Способи підготовки і очищення газів

Міністерствоосвіти Російської Федерації

ТОМСЬКИЙПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультетхіміко-технологічний

Кафедрахімічної технології палива

КОНТРОЛЬНАРОБОТА

З дисципліни

В«Хімічнатехнологія нафти і газу В»

СПОСОБИПІДГОТОВКИ ТА ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ

Томськ 2009

ВСТУП

В основну групу процесівочищення і переробки газів входять наступні:

-Сепараціяконденсату - відділення рідкої фази, що виноситься газом із свердловини;

-Сепараціякраплинної рідини після відділення основній її частині на щаблі сепараціїконденсату;

-Відділення шкідливихдомішок - сірководню і діоксиду вуглецю;

-Глибока осушкагазу від вологи охолодженням до точки роси (мінус 30 В° С і нижче);

-Отбензініваніягазу - видалення з нього углеводородовот пропану і вище;

-Витяг гелію.

До шкідливих домішок газувідносяться отруйні і корозійно-активні сірковмісні сполуки і негорючіінертні гази, що знижують теплоту згоряння вуглеводневого газу.

У загальному випадку ввуглеводневому газі можуть міститися такі сірковмісні сполуки, яксірководень, серооксід вуглецю, сірковуглець, меркаптани, а в газовомуконденсаті - також сульфіди і дисульфід.

До складу інертних газіввходять діоксид вуглецю, азот і гелій.

1.СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗІВ ВІД Н2S, СO2 та меркаптанів

Для очищення природногогазу від Н2S і С02 застосовують різні процеси, які можна розбити нанаступні групи:

• хемосорбціонниепроцеси, засновані на хімічній взаємодії Н2S і С02 з активною частиноюабсорбенту;

• процеси фізичноїабсорбції, в яких витяг кислих компонентів відбувається за рахунок їхрозчинності в органічних поглотителях;

• комбінованіпроцеси, що використовують одночасно хімічні фізичні поглиначі;

• окислювальні процеси,засновані на необоротному перетворенні поглиненого сірководню в сірку;

• адсорбційні процеси,засновані на витяганні компонентів газу твердими поглиначами-адсорбентами(Молекулярні сита, активоване вугілля та ін)

Вибір процесу очищенняприродного газ від сірчистих сполук залежить від багатьох факторів, основними зяких є: склад і параметри сировинного газу, необхідний ступінь очищенняі область використання товарного газу, наявність і параметри енергоресурсів,відходи виробництва та ін

Аналіз світової практики,накопиченої в області очищення природних газів, показує, що основнимипроцесами для обробки великих потоків газу є абсорбційні звикористанням хімічних і фізичних абсорбентів і їх комбінації.Окислювальні та адсорбційні процеси застосовують, як правило, для очищенняневеликих потоків газу, або для тонкого очищення газу.

До абсорбенту,використовуваним в промисловості, висуваються такі вимоги:

• недефіцитних

• висока поглинальназдатність

• низька пружність пари

• низька в'язкість

• низька теплоємність

• нетоксичність

• селективність (приселективної абсорбції)

З хемосорбентов найбільшшироко застосовують алканоламіни. Використання хімічних розчинників заснованона хімічній реакції між хемосорбентов і кислими компонентами. Максимальнапоглинальна здатність водних розчинів хімічних абсорбентів обмеженастехіометрією.

Найбільш відомимиетаноламінів, використовуваними в процесах очищення газу від Н2S і С02 є:

• моноетаноламін (МЕА)

• діетаноламін (ТЕА)

• триетаноламін (ТЕА)

• діглікольамін (ДГА)

• діізопропаноламін(Діпа)

• метілдіетаноламін(МДЕА)

Найбільше практичнезастосування отримали моно-і діетаноламін. Використання ДЕА особливодоцільно в тих випадках, коли в вихідному газі поряд з Н2S і С02містяться COS і СS2, які вступають в необоротну реакцію з МЕА, викликаючи йогозначні втрати. Для селективного вилучення Н2S в присутності СO2використовують третинний амін - метілдіетаноламін.

У фізичних процесахвитяг кислих компонентів з газу відбувається за рахунок фізичноїрозчинення їх в застосовуваному абсорбенти. При цьому, чим вище парціальнийтиск компонентів, тим вище їх розчинність. З фізичних абсорбентівпромислове застосування для очищення газів знайшли такі, як:

• метанол

• N-метілпірролідон

• алкілових ефіриполіетилен гліколю

• пропіленкарбонат

Очищення вуглеводневихгазів етаноламінів

Фізико-хімічнівластивості етаноламінів і їх водних розчинів

Алканоламіни(Аміноспирти, оксіаміни) можна розглядати як похідні аміаку, в якомуодин або кілька атомів водню заміщені на спиртовій радикал або спиртовоїі вуглеводневий.

де R - спиртовоїрадикал, наприклад С2Н4ОН; R2, R3 - або спиртової, або вуглеводневий радикал,або Н +.

За ступенем заміщення атомівводню при атомі азоту алканоламіни діляться первинні, вторинні і третинні.

Первинні

Вторинні

Третинні

Алканоламіни містять поПринаймні одну гідроксильну (-ОН) і одну аміногрупу

Присутність гідроксильноїгрупи знижує тиск насичених парів і підвищує розчинність аміну у воді,а аміногрупа надає водним розчинам лужність, необхідну длявзаємодії з Н2S і СO2, які у водному середовищі дисоціюють з утвореннямслабких кислот.

Алканоламіни - це безбарвні,в'язкі, гігроскопічні рідини, що змішуються з водою і низькомолекулярнимиспиртами у всіх співвідношеннях; вони майже нерозчинні у неполярнихрозчинниках.

Безводні алканоламінизастосовують, як правило, у вигляді водних розчинів. Концентрація аміну в розчиніможе змінюватися в широких межах, її вибирають на підставі досвіду роботи і заміркувань корозії устаткування.

Хімізм взаємодіїН2S, CО2 і інших компонентів з етаноламінів.

Алканоламіни, будучилугами, легко вступають в реакцію з кислими газами Н2S (СO2), утворюючиводорозчинні солі. При цьому протікають наступні реакції:

Н2S + [Амін] <->[Амін х Н] + + НS + (миттєво)

СO2 +2 х [Амін] <->[Амін х Н] + + [Амін х СОО] - (швидко)

СO2 + Н2O <-> Н2СO3 (повільно)

Н2СO3 <-> Н + + НСO3-(Швидко)

НСO3-<-> Н + + СO3-(швидко)

[Амін] + Н + <->[Амін х Н] + (швидко)

Всі аміни реагують з Н2Sоднаковим чином з утворенням гідросульфіду або сульфіду аміну, причомуреакція класифікується як миттєва.

Первинні та вторинніаміни можуть реагувати з СO2 з утворенням карбаматів (солі замещеннойкарбамінової кислоти - амін * СОО-* Н +), яка трактується як швидка реакціядругого порядку. Крім того, з СO2 утворюються карбонати і бікарбонати амінів,але утворенню їх передує повільна реакція розчинення СO2 у воді зутворенням вугільної кислоти Н2СO3. Вважається, що при помірних ступеняхкарбонізації аміну (до 0,5 моль СO2/моль аміну) переважно протікаєшвидка реакція освіти карбаматів. Карбаматів амінів - нестійкі з'єднанняі в слабощелочной середовищі вони повільно розкладаються з утворенням бікарбонату (наприкладі вторинного аміну):

R2NCOOR2NH2 +H2O <-> R2NH + R2NH2HCO3

де R - HOCH2CH2

У третинного алканоламінанемає рухомого атома Н + в аміновоі групі (N -), тому стаєнеможливим протікання прямої і швидкої реакції з СO2 по карбаматних типу, авзаємодія здійснюється через попередню і повільну стадіюосвіти і дисоціації вугільної кислоти:

СО2 + Н2О <-> Н2СО3;Н2СО3 <-> Н + + НСО3-

[Амін] + Н + + НСО-<-> [Амін х Н] + х НСO3-

Кінцевими продуктамиреакції є бікарбонат і карбонат. Таким чином, різниця в швидкостяхреакцій третинних амінів з Н2S (миттєва реакція) і СO2 (повільна реакція)набагато значніше, ніж для первинних і вторинних амінів. Це дозволяєвикористовувати на практиці третинні аміни для селективного вилучення Н2S зсумішей його з СO2.

Реакційна здатністьалканоламінов змінюється в ряді: первинні> вторинні> третинні ікорелюєтьс...я з їх лужністю. Діоксид вуглецю утворює з алканоламінамірізні побічні продукти. Механізм їх утворення вивчений не повністю.

Частина з них на стадіїрегенерації абсорбенту руйнується і знову виділяє алканоламін, інша частинанерегенеріруется, що є однією з причин втрат аміну. Найбільшекількість регенерується з'єднань характерно для первинних алканоламінов.

Меркаптани, будучикислотами, оборотно реагують з алканоламінамі з утвореннямводородрастворімих меркаптідов.

[Амін] + RSН <->[Амін х Н] + х RS-

де R - вуглеводневийрадикал.

Реакції передуєрозчинення меркаптанів в абсорбенти і дисоціація на іони

Н2O

РSН <-> RS-+ Н +

Кислотність меркаптанівзначно нижче, ніж Н2S і СO2, внаслідок чого останні витісняють меркаптаниз їх з'єднання з амінами. Меркаптіди - нестійкі з'єднання, легкоруйнуються при нагріванні.

На розчинністьмеркаптанів в алканоламінах значний вплив робить наявність СO2 врозчині. Рівноважна розчинність С2Н5SН в аминах при наявності СO2 в розчинів кількості 2 г/л (глибока регенерація) знижується в 2,5 - 4 рази. Ззбільшенням вмісту СO2 в розчині розчинність С2Н5SН наближається дорозчинності їх у воді. При цьому характер зміни розчинностівідповідає зміні рН розчину.

Таким чином, напромислових установках Амінова очищення газу від Н2S і СO2 не представляєтьсяможливим одночасно повністю очистити газ від меркаптанів.

Сіроокий вуглецю вводних розчинах амінів гідролізується

сos + Н2S <->СO2 + Н2S.

Утворилися Н2S і СO2реагують з амінами. Однак з огляду на те, що у вихідному газі концентрація СОS попорівнянні з Н2S і СO2 невелика, пряма реакція ніколи не доходить до кінця.Лімітуючим стадія процесу - розчинення в абсорбенти.

Сіроокий вуглецю можебезпосередньо вступати в реакції з первинними та вторинними амінами зутворенням тіокарбаматов (аналогічно СO2). Сos здатна вступати також вінші реакції з амінами, механізм яких вивчений не до кінця. При цьому зпервинними амінами утворюються не регенерується продукти: вторинні і третинніаміни реагують оборотно.

При створенні в абсорбентиАміновен очищення газу зони гідролізу СОS, що складається з 6 - 10 практичнихтарілок, при температурі 60 - 80 В° С можна витягти з газу значну (до 80%) Частина сероокісі вуглецю.

Схеми процесу очищеннягазу водними розчинами амінів

Вступник на очищеннягаз проходить висхідним потоком через абсорбер назустріч потоку розчину.Насичений кислими газами розчин, що виходить з низу абсорбера, підігрівається втеплообміннику регенерувати розчином з десорбера і подається нагору його.

Після частковогоохолодження в теплообміннику регенерований розчин додатково охолоджуєтьсяводою або повітрям і подається нагору абсорбера. Тепло, необхідне длярегенерації насиченого розчину, повідомляється розчину в рібойлерах,обігрівається глухим паром низького тиску. Кислий газ з десорбера охолоджуєтьсядля конденсації більшій частині містяться в ньому водних парів. Цейконденсат-флегма безперервно повертається назад в систему, щоб запобігтизбільшення концентрації розчину аміну. Зазвичай цю флегма подають у верхдесорбера трохи вище входу насиченого розчину для конденсації пари амінуз потоку кислого газу. У схемі передбачений експанзер (виветріватель) при Рочищення> 1,6 МПа, де за рахунок зниження тиску насиченого розчинувиділяються фізично розчинені в абсорбенти вуглеводні і частковосірководень і діоксид вуглецю.

Експанзерний газ післяочищення використовується як паливного газу або компріміруется і подається впотік вихідного газу. Широке распространеіе в промисловості отримала схема зроздільними потоками подачі в абсорбер регенерованого розчину однаковоюступеня регенерації. 70-80% розчину подається в середину абсорбера, а рештукількість - на верх.

Це дозволяє знизитивитрати енергії на перекачування розчину, зменшити металоємність абсорбера(Верхня частина меншого діаметру), а також підвищити ступінь вилучення СОS (вразі його наявності в газі) за рахунок подачі середнього потоку розчину з більшвисокою температурою і здійснення реакції гідролізу СОS.

очищення газ вуглеводень гелій

У схемі амінів і очищеннягазу з високим вмістом кислих компонентів подача розчину в абсорберздійснюється двома потоками, але різною мірою регенерації. Частковорегенерований розчин з десорбера подається в середню секцію абсорбера.Глибокої регенерації піддається тільки частина розчину, яка подається наверх абсорбера для забезпечення тонкої очистки газу. Така схема дозволяє попорівнянні зі звичайною схемою до 10-15% знизити витрату пари на регенерацію розчину.

При очищенні газу звисоким вмістом кислих компонентів доцільно здійснити подвійнерозширення (вивітрювання) насиченого аміну при різному тиску. На першійступені при тиску 1,5-2 МПа з розчину виділяється основна кількістьрозчинених вуглеводнів, що забезпечує надалі низьке (<2%)зміст їх в кислому газі - це гарантує високу якість отримуваної сірки.

Цей потік експанзерногогазу або використовується після очищення від сірководню в якості паливногогазу, або компріміруется і змішується з основним потоком очищуваного (сирого)газу.

На другому ступені притиску, близькому до атмосферного, без теплової регенерації виділяється зрозчину потік кислого газу, який, після виділення з нього води іохолодження, може бути безпосередньо спрямований на встановлення одержання сірки.За рахунок цього скорочується до 10% витрата пари на регенерацію насиченихрозчинів аміну.

У схемі додаткововстановлюється насос для подачі насиченого розчину з другого виветрівателяв десорбер. При очищенні газу, що містить Н2S і СO2, в абсорбері може бутипередбачена зона поглинання і гідролізу СОS, що складається з п'яти-восьмитарілок, куди подається регенерований розчин аміну з підвищеною температурою70-80 В° С.

Вибір робочого розчину

При виборі робочогорозчину для очищення газу, окрім доступності та ціни алканоламіна,керуються такими положеннями:

1. Первинні алканоламінибільш реакційноздатні, і їх застосування переважніше. Крім того, МЕАмає низьку молекулярну масу і при однаковій концентрації в розчиніміститься більше молей аміну, ніж у інших амінів.

2. Наявність СОS в газівиключає застосування первинних алканоламінов через утворення регенеруєтьсяпобічних продуктів і великих втрат аміну. У цьому випадку кращий ДЕА.При виборі аміну необхідно також враховувати і інші продукти деградації аміну.

З. Для селективноговитягання Н2S рекомендують приміряти третинні аміни, зокрема МДЕА. Такожтретинні аміни застосовують з метою зниження експлуатаційних витрат.

Звичайні масові часткиамінів у розчині, що використовуються для очищення,%: МЕА 15-20, ДЕА 20-30, МДЕА30-50.

Теплота абсорбції кислихгазів різними амінами

Теплота абсорбції кислих газів різними амінами. Тип аміну Мол. вага аміну

Теплота абсорбції, КДж/кг

H2S CO2 МЕА 61,09 1905 1920 ДЕА 105,14 1190 1510 діпа 133,19 1140 2180 МДЕА 119,17 1050 1420

Очищення газу фізичнимиабсорбентами

На відміну від етаноламінівфізичні абсорбенти дозволяють витягти з газу одночасно з Н2Sі СO2сіркоорганічні домішки - меркаптанти, карбонілсульфід, сірковуглець, а в рядівипадків і осушити газ. Крім того, витрати енергії на регенерацію абсорбентівзначно нижче внаслідок неміцності з'єднань абсорбент - домішка.

Тому на практицііноді економічніше використовувати фізичні абсорбенти для очищення газу, хочавони і значно дорожче етаноламінів. Обмеженням їх широкого застосування(Крім вартості) є підвищена розчинність вуглеводневих компонентівгазу в абсорбенти, що ускладнює технологічну схему процесу та погіршуєякість одержуваних кислих газів - сировини для сірки, а також неможливістьотримати глибоку ступінь очищення.

В якості фізичнихабсорбентів для очищення газів застосовують з'єднання різних класів: аліфатичніспирти, ефіри гліколей, гетероциклічні сполуки та ін У промисловостінайбільшого поширення набули моно-і діалкіловие ефіриполіетиленгліколю (ПЕГ), що мають фірмову назву "Селексол" і"Сепасолв".

Фізико-хімічніабсорбенти для очищення газу

Висока і небажанарозчинність вуглеводневих компонентів газу в фізичних абсорбенту,неможливість досягти глибокого ступеня очищення зумовили розробку ізастосування гібридних абсорбентів, що представляють собою суміш фізико-хімічнихабсорбентів. Такі абсорбенти за своїми технологічними показниками займаютьпроміжне положення між хімічними і фізичними, зберігаючи їхпереваги.

Одним з першихпромислових абсорбентів цього класу є абсорбент "Сульфінол"- Суміш діпа, сульфолану і води (5 - 15%). Останнім досягненням у цій областіє серія абсорбентів "Укарсол" фірми "Юніон карбайд"(США). Селективний абсорбент "Укарсол" складається з суміші МДЕА, води іалкілових ефірів ПЕГ (решта). Абсорбент дозволяє селективно очистити газ

В·

2.

-Чим вище

-Чим вище

-стані;

-Присутність в

-Присутність внизькою.

Існує чотири способипоглинанняспособів.

Якщо,майже в 10 разів. Приіншими способами.

В

3.

До основних

-

-

-

Вибір того чи іншого

Замістьгазу.

Процес

4.гелію.

Рішення

3.Визначаємо

4.

4.Визначаємо

6.