Hidrojen sülfürden amin gazının saflaştırılması: prensip, etkili seçenekler ve tesis diyagramları

Tarlalardan boru hatlarıyla tüketicilere ulaştırılmak üzere çıkarılan doğal gaz, farklı oranlarda kükürt bileşikleri içermektedir.Bunlardan kurtulmazsanız, agresif maddeler boru hattını tahrip edecek ve bağlantı parçalarını kullanılamaz hale getirecektir. Ayrıca kirli mavi yakıt yakıldığında toksinler açığa çıkar.

Olumsuz sonuçlardan kaçınmak için hidrojen sülfürden amin gazı saflaştırması yapılır. Bu, zararlı bileşenleri fosil yakıtlardan ayırmanın en basit ve en ucuz yoludur. Kükürt kalıntılarının ayrıştırılması sürecinin nasıl gerçekleştiğini, arıtma tesisinin nasıl tasarlandığını ve çalıştığını size anlatacağız.

Fosil yakıt temizliğinin amacı

Gaz en popüler yakıt türüdür. En uygun fiyatıyla dikkat çeker ve çevreye en az zarar verir. İnkar edilemez avantajlar arasında yanma sürecini kontrol etme kolaylığı ve termal enerji üretimi sırasında yakıt işlemenin tüm aşamalarını güvence altına alma yeteneği yer alır.

Ancak doğal gaz halindeki mineral saf haliyle çıkarılmamaktadır, çünkü Gaz ekstraksiyonuyla eş zamanlı olarak ilgili organik bileşikler kuyudan dışarı pompalanır. Bunlardan en yaygın olanı, birikintiye bağlı olarak içeriği onda bir ila yüzde on veya daha fazla değişen hidrojen sülfittir.

Hidrojen sülfür zehirlidir, çevreye zararlıdır ve gaz işlemede kullanılan katalizörlere zararlıdır. Daha önce de belirttiğimiz gibi, bu organik bileşik çelik borulara ve metal vanalara karşı son derece agresiftir.

Doğal olarak özel sistemi aşındırıyor ve ana gaz boru hattıHidrojen sülfür, mavi yakıt sızıntılarına ve bununla bağlantılı son derece olumsuz, riskli durumlara yol açmaktadır. Tüketiciyi korumak amacıyla, gaz halindeki yakıt boru hattına verilmeden önce sağlığa zararlı bileşenlerden arındırılmaktadır.

Borularla taşınan gazın içindeki hidrojen sülfür bileşikleri standartlara göre 0,02 g/m³'ü aşamaz. Ancak aslında bunlardan çok daha fazlası var. GOST 5542-2014 tarafından düzenlenen değere ulaşmak için temizlik gereklidir.

Hidrojen sülfürün ayrılması için mevcut yöntemler

Mavi yakıt, diğer yabancı maddeler arasında baskın olan hidrojen sülfürün yanı sıra başka zararlı bileşikler de içerebilir. İçinde karbondioksit, hafif merkaptanlar ve karbon sülfür bulunabilir. Ancak hidrojen sülfürün kendisi her zaman baskın olacaktır.

Saflaştırılmış gaz yakıttaki bazı küçük kükürt bileşikleri içeriğinin kabul edilebilir olduğunu belirtmekte fayda var. Spesifik tolerans rakamı, gazın üretilme amacına bağlıdır.Örneğin etilen oksit üretmek için kükürt yabancı maddelerinin toplam içeriği 0,0001 mg/m³'ten az olmalıdır.

Temizleme yöntemi istenen sonuca göre seçilir.

Şu anda mevcut olan tüm yöntemler iki gruba ayrılmıştır:

• Sorptif. Hidrojen sülfit bileşiklerinin bir katı (adsorpsiyon) veya sıvı (absorbsiyon) reaktifi tarafından emilmesini ve ardından kükürt veya türevlerinin salınmasını içerirler. Daha sonra gazdan ayrılan zararlı yabancı maddeler bertaraf edilir veya işlenir.
• Katalitik. Hidrojen sülfürün elementel kükürte dönüştürülmesiyle oksidasyonu veya indirgenmesinden oluşurlar. İşlem, kimyasal reaksiyonun seyrini uyaran maddeler olan katalizörlerin varlığında gerçekleştirilir.

Adsorpsiyon, hidrojen sülfürün bir katının yüzeyinde yoğunlaştırılarak toplanmasını içerir. Adsorpsiyon işleminde çoğunlukla aktif karbon veya demir oksit bazlı granül malzemeler kullanılır. Tahılların geniş spesifik yüzey alanı özelliği, kükürt moleküllerinin maksimum düzeyde tutulmasına katkıda bulunur.

Tüm mavi yakıt arıtma yöntemleri sorpsiyon ve katalitik olarak ikiye ayrılır. Temizleme ekipmanları belirli bir teknolojinin çalışma prensibine odaklanmıştır. Bununla birlikte, çeşitli yöntemleri birleştiren ve kapsamlı temizlik sağlayan kurulumlar da vardır.

Emme teknolojisi, gaz halindeki hidrojen sülfür safsızlıklarının aktif sıvı maddede çözülmesi bakımından farklılık gösterir. Sonuç olarak gaz halindeki kirleticiler sıvı faza geçer. Daha sonra izole edilen zararlı bileşenler sıyırma yoluyla uzaklaştırılır, aksi takdirde desorbsiyon yapılır, bu yöntemle reaktif sıvıdan uzaklaştırılırlar.

Adsorpsiyon teknolojisinin "kuru prosesleri" ifade etmesine ve mavi yakıtın hassas bir şekilde saflaştırılmasına izin vermesine rağmen, absorpsiyon daha çok doğal gazdaki kirletici maddeleri uzaklaştırmak için kullanılır. Hidrojen sülfür bileşiklerinin sıvı emiciler kullanılarak toplanması ve ortadan kaldırılması daha karlı ve uygundur.

En popüler adsorber türü, kapsül veya tanecik formunda kullanılan aktif karbondur. Her elementin yüzeyi hidrojen sülfürü ve diğer organik kalıntıları “emer”

Gaz saflaştırmasında kullanılan absorpsiyon yöntemleri aşağıdaki üç gruba ayrılır:

• Kimyasal. Hidrojen sülfür asidik kirleticilerle kolayca reaksiyona giren solventler kullanılarak üretilir. Etanolaminler veya alkanolaminler, kimyasal sorbentler arasında en yüksek emme kapasitesine sahiptir.
• Fiziksel. Hidrojen sülfür gazının bir sıvı emici içinde fiziksel olarak çözülmesiyle gerçekleştirilirler. Ayrıca, gaz halindeki kirletici maddenin kısmi basıncı ne kadar yüksek olursa, çözünme süreci de o kadar hızlı gerçekleşir. Burada absorber olarak metanol, propilen karbonat vb. kullanılmaktadır.
• Kombine. Hidrojen sülfit ekstraksiyonunun karma versiyonunda her iki teknoloji de söz konusudur. Ana iş emilim ile yapılır ve adsorbanlar tarafından ince saflaştırma gerçekleştirilir.

Yarım yüzyıl boyunca, hidrojen sülfit ve karbonik asidin doğal yakıtlardan ayrılması ve uzaklaştırılması için en popüler ve popüler teknoloji, sulu bir çözelti formunda kullanılan bir amin sorbent kullanılarak kimyasal gaz saflaştırması olmuştur.

Doğal yakıtların saflaştırılmasına yönelik soğurma yöntemleri, katı ve sıvı maddelerin hidrojen sülfür ve diğer organik yabancı maddelerle reaksiyona girerek bunları gaz bileşiminden ayırma yeteneğine dayanmaktadır.

Amin teknolojisi büyük hacimli gazların işlenmesi için daha uygundur çünkü:

• Eksiklik yok. Reaktifler her zaman temizlik için gerekli hacimde satın alınabilir.
• Kabul edilebilir emilim. Aminler yüksek emme kapasitesi ile karakterize edilir. Kullanılan tüm maddelerden yalnızca bunlar, hidrojen sülfürün %99,9'unu gazdan uzaklaştırabilmektedir.
• Öncelikli özellikler. Sulu amin çözeltileri, en kabul edilebilir viskozite, buhar yoğunluğu, termal ve kimyasal stabilite ve düşük ısı kapasitesi ile karakterize edilir. Özellikleri emilim sürecinin en iyi şekilde ilerlemesini sağlar.
• Reaktif maddelerin toksisitesi yoktur. Bu, kişiyi amin yöntemine başvurmaya ikna eden önemli bir argümandır.
• Seçicilik. Seçici emilim için gerekli kalite. Optimum sonuç için gerekli reaksiyonların gerekli sırayla sıralı olarak gerçekleştirilebilmesini sağlar.

Hidrojen sülfit ve karbon dioksitten gazı saflaştırmak için kimyasal yöntemlerde kullanılan etanolaminler arasında monoetanolaminler (MEA), dietanolaminler (DEA) ve trietanolaminler (TEA) yer alır. Ayrıca mono- ve di- öneklerine sahip maddeler gazdan ve H'den uzaklaştırılır.₂S ve CO₂. Ancak üçüncü seçenek yalnızca hidrojen sülfürün uzaklaştırılmasına yardımcı olur.

Mavi yakıtın seçici temizliği yapılırken metildietanolaminler (MDEA), diglikolaminler (DGA) ve diizopropanolaminler (DIPA) kullanılır. Seçici emiciler çoğunlukla yurt dışında kullanılmaktadır.

Doğal olarak sisteme teslim edilmeden önce tüm temizlik gereksinimlerini karşılayan ideal emiciler gaz ısıtma ve diğer ekipmanların temini henüz mevcut değil. Her çözücünün dezavantajlarının yanı sıra bazı avantajları da vardır. Bir reaktif madde seçerken, önerilen birkaç madde arasından en uygun olanı belirlemeniz yeterlidir.

Tipik bir kurulumun çalışma prensibi

H'ye göre maksimum emme kapasitesi₂S, bir monoetanolamin çözeltisi ile karakterize edilir. Ancak bu reaktifin birkaç önemli dezavantajı vardır. Amin gazı arıtma ünitesinin çalışması sırasında oldukça yüksek basınç ve karbon sülfür ile geri dönüşü olmayan bileşikler oluşturma yeteneği ile karakterize edilir.

İlk dezavantaj, amin buharlarının kısmen emilmesi sonucunda yıkamayla ortadan kaldırılır. İkincisi ise saha gazlarının işlenmesi sırasında nadiren karşılaşılmaktadır.

Sulu bir monoetanolamin çözeltisinin konsantrasyonu deneysel olarak seçilir ve yürütülen araştırmalara dayanarak belirli bir alandaki gazı saflaştırmak için kullanılır. Reaktif yüzdesinin seçimi, hidrojen sülfürün sistemin metal bileşenleri üzerindeki agresif etkilerine dayanma kabiliyetini dikkate alır.

Tipik emici içerikleri tipik olarak %15 ila %20 aralığındadır. Bununla birlikte, saflaştırma derecesinin ne kadar yüksek olması gerektiğine bağlı olarak konsantrasyonun %30'a yükseltilmesi veya %10'a düşürülmesi sıklıkla görülür. Onlar. gazın ısıtmada veya polimer bileşiklerinin üretiminde hangi amaçla kullanılacağı.

Amin bileşiklerinin konsantrasyonu arttıkça hidrojen sülfürün aşındırıcı potansiyelinin azaldığını unutmayın. Ancak bu durumda reaktif tüketiminin arttığını dikkate almalıyız. Sonuç olarak, arıtılmış ticari gazın maliyeti artar.

Arıtma tesisinin ana ünitesi plakalı veya monte edilmiş türden bir emicidir. Bu, içinde nozullar veya plakalar bulunan, görünüşte bir test tüpüne benzeyen dikey olarak yönlendirilmiş bir aparattır. Alt kısmında, arıtılmamış bir gaz karışımının beslenmesi için bir giriş, üst kısmında ise yıkayıcıya bir çıkış bulunmaktadır.

Tesisatta arıtılan gaz, reaktifin ısı eşanjörüne ve ardından sıyırma kolonuna geçmesine yetecek kadar basınç altındaysa, işlem bir pompanın katılımı olmadan gerçekleşir.Basınç prosesin ilerlemesini engelleyecek kadar düşükse, pompalama teknolojisi dışarı akışı teşvik eder

Gaz akışı, giriş ayırıcısından geçtikten sonra emicinin alt kısmına doğru zorlanır. Daha sonra gövdenin ortasında bulunan ve üzerinde kirletici maddelerin biriktiği plakalardan veya nozüllerden geçer. Tamamen amin çözeltisiyle ıslatılan nozüller, reaktifin eşit dağılımı için birbirlerinden ızgaralarla ayrılır.

Daha sonra kirletici maddelerden arındırılan mavi yakıt yıkayıcıya gönderilir. Bu cihaz, emiciden sonra işleme devresine bağlanabilir veya üst kısmına yerleştirilebilir.

Harcanan çözelti, emicinin duvarlarından aşağı akar ve bir sıyırma kolonuna - kazanlı bir sıyırıcıya - gönderilir. Burada çözelti, tesisata geri gönderilmek üzere su kaynatıldığında açığa çıkan buharlar aracılığıyla emilen kirletici maddelerden temizlenir.

Yenilenmiş, yani Hidrojen sülfit bileşiklerinden arındırılan çözelti, ısı eşanjörüne akar. İçinde, ısının kirlenmiş çözeltinin bir sonraki kısmına aktarılması sürecinde sıvı soğutulur, ardından buharın tamamen soğutulması ve yoğunlaşması için buzdolabına pompalanır.

Soğutulan emici çözelti emiciye geri beslenir. Reaktifin kurulum boyunca dolaşımı bu şekilde gerçekleşir. Buharları da soğutulur ve asidik yabancı maddelerden arındırılır, ardından reaktif beslemesi yenilenir.

Çoğu zaman, gaz saflaştırmasında monoetanolamin ve dietanolamin içeren şemalar kullanılır. Bu reaktifler mavi yakıttan yalnızca hidrojen sülfürün değil aynı zamanda karbondioksitin de çıkarılmasını mümkün kılar.

İşlenen gazdan CO'nun eş zamanlı olarak uzaklaştırılması gerekiyorsa₂ ve H₂S, iki aşamalı temizlik yapılır.Konsantrasyonları farklı olan iki çözeltinin kullanılmasından oluşur. Bu seçenek tek adımlı temizliğe göre daha ekonomiktir.

Öncelikle gaz halindeki yakıt, %25-35 oranında reaktif içeren güçlü bir bileşimle temizlenir. Daha sonra gaz, aktif maddenin sadece% 5-12 olduğu zayıf bir sulu çözelti ile işlenir. Sonuç olarak, minimum solüsyon tüketimi ve üretilen ısının makul kullanımı ile hem kaba hem de ince temizlik gerçekleştirilir.

Dört alkonolamin temizleme seçeneği

Alkonolaminler veya amino alkoller sadece bir amin grubu değil aynı zamanda bir hidroksi grubu da içeren maddelerdir.

Doğal gazın alkanolaminlerle arıtılmasına yönelik tesislerin ve teknolojilerin tasarımı, esas olarak emici maddenin tedarik yönteminde farklılık gösterir. Bu tip aminlerin kullanıldığı gaz temizlemede çoğunlukla dört ana yöntem kullanılır.

İlk yol. Aktif çözeltinin beslemesini yukarıdan tek bir akışta önceden belirler. Emici hacminin tamamı tesisatın üst plakasına yönlendirilir. Temizleme işlemi, 40°С'den yüksek olmayan bir sıcaklık arka planında gerçekleşir.

En basit temizleme yöntemi, aktif çözeltinin tek bir akışta sağlanmasını içerir. Bu teknik, gazdaki yabancı madde miktarının önemsiz olması durumunda kullanılır.

Bu teknik genellikle hidrojen sülfit bileşikleri ve karbon dioksit ile küçük kirlenmeler için kullanılır. Ticari gaz üretiminin toplam termal etkisi kural olarak düşüktür.

İkinci yol. Bu temizleme seçeneği, gazlı yakıtta yüksek miktarda hidrojen sülfür bileşiği bulunduğunda kullanılır.

Bu durumda reaktif çözeltisi iki akış halinde sağlanır. Toplam kütlenin yaklaşık% 65-75'i kadar olan birincisi tesisin ortasına gönderilir, ikincisi ise yukarıdan beslenir.

Amin çözeltisi tepsilerden aşağı doğru akar ve emici ünitenin alt tepsisine zorlanan yükselen gaz akışlarıyla karşılaşır. Beslemeden önce çözelti 40°C'den fazla ısıtılmayacaktır, ancak gazın amin ile etkileşimi sırasında sıcaklık önemli ölçüde artar.

Sıcaklık artışı nedeniyle temizleme verimliliğinin azalmasını önlemek için fazla ısı, hidrojen sülfürle doyurulmuş atık çözeltiyle birlikte uzaklaştırılır. Ve tesisatın üst kısmında, kalan asidik bileşenlerin yoğuşmayla birlikte çıkarılması için akış soğutulur.

Açıklanan yöntemlerin ikincisi ve üçüncüsü, emici çözeltinin iki akış halinde tedarikini önceden belirler. İlk durumda, reaktif aynı sıcaklıkta, ikincisinde ise farklı bir sıcaklıkta sağlanır.

Bu hem enerji tüketimini hem de aktif solüsyon tüketimini azaltan ekonomik bir yöntemdir. Hiçbir aşamada ilave ısıtma yapılmaz. Teknolojik özünde, ticari gazı boru hattına minimum kayıpla tedarik etmek üzere hazırlama fırsatı sağlayan iki seviyeli bir arıtmadır.

Üçüncü yol. Emicinin temizleme tesisine farklı sıcaklıklardaki iki akışla beslenmesini içerir. Yöntem, ham gazın hidrojen sülfit ve karbondioksite ek olarak CS içermesi durumunda kullanılır.₂ve COS.

Emicinin baskın kısmı, yaklaşık% 70-75, 60-70°С'ye, geri kalan kısmı ise yalnızca 40°С'ye kadar ısınır. Akışlar, yukarıda açıklanan durumda olduğu gibi emiciye beslenir: yukarıdan ve ortadan.

Yüksek sıcaklık bölgesinin oluşumu, organik kirletici maddelerin temizleme kolonunun tabanındaki gaz kütlesinden hızlı ve verimli bir şekilde uzaklaştırılmasını mümkün kılar. En üstte ise karbondioksit ve hidrojen sülfit standart sıcaklıkta bir amin tarafından çökeltiliyor.

Dördüncü yöntem. Bu teknoloji, farklı rejenerasyon derecelerine sahip iki akışta sulu bir amin çözeltisinin tedarikini önceden belirler. Yani, biri hidrojen sülfit kapanımları içeren rafine edilmemiş bir formda sağlanır, ikincisi ise bunlar olmadan sağlanır.

İlk akıntıya tamamen kirli denemez. Sadece kısmen asidik bileşenler içerir, çünkü bunların bir kısmı ısı eşanjöründe +50°/+60°C'ye soğutma sırasında uzaklaştırılır. Bu çözelti akışı alt sıyırıcı nozuldan alınır, soğutulur ve kolonun orta kısmına yönlendirilir.

Gazlı yakıtta önemli miktarda hidrojen sülfür ve karbondioksit bileşenleri varsa, temizleme farklı rejenerasyon derecelerine sahip iki çözelti akışıyla gerçekleştirilir.

Solüsyonun yalnızca kurulumun üst sektörüne pompalanan kısmı derinlemesine temizliğe tabi tutulur. Bu akışın sıcaklığı genellikle 50ºС'yi geçmez. Burada gaz halindeki yakıtın ince temizliği yapılır. Bu şema, buhar tüketimini azaltarak maliyetleri en az% 10 azaltmanıza olanak tanır.

Temizleme yönteminin organik kirleticilerin varlığına ve ekonomik fizibiliteye göre seçildiği açıktır. Her durumda, teknolojilerin çeşitliliği en iyi seçeneği seçmenizi sağlar. Aynı amin gazı arıtma tesisinde, iş için gereken mavi yakıtı elde ederek arıtma derecesini değiştirmek mümkündür. gaz kazanları, sobalar, ısıtıcıların özellikleri.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı video

Aşağıdaki video size bir petrol kuyusu tarafından petrolle birlikte üretilen ilgili gazdan hidrojen sülfürün çıkarılmasının ayrıntılarını tanıtacaktır:

Video, daha ileri işlemler için elementel kükürt üretmek amacıyla mavi yakıtın hidrojen sülfürden arındırılmasına yönelik kurulumu gösterecek:

Bu videonun yazarı size evde biyogazdaki hidrojen sülfürden nasıl kurtulacağınızı anlatacak:

Gaz arıtma yönteminin seçimi, her şeyden önce belirli bir problemin çözümüne odaklanmaktadır. Sanatçının iki seçeneği vardır: kanıtlanmış bir şemayı takip etmek veya yeni bir şeyi tercih etmek. Bununla birlikte, kaliteyi korurken ve gerekli işleme derecesini elde ederken ana kılavuz yine de ekonomik fizibilite olmalıdır.