuttavia, la linea guida principale dovrebbe rimanere la fattibilità economica mantenendo la qualità e ottenendo il grado di lavorazione richiesto.
