Способы очистки углеводородных газов

Очистка углеводородных газов этаноламинами

В углеводородном сырье содержатся такие серосодержащие примеси, как сероводород, серооксид углерода, сероуглерод, меркаптаны, а в газовом конденсате – также сульфиды и дисульфиды. Их содержание нежелательно (они вызывают коррозию оборудования и отравляют катализаторы), и их удаляют.

Меркаптаны и сульфиды при гидроочистке превращаются в сероводород, который легко отделить при помощи абсорбции этаноламинами.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от сероводорода и углекислого газа являются:

• моноэтаноламин (МЭА)
• диэтаноламин (ДЭА)
• триэтаноламин (ТЭА)
• дигликольамин (ДГА)
• диизопропаноламин (ДИПА)
• метилдиэтаноламин (МДЭА)

Наибольшее практическое применение получили моно- и диэтаноламин. Использование ДЭА особенно целесообразно в тех случаях, когда в исходном газе наряду с Н2S и СО2 содержатся COS и СS2, которые вступают в необратимую реакцию с МЭА, вызывая его значительные потери. Для селективного извлечения Н2S в присутствии СO2 используют третичный амин – метилдиэтаноламин.

В физических процессах извлечение кислых компонентов из газа происходит за счет физического растворения их в применяемом абсорбенте. При этом, чем выше парциальное давление компонентов, тем выше их растворимость. Из физических абсорбентов промышленное применение для очистки газов нашли такие, как:

• метанол
• N-метилпирролидон
• алкиловые эфиры полиэтилен гликоля
• пропиленкарбонат

Присутствие гидроксильной группы снижает давление насыщенных паров и повышает растворимость амина в воде, а аминогруппа придает водным растворам щелочность, необходимую для взаимодействия с Н2S и СO2, которые в водной среде диссоциируют с образованием слабых кислот.

Алканоламины – это бесцветные, вязкие, гигроскопичные жидкости, смешивающиеся с водой и низкомолекулярными спиртами во всех соотношениях; они почти нерастворимы в неполярных растворителях.

Их применяют, как правило, в виде водных растворов. Концентрация амина в растворе может изменяться в широких пределах, ее выбирают на основании опыта работы и по соображениям коррозии оборудования.

Алканоламины, будучи основаниями, легко вступают в реакцию с кислыми примесями, образуя ассоциаты. Таким образом, кислые примеси накапливаются в жидкости.

Отработанные этаноламины легко регенерируются, при нагреве отдавая кислые газы. Процесс Клауса позволяет переработать сероводород в товарный продукт – элементарную серу.

Часть из них на стадии регенерации абсорбента разрушается и снова выделяет алканоламин, другая часть нерегенерируется, что является одной из причин потерь амина. Наибольшее количество нерегенерируемых соединений характерно для первичных алканоламинов.

Поступающий на очистку газ проходит восходящим потоком через абсорбер навстречу потоку раствора. Насыщенный кислыми газами раствор, выходящий с низа абсорбера, подогревается в теплообменнике регенерированным раствором из десорбера и подается наверх его.

После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается наверх абсорбера. Тепло, необходимое для регенерации насыщенного раствора, сообщается раствору в рибойлерах, обогреваемым глухим паром низкого давления. Кислый газ из десорбера охлаждается для конденсации большей части содержащихся в нем водных паров. Этот конденсат-флегма непрерывно возвращается обратно в систему, чтобы предотвратить увеличение концентрации раствора амина. Обычно эту флегму подают в верх десорбера несколько выше входа насыщенного раствора для конденсации паров амина из потока кислого газа. В схеме предусмотрен экспанзер (выветриватель) при Р очистки >1,6МПа, где за счет снижения давления насыщенного раствора выделяются физически растворенные в абсорбенте углеводороды и частично сероводород и диоксид углерода.

Экспанзерный газ после очистки используется в качестве топливного газа или компримируется и подается в поток исходного газа. Широкое распространеие в промышленности получила схема с раздельными потоками подачи в абсорбер регенерированного раствора одинаковой степени регенерации. 70-80% раствора подается в середину абсорбера, а остальное количество – наверх.

Это позволяет снизить затраты энергии на перекачку раствора, уменьшить металлоемкость абсорбера (верхняя часть меньшего диаметра), а также повысить степень извлечения СОS (в случае его наличия в газе) за счет подачи среднего потока раствора с более высокой температурой и осуществления реакции гидролиза СОS.

Очистка газ углеводород гелий

В схеме аминов и очистки газа с высоким содержанием кислых компонентов подача раствора в абсорбер осуществляется двумя потоками, но разной степени регенерации. Частично регенерированный раствор из десорбера подается в среднюю секцию абсорбера. Глубокой регенерации подвергается только часть раствора, которая подается на верх абсорбера для обеспечения тонкой очистки газа. Такая схема позволяет по сравнению с обычной схемой до 10-15% снизить расход пара на регенерацию раствора.

При очистке газа с высоким содержанием кислых компонентов целесообразно осуществить двойное расширение (выветривание) насыщенного амина при разном давлении. На первой ступени при давлении 1,5-2 МПа из раствора выделяется основное количество растворенных углеводородов, что обеспечивает в дальнейшем низкое
(

Источник

Современные методы очистки углеводородных газов от сернистых соединений

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 678.063. 541.64.

Кафедра

«ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА»

МАНСУРОВА МАДИНА АЛЬБЕРТОВНА

ОЧИСТКА ОТРАБОТАННЫХ АМИНОВЫХ РАСТВОРОВ ОТ ПРОДУКТОВ ДЕГРАДАЦИИ

ДИССЕРТАЦИОННАЯ

работа на соискание ученой степени магистра по специальности

5А321302 – Технология переработки нефти и газа

к.х.н., доцент Каримов К.Г.

Представлено к защите на основании

решением заседания кафедры

«Химическая технология переработки

нефти и газа» №____ от “­­__”______2013 года

Заведующий кафедры, к.х.н. Зиядуллаев О.Э.

«Магистратура», к.т.н., доцент Мухамедов К.Г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА I. Литературный обзор

1.1. Современные методы очистки углеводородных газов от сернистых соединений……………………………………………………………………. 5

1.1.1. Очистка газов физическими и комбинированными поглотителями…8

1.1.2. Методы очистки газов от трудноудаляемых примесей……………. 14

1.1.3. Выбор метода очистки кислых газов………………………………….18

1.2. Физико-химические свойства алканоламинов и их водных растворов………………………………………………………………………20

1.3. Химизм взаимодействия Н₂S, CО₂ и других компонентов с алканоламинами………………………………………………………………25

ГЛАВА II. Объекты исследования

2.1. Образование продуктов деградации в аминовых растворах…………..30

2.2. Осмоление аминовых растворов………………………………………. 37

2.3. Пенообразование на установках очистки кислых газов……………….38

ГЛАВА III. Технологическое оформление процесса

3.1. Наиболее перспективныетпроцессы аминовой очистки………………50

3.2.Теехнологическое оформление установок аминовой очистки газов…52

3.3. Технические решения, положенные в основу проекта………………. 55

3.3.1 Описание технологической схемы…………………………………….61

3.3.1.1. Блок очистки газа. 61

3.3.1.2. Блок регенерации раствора амина…………………………………..63

3.3.1.3. Блок фильтрации раствора амина…………………………………. 64

3.4. Области использования получаемых продуктов……………………….67

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………..….71

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.Узбекистан богат природными ресурсами, одним из которых является природный газ. В настоящее время использование природного газа, являющегося экологически чистым видом ископаемого топлива и химического сырья, покрывает

25% мировой потребности в нем, а в настоящее время эта доля будет увеличиваться [2]. Как известно, природный газ содержит агрессивные компоненты, помимо токсичного и коррозионно агрессивного сероводорода, природные газы содержат СО₂, тиолы, СОS, CS₂ и алкилсульфиды, которые должны быть извлечены на начальной стадии переработки газа [3, 4].

Как показал анализ мировой практики, одним из лучших методов очистки природного газа от агрессивных компонентов, в частности от сероводорода является абсорбционный метод с использованием аминовых растворов.

Как известно, этаноламины подвержены деградации в реакциях с кислородом по нескольким направлениям: — это прямое окисление амина до органических кислот и косвенная реакция кислорода с сероводородом до образования элементарной серы, которая затем реагирует с аминами и образуются дитиокарбаматы, тиомочевина и др.продукты. Третий способ разложения аминов под действием кислорода – это окисление H₂S до более сильных кислотных анионов, таких как тиосульфат, который связывает амин в термоустойчивую соль. Вторичные продукты разложения аминов способствуют пенообразованию, потере активности аминов, уменьшении концентрации раствора.

Исследование процесса разложения и потери активности аминовых растворов и устранение этих негативных явлений является актуальной задачей

Цель и задача работы.Осуществить подбор способов удаления продуктов деградации и разработать технологию этого процесса. В настоящее время эта проблема частично решалась фильтрованием отработанного раствора аминов через активированный уголь.

Научная новизна. Предложен экстракционный способ очистки растворов аминов от вторичных продуктов окисления, разработана технология процесса.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является природный газ и раствор алканоламина, а также экстрагент. Предметом исследования является увеличения степени очистки аминовых растворов, восстановления активности.

Практическая значимость результатов исследований. Внедрение результатов исследований позволит уменьшит пенообразование, сокращается потери, способствует восстановлению активности аминовых растворов.

Апробация работы. Содержание диссертационной работы доложено на научно-практической конференции «Умидли кимёгар 2013».

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Современные методы очистки углеводородных газов от сернистых соединений

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты – сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков процентов. Сероводород является ядовитым веществом, его максимальное количество в газе, подаваемом в магистральные трубопроводы, регламентируется. Сероводород, также как и диоксид углерода, в присутствии воды образует кислоты, которые вызывают химическую и электрохимическую коррозию металлов. При определенных условиях сероводород является причиной сульфидного растрескивания металлов. Присутствие значительного количества диоксида углерода в газе снижает его теплоту сгорания, которая также регламентируется.

Эти причины привели к разработке и промышленной реализации множества способов очистки углеводородных газов от кислых компонентов.

Кроме сероводорода в углеводородных газах могут присутствовать другие соединения серы: меркаптаны (метилмеркаптан, этилмеркаптан и др. R-SH – общая формула) и серооксид углерода (COS), сероуглерод (CS₂).

Сероводородсодержащий природный газ перед подачей в магистральный газопровод должен быть очищен от сернистых соединений в целях защиты трубопроводов и оборудования от коррозии, охраны населения от токсического воздействия, предохранения от отравления многих промышленных катализаторов, а также в связи с требованиями охраны окружающей среды. Вместе с тем получаемый при очистке газа сероводород перерабатывается в серу, что уменьшает затраты на очистку газа и дает ценное сырье для народного хозяйства.

Кроме сероводорода в газе могут присутствовать и другие сернистые соединения (меркаптаны, сероокись углерода, сероуглерод), которые являются причиной коррозии оборудования и отравления катализаторов (в процессах синтеза). При сгорании они образуют диоксид серы.

Диоксид углерода является балластом и увеличивает затраты на транспортировку газа. В ряде случаев наличие СО₂ в газе затрудняет дальнейшую его переработку (выделение этана, гелия и другие процессы, связанные с глубоким охлаждением газа) [1].

Выбор процесса очистки газа от сернистых соединений определяется экономикой и зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Для очистки природного газа от H₂S, СО₂ и других примесей применяют различные методы [2-5, 6-19]:

— хемосорбционные, основанные на химическом взаимодействии примесей с жидким абсорбентом;

— физическую абсорбцию, при которой примеси избирательно поглощаются органическим растворителем;

— комбинированные, использующие одновременно химические и физические абсорбенты;

— окислительные, основанные на необратимых превращениях примесей в элементарную серу и другие вещества;

— адсорбционные, в которых примеси избирательно поглощаются на поверхности твердых веществ – активированного угля, алюмосиликата и т.п.;

— щелочные методы очистки;

— безрегенерационные методы очистки.

Выбор метода очистки природного газа зависит от многих факторов: состава и параметров сырьевого газа, необходимой степени его очистки, вида и количества имеющихся энергоресурсов, требований охраны окружающей среды и т.д.

Из хемосорбентов применяют едкий натрий и калий, углекислые соли щелочных металлов (карбонаты калия и натрия) и наиболее широко – алканоламины. Использование химических растворителей основано на химической реакции между активной частью хемосорбента и кислыми компонентами. Образующиеся соли при нагревании разлагаются. Максимальная поглотительная способность водных растворов химических абсорбентов определяется стехиометрией.

Основным преимуществом хемосорбционных процессов, и в частности процессов с использованием водных растворов алканоламинов, является высокая и надежная степень очистки газа независимо от парциального давления кислых компонентов, а также низкая абсорбция углеводородных компонентов сырьевого газа, что гарантирует высокое качество товарной серы, получаемой из кислых газов, выделяемых при регенерации абсорбента [1].

Ведущее место в мировой практике в области очистки природного газа от кислых компонентов занимают аминовые процессы. Они применяются для очистки природного газа уже несколько десятилетий, но до настоящего времени остаются основными — примерно 70% от общего числа установок. Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от Н₂S и СО₂, являются: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропаноламин (ДИПА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

В состав установки очистки углеводородных газов растворами этаноламинов входят, по крайней мере, два аппарата колонного типа – абсорбер и колонна регенерации аминового раствора. Кроме этого установка оснащена необходимым насосным, теплообменным оборудованием, фильтрами, арматурой и т.п. Часто регенерация аминовых растворов осуществляется на централизованных установках в составе нефтеперерабатывающих заводов. Это значительно улучшает экономические показатели установки.

При проектировании установки очистки основные решения относятся к выбору рабочего раствора амина или смеси аминов, определению параметров аппаратуры и технологии, обеспечивающих заданную степень очистки газа, проблемы защиты от коррозии, вспенивания раствора, снижение потерь за счет уноса и деградации раствора [20, 21].

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 934 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник