Tinh chế khí amin từ hydro sunfua: nguyên lý, phương án hiệu quả và sơ đồ nhà máy

Khí tự nhiên được khai thác từ các cánh đồng để phân phối đến người tiêu dùng qua đường ống có chứa các hợp chất lưu huỳnh ở các tỷ lệ khác nhau.Nếu bạn không loại bỏ chúng, các chất gây hại sẽ phá hủy đường ống và khiến các phụ kiện không thể sử dụng được. Ngoài ra, khi đốt nhiên liệu xanh bị ô nhiễm, chất độc sẽ được giải phóng.

Để tránh những hậu quả tiêu cực, quá trình tinh chế khí amin từ hydro sunfua được thực hiện. Đây là cách đơn giản và rẻ tiền nhất để tách các thành phần có hại khỏi nhiên liệu hóa thạch. Chúng tôi sẽ cho bạn biết quá trình tách các tạp chất lưu huỳnh diễn ra như thế nào, nhà máy lọc được thiết kế và vận hành như thế nào.

Mục đích làm sạch nhiên liệu hóa thạch

Gas là loại nhiên liệu phổ biến nhất. Nó thu hút với giá cả phải chăng nhất và gây ra ít thiệt hại nhất cho tình hình môi trường. Những ưu điểm không thể phủ nhận bao gồm sự dễ dàng kiểm soát quá trình đốt cháy và khả năng đảm bảo tất cả các giai đoạn xử lý nhiên liệu trong quá trình sản xuất năng lượng nhiệt.

Tuy nhiên, khoáng chất khí tự nhiên không được khai thác ở dạng nguyên chất, bởi vì Đồng thời với quá trình khai thác khí, các hợp chất hữu cơ liên quan được bơm ra khỏi giếng. Phổ biến nhất trong số đó là hydro sunfua, hàm lượng thay đổi từ một phần mười đến mười phần trăm hoặc hơn, tùy thuộc vào lượng lắng đọng.

Hydro sunfua là chất độc, nguy hiểm cho môi trường và có hại cho chất xúc tác dùng trong xử lý khí. Như chúng tôi đã lưu ý, hợp chất hữu cơ này cực kỳ mạnh đối với ống thép và van kim loại.

Đương nhiên, làm xói mòn hệ thống tư nhân và đường ống dẫn khí chính, hydro sunfua dẫn đến rò rỉ nhiên liệu xanh và những tình huống cực kỳ tiêu cực, rủi ro liên quan đến thực tế này. Để bảo vệ người tiêu dùng, các hợp chất có hại cho sức khỏe được loại bỏ khỏi nhiên liệu khí trước khi đưa vào đường ống.

Theo tiêu chuẩn, hợp chất hydro sunfua trong khí vận chuyển qua đường ống không được vượt quá 0,02 g/m³. Tuy nhiên, trên thực tế có nhiều hơn nữa. Để đạt được giá trị do GOST 5542-2014 quy định, cần phải làm sạch.

Các phương pháp hiện có để tách hydro sunfua

Ngoài hydro sunfua chiếm ưu thế trong số các tạp chất khác, nhiên liệu xanh cũng có thể chứa các hợp chất có hại khác. Carbon dioxide, mercaptans nhẹ và carbon sulfide có thể được tìm thấy trong đó. Nhưng bản thân hydro sunfua sẽ luôn chiếm ưu thế.

Điều đáng chú ý là một số hàm lượng nhỏ các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu khí tinh khiết có thể chấp nhận được. Con số dung sai cụ thể phụ thuộc vào mục đích sản xuất khí.Ví dụ, để sản xuất ethylene oxit, tổng hàm lượng tạp chất lưu huỳnh phải nhỏ hơn 0,0001 mg/m³.

Phương pháp làm sạch được chọn dựa trên kết quả mong muốn.

Tất cả các phương pháp hiện có được chia thành hai nhóm:

• Hấp thụ. Chúng liên quan đến sự hấp thụ các hợp chất hydro sunfua bằng thuốc thử rắn (hấp phụ) hoặc lỏng (hấp thụ) với sự giải phóng lưu huỳnh hoặc các dẫn xuất của nó sau đó. Sau đó các tạp chất có hại tách ra khỏi khí sẽ được xử lý hoặc xử lý.
• Xúc tác. Chúng bao gồm quá trình oxy hóa hoặc khử hydro sunfua, chuyển nó thành lưu huỳnh nguyên tố. Quá trình này được thực hiện với sự có mặt của chất xúc tác - chất kích thích quá trình phản ứng hóa học.

Sự hấp phụ liên quan đến việc thu thập hydro sunfua bằng cách tập trung nó trên bề mặt chất rắn. Thông thường, vật liệu dạng hạt dựa trên than hoạt tính hoặc oxit sắt được sử dụng trong quá trình hấp phụ. Đặc tính diện tích bề mặt riêng lớn của hạt góp phần giữ lại tối đa các phân tử lưu huỳnh.

Tất cả các phương pháp lọc nhiên liệu màu xanh được chia thành hấp phụ và xúc tác. Các thiết bị làm sạch đều chú trọng nguyên lý hoạt động của một công nghệ nhất định. Tuy nhiên, có những cài đặt kết hợp nhiều phương pháp để làm sạch toàn diện.

Công nghệ hấp thụ khác ở chỗ tạp chất khí hydro sunfua được hòa tan trong chất lỏng hoạt động. Kết quả là các chất ô nhiễm dạng khí chuyển sang pha lỏng. Sau đó, các thành phần có hại bị cô lập được loại bỏ bằng cách tước, nếu không thì giải hấp, bằng phương pháp này chúng được loại bỏ khỏi chất lỏng phản ứng.

Mặc dù thực tế là công nghệ hấp phụ đề cập đến “quy trình khô” và cho phép tinh chế tốt nhiên liệu xanh, nhưng sự hấp thụ thường được sử dụng nhiều hơn để loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi khí tự nhiên. Việc thu thập và loại bỏ các hợp chất hydro sunfua bằng chất hấp thụ lỏng sẽ có lợi hơn và thiết thực hơn.

Loại hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính, được sử dụng ở dạng viên nang hoặc dạng hạt. Bề mặt của mỗi nguyên tố “hấp thụ” hydro sunfua và các tạp chất hữu cơ khác

Các phương pháp hấp thụ được sử dụng trong quá trình lọc khí được chia thành ba nhóm sau:

• Hóa chất. Được sản xuất bằng dung môi dễ phản ứng với các chất ô nhiễm có tính axit hydro sunfua. Ethanolamine hoặc alkanolamine có khả năng hấp thụ cao nhất trong số các chất hấp thụ hóa học.
• Thuộc vật chất. Chúng được thực hiện bằng cách hòa tan vật lý khí hydro sunfua trong chất hấp thụ chất lỏng. Hơn nữa, áp suất riêng phần của chất ô nhiễm khí càng cao thì quá trình hòa tan diễn ra càng nhanh. Ở đây, metanol, propylene cacbonat, v.v. được sử dụng làm chất hấp thụ.
• kết hợp. Trong phiên bản hỗn hợp chiết xuất hydro sunfua, cả hai công nghệ đều được sử dụng. Công việc chính được thực hiện bằng cách hấp thụ và quá trình tinh chế tốt được thực hiện bởi các chất hấp phụ.

Trong nửa thế kỷ, công nghệ phổ biến và phổ biến nhất để tách và loại bỏ hydro sunfua và axit cacbonic khỏi nhiên liệu tự nhiên là lọc khí hóa học bằng cách sử dụng chất hấp thụ amin ở dạng dung dịch nước.

Các phương pháp hấp phụ để làm sạch nhiên liệu tự nhiên dựa trên khả năng các chất rắn và lỏng phản ứng với hydro sunfua và các tạp chất hữu cơ khác, từ đó giải phóng chúng khỏi thành phần khí.

Công nghệ amin phù hợp hơn để xử lý khối lượng lớn khí vì:

• Không thiếu. Thuốc thử luôn có thể được mua với số lượng cần thiết để làm sạch.
• Sự hấp thụ chấp nhận được. Amin được đặc trưng bởi khả năng hấp thụ cao. Trong số tất cả các chất được sử dụng, chỉ có chúng mới có khả năng loại bỏ 99,9% hydro sunfua khỏi khí.
• Đặc điểm ưu tiên. Dung dịch amin chứa nước được đặc trưng bởi độ nhớt, mật độ hơi, độ ổn định nhiệt và hóa học chấp nhận được nhất và khả năng chịu nhiệt thấp. Đặc điểm của chúng đảm bảo quá trình hấp thụ tốt nhất.
• Không có độc tính của các chất phản ứng. Đây là một lập luận quan trọng thuyết phục người ta sử dụng phương pháp amin.
• Tính chọn lọc. Chất lượng cần thiết cho sự hấp thụ chọn lọc. Nó cung cấp khả năng thực hiện tuần tự các phản ứng cần thiết theo thứ tự cần thiết để có kết quả tối ưu.

Ethanolamine được sử dụng trong các phương pháp hóa học để tinh chế khí từ hydro sunfua và carbon dioxide bao gồm monoetanolamine (MEA), dietanolamine (DEA) và trietanolamine (TEA). Hơn nữa, các chất có tiền tố mono- và di- được loại bỏ khỏi khí và H₂S và CO₂. Nhưng lựa chọn thứ ba chỉ giúp loại bỏ hydro sunfua.

Khi thực hiện làm sạch có chọn lọc nhiên liệu xanh, methyldietanolamines (MDEA), diglycolamine (DGA) và diisopropanolamines (DIPA) được sử dụng. Chất hấp thụ chọn lọc chủ yếu được sử dụng ở nước ngoài.

Đương nhiên, chất hấp thụ lý tưởng đáp ứng mọi yêu cầu làm sạch trước khi đưa vào hệ thống khí nóng và việc cung cấp các thiết bị khác vẫn chưa tồn tại. Mỗi dung môi có một số ưu điểm cùng với nhược điểm. Khi chọn chất phản ứng, chỉ cần xác định chất phù hợp nhất trong số những chất được đề xuất.

Nguyên lý hoạt động của một hệ thống lắp đặt điển hình

Khả năng hấp thụ tối đa liên quan đến H₂S được đặc trưng bởi dung dịch monoetanolamine. Tuy nhiên, thuốc thử này có một số nhược điểm đáng kể. Nó được đặc trưng bởi áp suất khá cao và khả năng tạo ra các hợp chất không thể đảo ngược với carbon sunfua trong quá trình vận hành bộ phận lọc khí amin.

Nhược điểm đầu tiên được loại bỏ bằng cách rửa, do đó hơi amin được hấp thụ một phần. Loại thứ hai hiếm khi gặp trong quá trình xử lý khí hiện trường.

Nồng độ của dung dịch monoetanolamine trong nước được lựa chọn bằng thực nghiệm và dựa trên nghiên cứu đã thực hiện, nó được sử dụng để lọc khí từ một lĩnh vực cụ thể. Việc lựa chọn tỷ lệ phần trăm của thuốc thử có tính đến khả năng chịu được tác động mạnh mẽ của hydro sunfua lên các thành phần kim loại của hệ thống.

Hàm lượng chất hấp thụ điển hình thường nằm trong khoảng từ 15 đến 20%. Tuy nhiên, điều thường xảy ra là nồng độ được tăng lên 30% hoặc giảm xuống 10%, tùy thuộc vào mức độ thanh lọc cần cao đến mức nào. Những thứ kia. khí sẽ được sử dụng cho mục đích gì, trong quá trình đun nóng hoặc sản xuất các hợp chất polyme.

Lưu ý rằng khi nồng độ hợp chất amin ngày càng tăng thì khả năng ăn mòn của hydro sunfua sẽ giảm. Nhưng chúng ta phải tính đến việc trong trường hợp này mức tiêu thụ thuốc thử sẽ tăng lên. Do đó, chi phí của khí thương mại tinh khiết tăng lên.

Bộ phận chính của nhà máy lọc là bộ hấp thụ dạng tấm hoặc dạng gắn. Đây là một thiết bị được định hướng theo chiều dọc, trông giống như một ống nghiệm, có vòi hoặc đĩa nằm bên trong. Ở phần dưới của nó có một đầu vào để cung cấp hỗn hợp khí chưa tinh khiết, ở phía trên có một đầu ra cho máy lọc.

Nếu khí được lọc trong quá trình lắp đặt chịu áp suất đủ để thuốc thử đi vào bộ trao đổi nhiệt và sau đó đi vào cột tách, quá trình này xảy ra mà không có sự tham gia của máy bơm.Nếu áp suất quá thấp để quá trình tiếp tục, công nghệ bơm sẽ kích thích dòng chảy ra ngoài

Dòng khí sau khi đi qua thiết bị phân tách đầu vào sẽ bị đẩy vào phần dưới của thiết bị hấp thụ. Sau đó, nó đi qua các tấm hoặc vòi phun nằm ở giữa thân máy, nơi các chất ô nhiễm được lắng đọng trên đó. Các vòi phun, được làm ướt hoàn toàn bằng dung dịch amin, được ngăn cách với nhau bằng lưới để phân phối đồng đều thuốc thử.

Tiếp theo, nhiên liệu màu xanh lam đã được loại bỏ chất gây ô nhiễm được đưa đến máy lọc. Thiết bị này có thể được kết nối trong mạch xử lý sau bộ hấp thụ hoặc nằm ở phần trên của nó.

Dung dịch đã qua sử dụng chảy xuống thành của thiết bị hấp thụ và được đưa đến cột tẩy - thiết bị thoát y có nồi hơi. Ở đó, dung dịch được làm sạch các chất gây ô nhiễm đã hấp thụ bằng hơi thoát ra khi nước đun sôi để đưa trở lại hệ thống lắp đặt.

Được tái sinh, tức là được giải phóng khỏi hợp chất hydro sunfua, dung dịch chảy vào bộ trao đổi nhiệt. Trong đó, chất lỏng được làm mát trong quá trình truyền nhiệt sang phần tiếp theo của dung dịch bị ô nhiễm, sau đó được bơm vào tủ lạnh để làm mát hoàn toàn và ngưng tụ hơi nước.

Dung dịch hấp thụ đã nguội được đưa trở lại thiết bị hấp thụ. Đây là cách thuốc thử lưu thông trong suốt quá trình lắp đặt. Hơi của nó cũng được làm mát và loại bỏ các tạp chất có tính axit, sau đó chúng bổ sung nguồn cung cấp thuốc thử.

Thông thường, các sơ đồ sử dụng monoetanolamine và dietanolamine được sử dụng trong quá trình lọc khí. Những thuốc thử này giúp chiết xuất không chỉ hydro sunfua mà còn cả carbon dioxide từ nhiên liệu xanh.

Nếu cần loại bỏ đồng thời CO khỏi khí đang được xử lý₂ và H₂S, quá trình làm sạch hai giai đoạn được thực hiện.Nó bao gồm việc sử dụng hai giải pháp có nồng độ khác nhau. Tùy chọn này tiết kiệm hơn so với làm sạch một bước.

Đầu tiên, nhiên liệu khí được làm sạch bằng thành phần mạnh chứa thuốc thử chiếm 25-35%. Sau đó khí được xử lý bằng dung dịch nước yếu, trong đó hoạt chất chỉ chiếm 5-12%. Kết quả là cả quá trình làm sạch thô và tinh đều được thực hiện với mức tiêu thụ dung dịch tối thiểu và sử dụng nhiệt sinh ra hợp lý.

Bốn lựa chọn làm sạch alconolamine

Alconolamine hoặc rượu amin là những chất không chỉ chứa nhóm amin mà còn chứa nhóm hydroxy.

Thiết kế lắp đặt và công nghệ lọc khí tự nhiên bằng alkanolamine khác nhau chủ yếu ở phương pháp cung cấp chất hấp thụ. Thông thường, bốn phương pháp chính được sử dụng để làm sạch khí bằng loại amin này.

Cách đầu tiên. Xác định trước việc cung cấp giải pháp hoạt động trong một luồng từ phía trên. Toàn bộ khối lượng chất hấp thụ được dẫn đến tấm trên của hệ thống lắp đặt. Quá trình làm sạch xảy ra ở nhiệt độ nền không cao hơn 40°С.

Phương pháp làm sạch đơn giản nhất là cung cấp dung dịch hoạt động trong một luồng. Kỹ thuật này được sử dụng nếu lượng tạp chất trong khí không đáng kể

Kỹ thuật này thường được sử dụng cho ô nhiễm nhỏ với các hợp chất hydro sunfua và carbon dioxide. Tổng hiệu ứng nhiệt để sản xuất khí thương mại thường thấp.

Cách thứ hai. Tùy chọn làm sạch này được sử dụng khi có hàm lượng hợp chất hydro sunfua cao trong nhiên liệu khí.

Trong trường hợp này, dung dịch thuốc thử được cung cấp thành hai dòng. Cái đầu tiên, với khối lượng khoảng 65-75% tổng khối lượng, được gửi đến giữa quá trình lắp đặt, cái thứ hai được cung cấp từ phía trên.

Dung dịch amin chảy xuống các khay và gặp dòng khí dâng lên, được đẩy xuống khay dưới của thiết bị hấp thụ. Trước khi cung cấp, dung dịch được làm nóng đến không quá 40°C, nhưng trong quá trình tương tác giữa khí với amin, nhiệt độ tăng lên đáng kể.

Để ngăn hiệu quả làm sạch giảm do nhiệt độ tăng, nhiệt dư sẽ được loại bỏ cùng với dung dịch thải bão hòa hydro sunfua. Và ở giai đoạn đầu của quá trình lắp đặt, dòng chảy được làm mát để tách các thành phần axit còn lại cùng với nước ngưng.

Phương pháp thứ hai và thứ ba trong số các phương pháp được mô tả xác định trước việc cung cấp dung dịch hấp thụ theo hai dòng. Trong trường hợp đầu tiên, thuốc thử được cung cấp ở cùng nhiệt độ, trong trường hợp thứ hai - ở nhiệt độ khác.

Đây là một phương pháp kinh tế giúp giảm tiêu thụ cả năng lượng và giải pháp hoạt động. Việc sưởi ấm bổ sung không được thực hiện ở bất kỳ giai đoạn nào. Về bản chất công nghệ, đây là quá trình lọc hai cấp độ, mang lại cơ hội chuẩn bị khí thương mại để cung cấp cho đường ống với tổn thất tối thiểu.

Cách thứ ba. Nó liên quan đến việc cung cấp chất hấp thụ cho hệ thống làm sạch ở hai dòng có nhiệt độ khác nhau. Phương pháp này được sử dụng nếu ngoài hydro sunfua và cacbon dioxit, khí thô còn chứa CS₂, và COS.

Phần chủ yếu của chất hấp thụ, khoảng 70-75%, nóng lên tới 60-70°С, và phần còn lại chỉ ở mức 40°С. Dòng chảy được đưa vào thiết bị hấp thụ theo cách tương tự như trong trường hợp mô tả ở trên: từ phía trên và vào giữa.

Sự hình thành vùng nhiệt độ cao giúp loại bỏ nhanh chóng và hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi khối khí ở đáy cột làm sạch. Và ở phía trên, carbon dioxide và hydrogen sulfide được kết tủa bởi một amin ở nhiệt độ tiêu chuẩn.

Phương pháp thứ tư. Công nghệ này xác định trước việc cung cấp dung dịch nước amin trong hai dòng với mức độ tái sinh khác nhau. Nghĩa là, một loại được cung cấp ở dạng chưa tinh chế, có chứa tạp chất hydro sunfua, loại thứ hai - không có chúng.

Dòng đầu tiên không thể được gọi là ô nhiễm hoàn toàn. Nó chỉ chứa một phần các thành phần axit, vì một số thành phần này bị loại bỏ trong quá trình làm mát đến +50°/+60°C trong bộ trao đổi nhiệt. Dòng dung dịch này được lấy từ vòi gạt nước phía dưới, được làm nguội và dẫn vào phần giữa của cột.

Nếu có hàm lượng đáng kể các thành phần hydro sunfua và carbon dioxide trong nhiên liệu khí, việc làm sạch được thực hiện bằng hai dòng dung dịch có mức độ tái sinh khác nhau.

Chỉ phần dung dịch được bơm vào khu vực phía trên của hệ thống lắp đặt mới được làm sạch sâu. Nhiệt độ của dòng này thường không vượt quá 50°С. Ở đây, việc làm sạch tốt nhiên liệu khí được thực hiện. Đề án này cho phép bạn giảm chi phí ít nhất 10% bằng cách giảm mức tiêu thụ hơi nước.

Rõ ràng là phương pháp làm sạch được lựa chọn dựa trên sự hiện diện của các chất ô nhiễm hữu cơ và tính khả thi về mặt kinh tế. Trong mọi trường hợp, sự đa dạng của công nghệ cho phép bạn chọn tùy chọn tốt nhất. Tại cùng một nhà máy xử lý khí amin, có thể thay đổi mức độ tinh chế, thu được nhiên liệu màu xanh với yêu cầu công việc nồi hơi gas, bếp lò, đặc điểm máy sưởi.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video sau đây sẽ giới thiệu cho bạn các chi tiết cụ thể của việc chiết xuất hydro sunfua từ khí liên kết được tạo ra cùng với dầu bởi một giếng dầu:

Video sẽ trình bày cách lắp đặt tinh chế nhiên liệu xanh từ hydro sunfua để tạo ra lưu huỳnh nguyên tố để xử lý tiếp:

Tác giả của video này sẽ cho bạn biết cách loại bỏ hydro sunfua khỏi khí sinh học tại nhà:

Việc lựa chọn phương pháp lọc khí trước hết là tập trung vào việc giải quyết một vấn đề cụ thể. Người biểu diễn có hai lựa chọn: làm theo một kế hoạch đã được chứng minh hoặc thích một cái gì đó mới. Tuy nhiên, hướng dẫn chính vẫn phải là tính khả thi về mặt kinh tế trong khi vẫn duy trì chất lượng và đạt được mức độ xử lý cần thiết.