تنقية الغاز الأميني من كبريتيد الهيدروجين: المبدأ والخيارات الفعالة والرسوم البيانية النباتية
ويحتوي الغاز الطبيعي المستخرج من الحقول لتوصيله للمستهلكين عبر خطوط الأنابيب على مركبات كبريتية بنسب مختلفة.إذا لم تتخلص منها، فإن المواد العدوانية ستدمر خط الأنابيب وتجعل التركيبات غير صالحة للاستعمال. بالإضافة إلى ذلك، عند حرق الوقود الأزرق الملوث، يتم إطلاق السموم.
ومن أجل تجنب العواقب السلبية، يتم إجراء تنقية الغاز الأميني من كبريتيد الهيدروجين. هذه هي الطريقة الأبسط والأكثر تكلفة لفصل المكونات الضارة عن الوقود الأحفوري. سنخبرك كيف تتم عملية فصل شوائب الكبريت، وكيف يتم تصميم وتشغيل محطة التنقية.
محتوى المقال:
الغرض من تنظيف الوقود الأحفوري
الغاز هو النوع الأكثر شعبية من الوقود. إنه يجذب بأقل الأسعار ويسبب أقل ضرر على الوضع البيئي. وتشمل المزايا التي لا يمكن إنكارها سهولة التحكم في عملية الاحتراق والقدرة على تأمين جميع مراحل معالجة الوقود أثناء إنتاج الطاقة الحرارية.
ومع ذلك، لا يتم استخراج المعدن الغازي الطبيعي في شكله النقي، لأنه بالتزامن مع استخراج الغاز، يتم ضخ المركبات العضوية المرتبطة بها من البئر. وأكثرها شيوعًا هو كبريتيد الهيدروجين، الذي يتراوح محتواه من أعشار إلى عشرة بالمائة أو أكثر، اعتمادًا على الرواسب.
كبريتيد الهيدروجين سام وخطير على البيئة ومضر بالمحفزات المستخدمة في معالجة الغاز. كما لاحظنا من قبل، فإن هذا المركب العضوي عدواني للغاية تجاه الأنابيب الفولاذية والصمامات المعدنية.
وبطبيعة الحال، تآكل النظام الخاص و خط أنابيب الغاز الرئيسييؤدي كبريتيد الهيدروجين إلى تسرب الوقود الأزرق وحالات سلبية للغاية وخطيرة مرتبطة بهذه الحقيقة. ولحماية المستهلك، تتم إزالة المركبات الضارة بالصحة من الوقود الغازي قبل توصيله إلى خط الأنابيب.
ووفقاً للمعايير، لا يمكن أن تتجاوز نسبة مركبات كبريتيد الهيدروجين في الغاز المنقول عبر الأنابيب 0.02 جم/م3. ومع ذلك، في الواقع هناك الكثير منهم. من أجل تحقيق القيمة التي تنظمها GOST 5542-2014، مطلوب التنظيف.
الطرق الحالية لفصل كبريتيد الهيدروجين
بالإضافة إلى كبريتيد الهيدروجين، الذي يسود بين الشوائب الأخرى، قد يحتوي الوقود الأزرق أيضًا على مركبات ضارة أخرى. ويمكن العثور فيه على ثاني أكسيد الكربون والمركبتانات الخفيفة وكبريتيد الكربون. لكن كبريتيد الهيدروجين نفسه سوف يكون هو السائد دائمًا.
ومن الجدير بالذكر أن بعض المحتوى البسيط من مركبات الكبريت في الوقود الغازي المنقى مقبول. ويعتمد رقم التسامح المحدد على الأغراض التي يتم إنتاج الغاز من أجلها.على سبيل المثال، لإنتاج أكسيد الإيثيلين، يجب أن يكون إجمالي محتوى شوائب الكبريت أقل من 0.0001 ملجم/م3.
ويتم اختيار طريقة التنظيف بناءً على النتيجة المرجوة.
تنقسم جميع الطرق الحالية إلى مجموعتين:
- ماص. أنها تنطوي على امتصاص مركبات كبريتيد الهيدروجين بواسطة كاشف صلب (امتزاز) أو سائل (امتصاص) مع إطلاق لاحق للكبريت أو مشتقاته. وبعد ذلك يتم التخلص من الشوائب الضارة المفصولة عن الغاز أو معالجتها.
- المحفز. وهي تتكون من أكسدة أو اختزال كبريتيد الهيدروجين وتحويله إلى كبريت عنصري. يتم تنفيذ العملية بحضور المحفزات - المواد التي تحفز مسار التفاعل الكيميائي.
يتضمن الامتزاز جمع كبريتيد الهيدروجين عن طريق تركيزه على سطح مادة صلبة. في أغلب الأحيان، يتم استخدام المواد الحبيبية المعتمدة على الكربون المنشط أو أكسيد الحديد في عملية الامتزاز. تساهم المساحة السطحية الكبيرة المميزة للحبوب في تحقيق أقصى قدر من الاحتفاظ بجزيئات الكبريت.
وتختلف تقنية الامتصاص حيث أن شوائب كبريتيد الهيدروجين الغازية تذوب في المادة السائلة الفعالة. ونتيجة لذلك، تنتقل الملوثات الغازية إلى الطور السائل. ثم تتم إزالة المكونات الضارة المعزولة عن طريق التجريد، أو الامتزاز، وبهذه الطريقة يتم التخلص منها من السائل التفاعلي.
على الرغم من أن تقنية الامتزاز تشير إلى "العمليات الجافة" وتسمح بالتنقية الدقيقة للوقود الأزرق، إلا أن الامتصاص يستخدم في أغلب الأحيان لإزالة الملوثات من الغاز الطبيعي. يعد جمع وإزالة مركبات كبريتيد الهيدروجين باستخدام المواد الماصة السائلة أكثر ربحية وملاءمة.
تنقسم طرق الامتصاص المستخدمة في تنقية الغاز إلى المجموعات الثلاث التالية:
- المواد الكيميائية. يتم تصنيعه باستخدام مذيبات تتفاعل بسهولة مع الملوثات الحمضية لكبريتيد الهيدروجين. تتمتع الإيثانول أمينات أو الألكانولامينات بأعلى قدرة امتصاص بين المواد الماصة الكيميائية.
- بدني. يتم إجراؤها عن طريق إذابة غاز كبريتيد الهيدروجين فيزيائيًا في ماص سائل. علاوة على ذلك، كلما ارتفع الضغط الجزئي للملوث الغازي، زادت سرعة عملية الذوبان. يتم استخدام الميثانول وكربونات البروبيلين وما إلى ذلك كممتصات هنا.
- مجموع. وفي النسخة المختلطة من استخراج كبريتيد الهيدروجين، تشارك كلتا التقنيتين. يتم العمل الرئيسي عن طريق الامتصاص، ويتم إجراء التنقية الدقيقة بواسطة المواد الماصة.
على مدى نصف قرن، كانت التكنولوجيا الأكثر شعبية وشعبية لفصل وإزالة كبريتيد الهيدروجين وحمض الكربونيك من الوقود الطبيعي هي تنقية الغاز الكيميائي باستخدام مادة ماصة أمينية تستخدم في شكل محلول مائي.
تعد تقنية الأمين أكثر ملاءمة لمعالجة كميات كبيرة من الغاز للأسباب التالية:
- لا نقص. يمكن دائمًا شراء الكواشف بالحجم المطلوب للتنظيف.
- امتصاص مقبول تتميز الأمينات بقدرة امتصاص عالية. من بين جميع المواد المستخدمة، فهي الوحيدة القادرة على إزالة 99.9٪ من كبريتيد الهيدروجين من الغاز.
- خصائص الأولوية. تتميز المحاليل الأمينية المائية باللزوجة الأكثر قبولا، وكثافة البخار، والثبات الحراري والكيميائي، والسعة الحرارية المنخفضة. خصائصها تضمن أفضل مسار لعملية الامتصاص.
- لا سمية من المواد التفاعلية. وهذه حجة مهمة تقنع المرء باللجوء إلى الطريقة الأمينية.
- الانتقائية. الجودة المطلوبة للامتصاص الانتقائي. فهو يوفر القدرة على تنفيذ التفاعلات اللازمة بشكل تسلسلي بالترتيب المطلوب للحصول على النتيجة المثلى.
تشمل الإيثانولامينات المستخدمة في الطرق الكيميائية لتنقية الغاز من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون أحادي إيثانول أمين (MEA)، وثنائي إيثانول أمين (DEA)، وثلاثي إيثانول أمين (TEA). علاوة على ذلك، تتم إزالة المواد ذات البادئات أحادية وثنائية من الغاز وH2إس، و كو2. لكن الخيار الثالث يساعد على إزالة كبريتيد الهيدروجين فقط.
عند إجراء التنظيف الانتقائي للوقود الأزرق، يتم استخدام ميثيل ثنائي إيثانولامين (MDEA)، وثنائي جليكولامين (DGA)، وثنائي إيزوبروبانولامين (DIPA). تستخدم المواد الماصة الانتقائية بشكل رئيسي في الخارج.
وبطبيعة الحال، مواد ماصة مثالية تلبي جميع متطلبات التنظيف قبل تسليمها إلى النظام تسخين الغاز وتوريد المعدات الأخرى غير موجود بعد. كل مذيب له بعض المزايا بالإضافة إلى العيوب. عند اختيار مادة تفاعلية، ما عليك سوى تحديد المادة الأكثر ملاءمة من بين عدد من المواد المقترحة.
مبدأ التشغيل للتركيب النموذجي
القدرة الامتصاصية القصوى بالنسبة لـ H2يتميز S بمحلول أحادي الإيثانول أمين. ومع ذلك، فإن هذا الكاشف لديه بضعة عيوب كبيرة. يتميز بالضغط العالي إلى حد ما والقدرة على تكوين مركبات لا رجعة فيها مع كبريتيد الكربون أثناء تشغيل وحدة تنقية الغاز الأميني.
يتم التخلص من العيب الأول عن طريق الغسيل، ونتيجة لذلك يتم امتصاص الأبخرة الأمينية جزئيًا. نادرًا ما يتم العثور على النوع الثاني أثناء معالجة غازات الحقل.
يتم اختيار تركيز المحلول المائي للأحادي الإيثانول أمين تجريبياً، وبناءً على الأبحاث التي تم إجراؤها، يتم استخدامه لتنقية الغاز من مجال معين. إن اختيار النسبة المئوية للكاشف يأخذ في الاعتبار قدرته على تحمل التأثيرات العدوانية لكبريتيد الهيدروجين على المكونات المعدنية للنظام.
تتراوح محتويات المادة الماصة النموذجية عادةً بين 15 إلى 20%. ومع ذلك، غالبًا ما يتم زيادة التركيز إلى 30٪ أو تقليله إلى 10٪، اعتمادًا على مدى ارتفاع درجة التنقية. أولئك. لأي غرض سيتم استخدام الغاز في التدفئة أو في إنتاج مركبات البوليمر.
لاحظ أنه مع زيادة تركيز المركبات الأمينية، تقل إمكانية التآكل لكبريتيد الهيدروجين. ولكن يجب أن نأخذ في الاعتبار أنه في هذه الحالة يزداد استهلاك الكاشف. ونتيجة لذلك، ترتفع تكلفة الغاز التجاري المنقى.
الوحدة الرئيسية لمحطة التنقية هي ممتص الصفيحة أو الصنف المثبت. هذا جهاز موجه عموديًا، يشبه أنبوب الاختبار في المظهر، مع وجود فوهات أو ألواح بداخله. يوجد في الجزء السفلي منه مدخل لتزويد خليط الغاز غير النقي، وفي الجزء العلوي يوجد مخرج لجهاز الغسيل.
يتم دفع تدفق الغاز، بعد مروره عبر فاصل المدخل، إلى القسم السفلي من جهاز الامتصاص. ثم يمر عبر صفائح أو فوهات موجودة في منتصف الجسم، تترسب عليها الملوثات. يتم فصل الفوهات المبللة بالكامل بالمحلول الأميني عن بعضها البعض بواسطة شبكات للتوزيع الموحد للكاشف.
بعد ذلك، يتم إرسال الوقود الأزرق، الذي تم تنظيفه من الملوثات، إلى جهاز الغسيل. يمكن توصيل هذا الجهاز في دائرة المعالجة بعد الممتص أو وضعه في الجزء العلوي منه.
يتدفق المحلول المستهلك إلى أسفل جدران جهاز الامتصاص ويتم إرساله إلى عمود تجريد - متجرد مزود بغلاية. هناك، يتم تنظيف المحلول من الملوثات الممتصة بواسطة الأبخرة المنبعثة عند غليان الماء من أجل إعادته مرة أخرى إلى المنشأة.
متجدد، أي. بعد تحريره من مركبات كبريتيد الهيدروجين، يتدفق المحلول إلى المبادل الحراري. وفيه يتم تبريد السائل أثناء عملية نقل الحرارة إلى الجزء التالي من المحلول الملوث، وبعد ذلك يتم ضخه إلى الثلاجة للتبريد الكامل وتكثيف البخار.
يتم تغذية محلول الامتصاص المبرد مرة أخرى إلى جهاز الامتصاص. هذه هي الطريقة التي يدور بها الكاشف طوال عملية التثبيت. يتم أيضًا تبريد أبخرتها وتطهيرها من الشوائب الحمضية، وبعد ذلك يتم تجديد إمداد الكاشف.
إذا كان من الضروري إزالة ثاني أكسيد الكربون في وقت واحد من الغاز الذي تتم معالجته2 و ح2S، يتم إجراء التنظيف على مرحلتين.يتكون من استخدام محلولين يختلفان في التركيز. هذا الخيار أكثر اقتصادا من التنظيف بخطوة واحدة.
أولاً، يتم تنظيف الوقود الغازي بتركيبة قوية تحتوي على كاشف بنسبة 25-35%. ثم تتم معالجة الغاز بمحلول مائي ضعيف تكون فيه المادة الفعالة 5-12٪ فقط. ونتيجة لذلك، يتم إجراء التنظيف الخشن والناعم مع الحد الأدنى من استهلاك المحلول والاستخدام المعقول للحرارة المتولدة.
أربعة خيارات لتنظيف الكونولامين
الكونولامينات أو الكحولات الأمينية هي مواد تحتوي ليس فقط على مجموعة أمين، ولكن أيضًا على مجموعة هيدروكسي.
يختلف تصميم المنشآت والتقنيات الخاصة بتنقية الغاز الطبيعي باستخدام الألكانولامينات بشكل رئيسي في طريقة إمداد المادة الماصة. في أغلب الأحيان، يتم استخدام أربع طرق رئيسية في تنظيف الغاز باستخدام هذا النوع من الأمينات.
الطريقة الأولى. يحدد مسبقًا توريد المحلول النشط في تيار واحد من الأعلى. يتم توجيه الحجم الكامل للمادة الماصة إلى اللوحة العلوية للتركيب. تتم عملية التنظيف عند خلفية درجة حرارة لا تزيد عن 40 درجة مئوية.
تستخدم هذه التقنية عادة للتلوث البسيط بمركبات كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. عادةً ما يكون التأثير الحراري الإجمالي لإنتاج الغاز التجاري منخفضًا.
الطريقة الثانية. يتم استخدام خيار التنظيف هذا عندما يكون هناك نسبة عالية من مركبات كبريتيد الهيدروجين في الوقود الغازي.
في هذه الحالة، يتم توفير محلول الكاشف في تيارين. الأول، بحجم حوالي 65-75٪ من الكتلة الإجمالية، يتم إرساله إلى منتصف التثبيت، ويتم توفير الثاني من الأعلى.
يتدفق المحلول الأميني إلى أسفل الصواني ويلتقي بتدفقات الغاز المتصاعدة، والتي يتم دفعها إلى الصينية السفلية لوحدة الامتصاص. قبل الإمداد، يتم تسخين المحلول إلى ما لا يزيد عن 40 درجة مئوية، ولكن أثناء تفاعل الغاز مع الأمين، ترتفع درجة الحرارة بشكل ملحوظ.
ولمنع انخفاض كفاءة التنظيف بسبب ارتفاع درجة الحرارة، تتم إزالة الحرارة الزائدة مع محلول النفايات المشبع بكبريتيد الهيدروجين. وفي الجزء العلوي من التثبيت، يتم تبريد التدفق من أجل استخلاص المكونات الحمضية المتبقية مع المكثفات.
هذه طريقة اقتصادية تقلل من استهلاك الطاقة والمحلول النشط. لا يتم تنفيذ التدفئة الإضافية في أي مرحلة. في جوهرها التكنولوجي، فهي تنقية على مستويين، مما يوفر الفرصة لإعداد الغاز التجاري لتزويد خط الأنابيب بأقل الخسائر.
الطريق الثالث. يتضمن ذلك توفير جهاز الامتصاص لتركيب التنظيف في تيارين بدرجات حرارة مختلفة. يتم استخدام هذه الطريقة إذا كان الغاز الخام يحتوي أيضًا على CS بالإضافة إلى كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون2و كوس.
الجزء السائد من جهاز الامتصاص، حوالي 70-75٪، يسخن حتى 60-70 درجة مئوية، والجزء المتبقي يصل إلى 40 درجة مئوية فقط. يتم تغذية التدفقات إلى جهاز الامتصاص بنفس الطريقة كما في الحالة الموضحة أعلاه: من الأعلى إلى المنتصف.
إن تكوين منطقة ذات درجة حرارة عالية يجعل من الممكن إزالة الملوثات العضوية بسرعة وكفاءة من كتلة الغاز الموجودة في الجزء السفلي من عمود التنظيف. وفي الأعلى، يتم ترسيب ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين بواسطة أمين عند درجة حرارة قياسية.
الطريقة الرابعة. تحدد هذه التقنية مسبقًا توريد محلول أمين مائي في تيارين بدرجات مختلفة من التجدد. وهذا هو، يتم توفير أحدهما في شكل غير مكرر، يحتوي على شوائب كبريتيد الهيدروجين، والثاني - بدونها.
لا يمكن تسمية التيار الأول بأنه ملوث تمامًا. يحتوي جزئيًا فقط على مكونات حمضية، لأنه تتم إزالة بعضها أثناء التبريد إلى +50 درجة مئوية/+60 درجة مئوية في المبادل الحراري. يتم أخذ تدفق المحلول هذا من فوهة المتعرية السفلية، ويتم تبريده وتوجيهه إلى الجزء الأوسط من العمود.
فقط جزء المحلول الذي يتم ضخه في القطاع العلوي من التركيب يخضع للتنظيف العميق. عادة لا تتجاوز درجة حرارة هذا التيار 50 درجة مئوية. هنا، يتم إجراء التنظيف الدقيق للوقود الغازي. يتيح لك هذا المخطط تقليل التكاليف بنسبة 10٪ على الأقل عن طريق تقليل استهلاك البخار.
ومن الواضح أن اختيار طريقة التنظيف يتم على أساس وجود الملوثات العضوية والجدوى الاقتصادية. على أي حال، مجموعة متنوعة من التقنيات تسمح لك باختيار الخيار الأفضل. وفي نفس محطة معالجة الغاز الأميني، من الممكن تغيير درجة التنقية، والحصول على الوقود الأزرق بالمتطلبات اللازمة للعمل غلايات الغاز، المواقد، سخانات الخصائص.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
سيقدم لك الفيديو التالي تفاصيل استخراج كبريتيد الهيدروجين من الغاز المصاحب الناتج مع النفط بواسطة بئر النفط:
سيعرض الفيديو التثبيت لتنقية الوقود الأزرق من كبريتيد الهيدروجين لإنتاج عنصر الكبريت لمزيد من المعالجة:
سيخبرك مؤلف هذا الفيديو بكيفية التخلص من كبريتيد الهيدروجين من الغاز الحيوي في المنزل:
يركز اختيار طريقة تنقية الغاز، أولاً وقبل كل شيء، على حل مشكلة معينة. لدى المؤدي خياران: اتباع مخطط مثبت أو تفضيل شيء جديد. ومع ذلك، ينبغي أن يظل المبدأ التوجيهي الرئيسي هو الجدوى الاقتصادية مع الحفاظ على الجودة والحصول على الدرجة المطلوبة من المعالجة.
