Amino dujų valymas iš vandenilio sulfido: principas, veiksmingos galimybės ir augalų diagramos
Gamtinės dujos, išgaunamos iš laukų, tiekiamos vartotojams vamzdynais, turi skirtingomis proporcijomis sieros junginių.Jei jų neatsikratysite, agresyvios medžiagos sunaikins dujotiekį, o jungiamosios detalės taps netinkamos naudoti. Be to, deginant užterštą mėlynąjį kurą, išsiskiria toksinai.
Siekiant išvengti neigiamų pasekmių, atliekamas aminų dujų valymas iš sieros vandenilio. Tai paprasčiausias ir nebrangiausias būdas atskirti kenksmingus komponentus nuo iškastinio kuro. Papasakosime, kaip vyksta sieros inkliuzų atskyrimo procesas, kaip projektuojamas ir veikia valymo įrenginys.
Straipsnio turinys:
Iškastinio kuro valymo tikslas
Dujos yra populiariausia kuro rūšis. Jis vilioja prieinamiausia kaina ir mažiausiai kenkia aplinkai. Neabejotini pranašumai yra degimo proceso valdymo paprastumas ir galimybė užtikrinti visus kuro apdorojimo etapus šiluminės energijos gamybos metu.
Tačiau gamtinis dujinis mineralas nėra išgaunamas gryna forma, nes Kartu su dujų ištraukimu iš gręžinio išpumpuojami susiję organiniai junginiai. Dažniausias iš jų – vandenilio sulfidas, kurio kiekis, priklausomai nuo telkinio, svyruoja nuo dešimtųjų iki dešimties ar daugiau procentų.
Vandenilio sulfidas yra nuodingas, pavojingas aplinkai ir kenksmingas dujų perdirbimo katalizatoriams. Kaip jau minėjome, šis organinis junginys yra itin agresyvus plieniniams vamzdžiams ir metaliniams vožtuvams.
Natūralu, kad ėsdina privačią sistemą ir magistralinis dujotiekis, sieros vandenilis sukelia mėlynojo kuro nuotėkį ir itin neigiamas, rizikingas situacijas, susijusias su šiuo faktu. Siekiant apsaugoti vartotoją, iš dujinio kuro prieš tiekiant jį į vamzdyną pašalinami sveikatai kenksmingi junginiai.
Pagal standartus vandenilio sulfido junginių kiekis dujose, transportuojamose vamzdžiais, negali viršyti 0,02 g/m³. Tačiau iš tikrųjų jų yra kur kas daugiau. Norint pasiekti GOST 5542-2014 reglamentuojamą vertę, reikia išvalyti.
Esami vandenilio sulfido atskyrimo metodai
Be sieros vandenilio, kuris vyrauja tarp kitų priemaišų, mėlyname kure gali būti ir kitų kenksmingų junginių. Jame galima rasti anglies dioksido, lengvųjų merkaptanų ir anglies sulfido. Tačiau pats vandenilio sulfidas visada vyraus.
Verta paminėti, kad nedidelis sieros junginių kiekis išvalytame dujiniame kure yra priimtinas. Konkretus tolerancijos dydis priklauso nuo tikslų, kuriems dujos gaminamos.Pavyzdžiui, norint pagaminti etileno oksidą, bendras sieros priemaišų kiekis turi būti mažesnis nei 0,0001 mg/m³.
Valymo būdas parenkamas pagal norimą rezultatą.
Visi šiuo metu egzistuojantys metodai yra suskirstyti į dvi grupes:
- Sorbuojantis. Jie susiję su vandenilio sulfido junginių absorbcija kietu (adsorbcija) arba skystu (absorbcijos) reagentu, o vėliau išsiskiria siera arba jos dariniai. Po to kenksmingos priemaišos, atskirtos nuo dujų, pašalinamos arba apdorojamos.
- Katalizinis. Jie susideda iš vandenilio sulfido oksidacijos arba redukcijos, paverčiant jį elementine siera. Procesas vykdomas dalyvaujant katalizatoriams – medžiagoms, kurios skatina cheminės reakcijos eigą.
Adsorbcija apima vandenilio sulfido surinkimą, koncentruojant jį ant kietos medžiagos paviršiaus. Dažniausiai adsorbcijos procese naudojamos granuliuotos medžiagos, kurių pagrindą sudaro aktyvuota anglis arba geležies oksidas. Didelis grūdams būdingas specifinis paviršiaus plotas padeda maksimaliai išlaikyti sieros molekules.
Absorbcijos technologija skiriasi tuo, kad dujinės vandenilio sulfido priemaišos yra ištirpintos veikliojoje skystoje medžiagoje. Dėl to dujiniai teršalai pereina į skystąją fazę. Tada izoliuoti kenksmingi komponentai pašalinami nusausinant, kitaip desorbuojant, tokiu būdu jie pašalinami iš reaktyvaus skysčio.
Nepaisant to, kad adsorbcijos technologija reiškia „sausus procesus“ ir leidžia tiksliai išvalyti mėlynąjį kurą, teršalams iš gamtinių dujų pašalinti dažniau naudojama absorbcija. Sieros vandenilio junginių surinkimas ir pašalinimas naudojant skystus absorbentus yra pelningesnis ir tikslingiau.
Dujų valymo metu naudojami absorbcijos metodai skirstomi į tris grupes:
- Cheminis. Pagaminta naudojant tirpiklius, kurie lengvai reaguoja su vandenilio sulfido rūgštiniais teršalais. Tarp cheminių sorbentų didžiausią sugeriamumą turi etanolaminai arba alkanolaminai.
- Fizinis. Jie atliekami fiziškai ištirpinant vandenilio sulfido dujas skysčio absorberyje. Be to, kuo didesnis dalinis dujinio teršalo slėgis, tuo greičiau vyksta tirpimo procesas. Čia kaip absorberiai naudojamas metanolis, propileno karbonatas ir kt.
- Kombinuotas. Mišrioje vandenilio sulfido ekstrahavimo versijoje naudojamos abi technologijos. Pagrindinis darbas atliekamas absorbuojant, o smulkų valymą atlieka adsorbentai.
Jau pusę amžiaus populiariausia ir populiariausia sieros ir anglies rūgšties atskyrimo ir pašalinimo iš natūralaus kuro technologija buvo cheminis dujų valymas naudojant aminų sorbentą, naudojamą vandeninio tirpalo pavidalu.
Aminų technologija labiau tinka dideliems dujų kiekiams apdoroti, nes:
- Netrūksta. Reagentų visada galima įsigyti tiek, kiek reikia valymui.
- Priimtinas įsisavinimas. Aminai pasižymi dideliu sugeriamumu. Iš visų naudojamų medžiagų tik jos gali pašalinti iš dujų 99,9 % vandenilio sulfido.
- Prioritetinės charakteristikos. Vandeniniai aminų tirpalai pasižymi priimtiniausiu klampumu, garų tankiu, terminiu ir cheminiu stabilumu, maža šilumine talpa. Jų savybės užtikrina geriausią absorbcijos proceso eigą.
- Nėra reaktyvių medžiagų toksiškumo. Tai svarbus argumentas, kuris įtikina griebtis aminų metodo.
- Selektyvumas. Kokybė reikalinga selektyviai absorbcijai. Tai suteikia galimybę nuosekliai atlikti reikiamas reakcijas tokia tvarka, kokia reikalinga optimaliam rezultatui pasiekti.
Etanolaminai, naudojami cheminiuose metoduose dujoms valyti iš vandenilio sulfido ir anglies dioksido, apima monoetanolaminus (MEA), dietanolaminus (DEA) ir trietanolaminus (TEA). Be to, medžiagos su priešdėliais mono- ir di- pašalinamos iš dujų ir H2S ir CO2. Tačiau trečiasis variantas padeda pašalinti tik vandenilio sulfidą.
Atliekant selektyvų mėlynojo kuro valymą, naudojami metildietanolaminai (MDEA), diglikolaminai (DGA) ir diizopropanolaminai (DIPA). Užsienyje daugiausia naudojami selektyvūs absorbentai.
Žinoma, idealūs absorbentai, kurie atitinka visus valymo reikalavimus prieš tiekiant į sistemą dujinis šildymas ir kitos įrangos tiekimo dar nėra. Kiekvienas tirpiklis turi tam tikrų privalumų ir trūkumų. Rinkdamiesi reaktyviąją medžiagą tiesiog išsirinkite tinkamiausią iš daugelio siūlomų.
Įprasto įrengimo veikimo principas
Didžiausias sugerties pajėgumas, palyginti su H2S pasižymi monoetanolamino tirpalu. Tačiau šis reagentas turi keletą reikšmingų trūkumų. Jis pasižymi gana aukštu slėgiu ir galimybe sukurti negrįžtamus junginius su anglies sulfidu veikiant aminų dujų valymo įrenginiui.
Pirmasis trūkumas pašalinamas plaunant, dėl kurio amino garai yra iš dalies absorbuojami. Antrasis retai sutinkamas apdorojant lauko dujas.
Vandeninio monoetanolamino tirpalo koncentracija parenkama eksperimentiniu būdu ir, remiantis atliktais tyrimais, naudojama konkretaus lauko dujoms valyti. Parenkant reagento procentinę dalį atsižvelgiama į jo gebėjimą atlaikyti agresyvų vandenilio sulfido poveikį metaliniams sistemos komponentams.
Tipiškas sugeriančios medžiagos kiekis paprastai yra nuo 15 iki 20%. Tačiau dažnai atsitinka, kad koncentracija padidinama iki 30% arba sumažinama iki 10%, priklausomai nuo to, koks turėtų būti gryninimo laipsnis. Tie. kokiam tikslui šildymui ar polimerinių junginių gamyboje bus naudojamos dujos.
Atkreipkite dėmesį, kad didėjant amino junginių koncentracijai, vandenilio sulfido korozinis potencialas mažėja. Tačiau turime atsižvelgti į tai, kad šiuo atveju padidėja reagento suvartojimas. Dėl to išgrynintų komercinių dujų kaina didėja.
Pagrindinis valymo įrenginio vienetas yra plokštės arba sumontuotos veislės absorberis. Tai vertikaliai orientuotas aparatas, savo išvaizda primenantis mėgintuvėlį, kurio viduje yra purkštukai arba plokštelės. Apatinėje jo dalyje yra įvadas neišgrynintam dujų mišiniui tiekti, viršuje – išėjimas į skruberį.
Dujų srautas, praėjęs per įleidimo angos separatorių, nukreipiamas į apatinę absorberio sekciją. Tada jis praeina per plokštes arba antgalius, esančius korpuso viduryje, ant kurių nusėda teršalai. Purkštukai, visiškai sudrėkinti amino tirpalu, yra atskirti vienas nuo kito tinkleliais, kad reagentas pasiskirstytų tolygiai.
Tada mėlynasis kuras, išvalytas nuo teršalų, siunčiamas į skruberį. Šis įrenginys gali būti prijungtas prie apdorojimo grandinės po absorberio arba viršutinėje jo dalyje.
Panaudotas tirpalas nuteka absorberio sienelėmis ir siunčiamas į nuėmimo kolonėlę – nuėmiklį su katilu. Ten tirpalas išvalomas nuo susigėrusių teršalų garais, išsiskiriančiais verdant vandenį, kad būtų grąžintas atgal į įrenginį.
Regeneruotas, t.y. išlaisvintas iš sieros vandenilio junginių, tirpalas patenka į šilumokaitį. Jame skystis atšaldomas perduodant šilumą kitai užteršto tirpalo daliai, po to jis pumpuojamas į šaldytuvą, kad būtų visiškai atvėsintas ir kondensuotas garas.
Atvėsintas sugeriantis tirpalas tiekiamas atgal į absorberį. Taip reagentas cirkuliuoja viso įrengimo metu. Jo garai taip pat atšaldomi ir išvalomi nuo rūgščių priemaišų, po to jie papildo reagento atsargas.
Jei reikia tuo pačiu metu pašalinti CO iš apdorojamų dujų2 ir H2S, atliekamas dviejų etapų valymas.Jį sudaro du tirpalai, kurių koncentracija skiriasi. Ši parinktis yra ekonomiškesnė nei valymas vienu žingsniu.
Pirma, dujinis kuras išvalomas stipria kompozicija, kurioje yra 25–35% reagento. Tada dujos apdorojamos silpnu vandeniniu tirpalu, kuriame veikliosios medžiagos yra tik 5-12%. Dėl to atliekamas tiek grubus, tiek smulkus valymas, naudojant minimalias tirpalo sąnaudas ir protingai naudojant susidariusią šilumą.
Keturios alkoholio valymo galimybės
Alkonolaminai arba aminoalkoholiai yra medžiagos, turinčios ne tik aminų grupę, bet ir hidroksi grupę.
Gamtinių dujų valymo alkanolaminais įrenginių konstrukcija ir technologijos daugiausia skiriasi absorbuojančios medžiagos tiekimo būdu. Dujų valymui naudojant šio tipo aminus dažniausiai naudojami keturi pagrindiniai metodai.
Pirmas būdas. Iš anksto nustatomas aktyvaus tirpalo tiekimas vienu srautu iš viršaus. Visas absorbento tūris nukreipiamas į viršutinę įrenginio plokštę. Valymo procesas vyksta ne aukštesnėje kaip 40ºС temperatūroje.
Šis metodas dažniausiai naudojamas nedideliam užteršimui vandenilio sulfido junginiais ir anglies dioksidu. Bendras šiluminis efektas gaminant komercines dujas, kaip taisyklė, yra mažas.
Antras būdas. Ši valymo parinktis naudojama, kai dujiniame kure yra daug vandenilio sulfido junginių.
Šiuo atveju reagento tirpalas tiekiamas dviem srautais. Pirmasis, kurio tūris yra maždaug 65–75% visos masės, siunčiamas į įrenginio vidurį, antrasis tiekiamas iš viršaus.
Amino tirpalas teka dėklais ir susitinka su kylančiais dujų srautais, kurie verčiami ant apatinio sugeriamojo įrenginio padėklo. Prieš tiekiant tirpalas pašildomas ne daugiau kaip iki 40ºC, tačiau dujoms sąveikaujant su aminu temperatūra žymiai pakyla.
Kad valymo efektyvumas nesumažėtų dėl pakilusios temperatūros, kartu su vandenilio sulfido prisotintu atliekų tirpalu pašalinamas šilumos perteklius. Įrenginio viršuje srautas aušinamas, kad kartu su kondensatu būtų ištraukti likę rūgštiniai komponentai.
Tai ekonomiškas būdas, sumažinantis tiek energijos, tiek aktyvaus tirpalo sąnaudas. Papildomas šildymas nėra atliekamas jokiame etape. Savo technologine esme tai yra dviejų lygių valymas, suteikiantis galimybę su minimaliais nuostoliais paruošti komercines dujas tiekimui į dujotiekį.
Trečias būdas. Tai apima absorberio tiekimą į valymo įrenginį dviem skirtingos temperatūros srautais. Metodas taikomas, jei, be vandenilio sulfido ir anglies dioksido, žaliavose yra ir CS2ir COS.
Vyraujanti absorberio dalis, apie 70-75%, įkaista iki 60-70ºС, o likusi dalis tik iki 40ºС. Srautai tiekiami į absorberį taip pat, kaip ir aukščiau aprašytu atveju: iš viršaus ir į vidurį.
Aukštos temperatūros zonos susidarymas leidžia greitai ir efektyviai pašalinti organinius teršalus iš valymo kolonėlės apačioje esančios dujų masės. O viršuje anglies dioksidą ir vandenilio sulfidą nusodina aminas esant standartinei temperatūrai.
Ketvirtasis metodas. Ši technologija iš anksto nustato vandeninio amino tirpalo tiekimą dviem srautais su skirtingu regeneracijos laipsniu. Tai yra, vienas tiekiamas nerafinuotas, turintis vandenilio sulfido intarpų, antrasis - be jų.
Pirmojo upelio negalima vadinti visiškai užterštu. Jame tik iš dalies yra rūgščių komponentų, nes dalis jų pasišalina šilumokaityje aušinant iki +50º/+60ºC. Šis tirpalo srautas paimamas iš apatinio nuėmiklio antgalio, atšaldomas ir nukreipiamas į vidurinę kolonėlės dalį.
Giliai valoma tik ta tirpalo dalis, kuri pumpuojama į viršutinį įrenginio sektorių. Šio srauto temperatūra paprastai neviršija 50ºС. Čia atliekamas smulkus dujinio kuro valymas. Ši schema leidžia sumažinti išlaidas mažiausiai 10%, sumažinant garo suvartojimą.
Akivaizdu, kad valymo būdas pasirenkamas atsižvelgiant į organinių teršalų buvimą ir ekonominį pagrįstumą. Bet kokiu atveju technologijų įvairovė leidžia pasirinkti geriausią variantą. Tame pačiame amino dujų valymo įrenginyje galima keisti valymo laipsnį, gauti mėlyną kurą su darbui reikalingu dujiniai katilai, krosnelių, šildytuvų charakteristikos.
Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema
Šis vaizdo įrašas supažindins su vandenilio sulfido išgavimu iš susijusių dujų, pagamintų kartu su nafta naftos gręžinyje:
Vaizdo įraše bus pristatyta mėlynojo kuro valymo iš vandenilio sulfido įrenginys, kad būtų gauta elementinė siera tolesniam apdorojimui:
Šio vaizdo įrašo autorius jums pasakys, kaip namuose atsikratyti sieros vandenilio iš biodujų:
Dujų valymo metodo pasirinkimas visų pirma yra orientuotas į konkrečios problemos sprendimą. Atlikėjas turi dvi galimybes: vadovautis patikrinta schema arba teikti pirmenybę kažkam naujo. Tačiau pagrindinė gairė vis tiek turėtų būti ekonominis pagrįstumas, išlaikant kokybę ir pasiekiant reikiamą perdirbimo laipsnį.