✅ Очистка газа от сероводорода — dnp-zem.ru

Очистка газов от сероводорода;

Лекция 10

При переработке сернистой нефти для извлечения серы используют процесс гидрогенизации – обработку топлива водородом в присутствии алюмо-кобальт-молибденового катализатора при температуре 400-450 ºС и давлении 15-20 МПа. В результате проведения процесса происходит обессеривание сырья в результате взаимодействия водорода с серосодержащими соединениями с образованием сероводорода, который необходимо удалять перед выбросом газов в атмосферу.

На металлургических предприятиях как добавку к шихте при выплавке чугунов и сталей используют кокс, получаемый при нагревании обогащенного угля при температуре 1000-1200 ºС без доступа воздуха в течении 10-16 час. В процессе коксования угля содержащаяся в нем сера переходит в коксовый газ в виде сероводорода. В результате очистки коксового газа на одной из стадий удаляют сероводород.

В процессе выпарки целлюлозных щелоков производства целлюлозы сульфатным методом, при котором древесная щепа варится в щелочном растворе NaOH + Na₂S при температуре 165-175 ºС и давлении 700-900 кПа в течении 3-5 час, происходит также выделение сероводорода, который необходимо извлекать из газовых выбросов.

Для очистки газов от сероводорода применяют различные хемосорбционные методы, среди которых наибольшее распространение получил метод абсорбции карбонатами щелочных металлов.

Вакуум-карбонатные методы.В этих методах сероводород поглощается из газов водным раствором карбоната натрия (соды) или калия (поташа). Затем раствор регенерируют нагреванием под вакуумом (паром низкого давления), охлаждают и снова возвращают на абсорбцию. В основе метода лежит реакция:

Вследствие различной растворимости поташа и соды для абсорбции применяют растворы разной концентрации: Na₂CO₃ – 15-18% и K₂CO₃ – 20-25%. Поташ лучше растворим в воде, поэтому применяются более концентрированные его растворы, которые имеют высокую поглотительную способность. Это позволяет уменьшить его расход, а также сократить расход пара на регенерацию поташа и расход энергии на перекачивание раствора. Недостатком использования растворов поташа является их высокая стоимость. Исходя из этого, чаще используют содовый метод, чем поташный. Степень абсорбции содой составляет 90%, поташом – 90-98%, следовательно, обычно применяют двухстадийную систему. Процесс ведут при температуре 40-50 ºС. Технологическая схема очистки газа от сероводорода вакуум-карбонатным методом с получением из сероводорода серной кислоты приведена на рис.10.1.

Рис.10.1. Схема установки очистки газа от сероводорода вакуум-карбонатным методом: 1 – абсорбер; 2, 9 – насосы; 3 – холодильник-конденсатор; 4 – теплообменник; 5 – подогреватель; 6 – регенератор; 7 – циркуляционный подогреватель; 8 – сборник; 10 – холодильник; 11 – вакуум-насос; 12 – холодильник; 13 – печь; 14 – котел-утилизатор.

После очистки газа в абсорбере раствор подают в холодильник-конденсатор, где его подогревают за счет тепла конденсации паров, выделяющихся при регенерации поглотительного раствора. Затем раствор проходит теплообменник и подогреватель и поступает в регенератор. Раствор регенерируют кипячением под вакуумом (15,6 кПа). Регенерируемый раствор направляют в емкость, а затем через теплообменник и холодильник – на орошение абсорбера. Выделяющиеся при регенерации раствора пары сероводорода и воды отсасываются вакуум-насосом через конденсатор-холодильник, где конденсируется значительная часть паров воды. Далее пары поступают в холодильник, а затем в печь для сжигания сероводорода. Из печи газовая смесь, состоящая из диоксида серы, водяных паров, кислорода и инертных газов, при 900 ºС поступает в котел-утилизатор, где охлаждается до 440-450 ºС, а затем направляется на окисление в контактный аппарат. После окисления газы направляют на абсорбцию для получения серной кислоты.

Одним из вариантов вакуум-карбонатного метода является горячий поташный метод. Он очень эффективен, поскольку рабочая концентрация поташа достигает 40% при использовании более высокой температуры.

Фосфатный метод.Для абсорбции сероводорода фосфатным методом применяют растворы, содержащие 40-50% фосфата калия при температуре 20-40 ºС:

Из раствора сероводород удаляют кипячением при 107-115 ºС. Растворы стабильны, не образуют продуктов, ухудшающих их качество.

Этаноламиновый метод.Для абсорбции сероводорода из очищаемого газа можно применять стабильный 15-20% моноэтаноламин, обладающий большой поглотительной и реакционной способностью, легко регенерируется.

ОН-СН₂-СН₂-NH₃

ОН-СН₂-СН₂-NH₃

ОН-СН₂-СН₂-NH₃

S + Н₂S ↔ 2(ОН-СН₂-СН₂-NH₃-HS).

Процесс абсорбции осуществляют в тарельчатой колонне. При 25-40 ºС направление реакции поглощения слева направо, при 105 ºС – справа налево с удалением из раствора сероводорода, концентрация которого при выходе из колонны десорбции достаточна для конверсии его в серу. Эффективность метода – 96-98%.

Рис.10.2. Схема установки очистки газа от сероводорода раствором этаноламина: 1 – абсорбер; 2, 5 – холодильники; 3, 6 – теплообменники; 4 – регенератор.

Железо-содовый метод.В этом процессе для поглощения используют взвесь гидроксидов двух- и трехвалентного железа. Суспензию приготавливают смешением 10% раствора Na₂CO₃ c 18% раствором железного купороса:

пропуская через раствор воздух, окисляют гидроксид железа (ІІ):

Абсорбция сероводорода из газовой фазы протекает по следующим реакциям:

Для регенерации раствора через него пропускают воздух, в этом процессе образуется элементарная сера:

При регенерации до 70% поглощенного сероводорода переходит в элементарную серу, а остальной сероводород в виде NaHS окисляется до тиосульфата натрия:

Это приводит к понижению концентрации абсорбирующей жидкости, поэтом периодически ее заменяют свежей. Серная пена после пропускания воздуха собирается в пеносборнике, а затем поступает на вакуум-фильтр, где происходит ее отделение. Полученную серу плавят в автоклаве. Метод позволяет достичь степени очистки более 80%.

Метод Клауса.Метод Клауса применяется для переработки газов с высоким содержанием гидросульфида с получением серы,а также в качестве завершающей стадии переработки регенерированного сероводорода. Оборудование включает цилиндрический реактор диаметром 10 м и высотой 5-6 м, куда помещают катализатор (смесь из оксидов кремния, алюминия и железа(ІІІ)) слоем толщиной около 2 м на решетку. Очищаемый газ проходит через слой сверху вниз, при этом сероводород окисляется в соответствии со следующей реакцией:

Реакция является сильно экзотермической, так что выделяющейся теплоты окисления достаточно для поддержания требуемой температуры катализатора.

Усовершенствованная система включает сжигание части сероводорода до диоксида серы перед подачей в печь Клауса, где остаточное количество сероводорода окисляется диоксидом серы до элементарной серы. Доля окисляемого сероводорода до поступления в печь контролируют таким образом, чтобы состав смеси соответствовал стехиометрии:

Получаемая в печи сера разливается по формам, где и застывает. Степень отделения гидросульфида составляет 95%.

Очистка газов от сероводорода и сероорганических соединений

Очистка от сероводорода.

Содержащие H2S отходящие газы промышленных производств обычно характеризуются низкими, но превышающими требования санитарных норм, концентрациями этого загрязнения. Например, в вентиляционных выбросах производств вискозы его концентрация колеблется в пределах 0,01-0,1%. Наиболее глубокую очистку газов от H2S обеспечивают адсорбционные методы с использованием гидроксида железа, активного угля, цеолитов и других поглотителей.

Процесс очистки газов от H₂S гидроксидом железа используется давно. При прохождении газа через слой гидроксида железа H₂S поглощается:

Одновременно образуется некоторое количество FeS.

Присутствующий в очищаемом газе кислород окисляет сульфидную серу с образованием гидроксида железа:

В современной промышленной практике поглотительную массу приготовляют из болотной руды или отходов производства глинозема из бокситов — красных шламов влажностью 50-55%, содержащих 45-48% Fe₂Oj (на сухое вещество).

Красные шламы используют в процессе газоочистки без предварительной подготовки. Болотную руду предварительно измельчают до размеров зерен 6-8 мм, перемешивают с древесными опилками в объемной пропорции 1:1 и небольшим количеством гашеной извести для создания щелочной среды. Перед размещением в реакторе для газоочистки приготовленную таким образом смесь смачивают водой до содержания влаги 30-50%.

Очистку проводят при близком к атмосферному давлении и температуре 28-30°С (оптимальная температура) в ящичных (прямоугольные ящики, внутри которых на деревянных съемных решетках размешают от 2 до 6 слоев поглотительной массы), ящично-башенных и (наиболее часто при больших объемах очищаемых газов) в башенных реакторах (рис. 1-45), включающих 10-12 размещаемых одна над другой корзин (царг) многогранной или круглой формы, на решетках которых размещают слой поглотителя высотой до 0,4 м.

Рис. 1-45. Башня сухой очистки газов гидроксидом железа (1 — слой сорбента; 2 — опорная решетка)

В подаваемый на очистку газ при необходимости вводят воздух с таким расчетом, чтобы концентрация кислорода в газе не превышала 1%.

Процесс протекает в массе поглотителя вплоть до накопления в нем серы (40-50%), после чего поглотитель подлежит замене ввиду резкого снижения его поглотительной способности за счет обволакивания частиц активного Fe(OH)₃ накапливающейся серой.

Рекуперацию серы из отработанного поглотителя обычно проводят путем его обжига, направляя образующиеся в этом процессе газы в сернокислотное производство. В ряде случаев используют обработку отработанного поглотителя растворителями (сероуглеродом, тетрахлорэтиленом) с последующим отделением экстрагированной серы кристаллизацией или отгонкой растворителя.

На практике концентрация газов по H₂S достигает 20-25 г/м 3 . При обработке таких газов считают целесообразным извлечение основного количества H₂S путем абсорбции с последующей доочисткой гидроксидом железа, обеспечивающей возможность достижения остаточной концентрации H₂S в газе до 0,02 г/м 3 .

Эффективным поглотителем H₂S является активный уголь.

Присутствие в очищаемом газе кислорода является необходимым условием реализации процесса, в котором наряду с поглощением H₂S происходит катализируемое углем окисление последнего в адсорбенте, сопровождающееся выделением тепла (220 кЛж на 1 моль H.S’i:

Одновременно с этим процессом в адсорбенте происходит также экзотермическая (790 кДж на 1 моль H₂S) каталитическая реакция превращения H₂S в серную кислоту:

Количественная доля последней реакции тем выше, чем больше тяжелых металлов, в частности железа, находится в минеральной составляющей активного угля; она может составлять более трети по отношению к поглощенному H₂S. ?

Высокая экзотермичность процессов окисления H₂S при значительных концентрациях его в очищаемых газах обусловливает интенсивный разогрев слоя поглотителя и связанный с этим риск возгорания активного угля. В этой связи использование активного угля для очистки газов от H₂S обычно ограничивают газами, содержащими до 5 г/м 3 этого загрязнителя, хотя известны реализованные в промышленной практике процессы поглощения активными углями H₂S из газов с высокой его концентрацией (10-13 г/м 3 ).

Для нейтрализации образующейся в угле серной кислоты может быть использован раствор карбоната натрия (соды) или газообразный аммиак. Использование последнего более эффективно, так как для вымывания водой из угля аммонийных солей требуется меньший ее расход. Кроме того, аммиак интенсифицирует окисление H₂S, поэтому его можно вводить в очищаемый газ для обеспечения протекания реакции, параллельной основной реакции окисления:

Если в очищаемом газе присутствует С0₂ наряду с последней реакцией протекает взаимодействие:

Возможно и периодическое использование аммиака лишь на стадии регенерации насыщенного поглотителя.

Сероемкость используемых для очистки газов от H₂S активных углей составляет 200-520 кг/м 3 . При высоте слоя угля более 1 м достигаемая степень насыщения поглотителя превосходит 90%. Регенерацию насыщенных углей наиболее часто проводят раствором сульфида аммония, который приготовляют пропусканием через аммиачную воду газообразного H₂S (110-120 кг/м 3 NH_> и 75-80 кг/м 3 сульфидной серы). При регенерации протекает реакция:

Образующийся раствор многосернистого аммония (200-250 кг/м 3 S) обрабатывают острым паром при 125-130°С под давлением (1,6- 1,9)* 10 5 Па с целью выделения серы:

В условиях такой обработки разлагается и (NH₄)₂S, поэтому образующиеся пары NH₃ и H₂S конденсируют и возвращают в процесс. Получаемую жидкую серу (99,92-99,97% S) отделяют от раствора декантацией. Экстрагированный уголь освобождают от сульфидной серы промывкой его водой, отпаривают для удаления аммонийных солей и сушат.

Для экстракции серы из угля в ряде случаев применяют ксилол, используя резкую разницу растворимости в нем серы при обычных и повышенных температурах. Обработку угля ксилолом проводят при 100-110°С и давлении 2,5* 10 s Па. При последующем охлаждении вытяжки (до 30°С) из нее выделяют застывшую серу. Экстрагированный уголь обрабатывают паром для освобождения от ксилола, промывают водой для удаления других продуктов происходящих на угле превращений и вновь пропаривают.

При значительном содержании в очищаемых газах С0₂ образующиеся углеаммонийные соли могут забивать трубопроводы и арматуру установки. Для предупреждения этого процесса целесообразна пропитка активного угля 0,8%-м водным раствором щелочи. Увеличение поглотительной способности угля по H₂S и интенсификация образования элементной серы могут быть обеспечены при пропитке поглотителя йодом ( «1% от массы угля) или йодидом калия.

Непрерывный процесс очистки газов от H₂S при использовании псевдоожиженного слоя активного угля представлен на рис. 1-46.

Направляемый на очистку газ смешивают с аммиаком, редуцируемым из баллона, и вводят в реактор, где в кипящем слое активного угля происходит его очистка от H₂S. Очищенный газ удаляют через пылеуловитель. Насыщенный поглотитель из реактора транспортируют в отделение экстракции серы, откуда он поступает в промывное отделение и далее на обезвоживание в сушильную установку. Сухой регенерированный уголь из бункера питателем возвращают в реактор. Для компенсации потерь угля в бункер добавляют свежий поглотитель.

При содержании H₂S в поступающем на обработку газе до 100 мг/м 3 использование очистки на основе активных углей может обеспечить его остаточную концентрацию в газе 3 и ниже.

Рис. 1-46. Схема установки очистки газа от сероводорода в псевдоожиженном слое активного угля: 1 — пылеуловитель; 2 — реактор; 3 — бункер; 4 — питатель; 5 — сушилка; 6 — элеватор; 7 — отделение промывки; 8 — отделение экстракции серы [из бака поступает раствор (NH₄)₂S); 9 — баллон; 10 — воздуходувка; 11 — бак

В практике технологической очистки газов от H₂S используют различные приемы регенерации насыщенных цеолитов: обработку их диоксидом серы при 315°С (цеолит катализирует процесс образования из H₂S и S0₂ воды и элементной серы, пары которой конденсируют с последующим сжиганием трети жидкой серы до S0₂), десорбцию водяным паром, продувку очищенными от H₂S газами при 300- 350°С с последующей промывкой газов десорбции водой и направлением их в цикл. Принципиальная схема очистки газов синтетическими цеолитами с использованием последнего из перечисленных вариантов регенерации насыщенных поглотителей представлена на рис. 1-47.

Практическое использование синтетических цеолитов для решения задач санитарной очистки от H,S газовых выбросов промышленных производств сдерживается значительной стоимостью этих адсорбентов и некоторыми другими факторами.

В практике очистки от H₂S технологических газов находят применение и другие твердофазные поглотители, получаемые на основе оксида цинка, оксидов цинка и меди, а также содержащие цинк и медь отработанные катализаторы процессов низкотемпературной конверсии оксида углерода. Поглощение H₂S этими хемосорбентами основано на следующих реакциях:

Перечисленные взаимодействия практически необратимы в интервале температур 200-500°С, поэтому процессы очистки газов от H₂S с использованием названных хемосорбентов требуют предварительного нагрева подвергаемых обработке газовых потоков. Отработанные поглотители обычно не регенерируют, хотя восстановление их поглотительной способности, усложняющее

Рис. 1-47. Схема установки очистки газа синтетическими цеолитами: 1 — компрессор; 2 — адсорберы; 3 — теплообменник и удорожающее соответствующие процессы, возможно, в частности, окислением сульфидов кислородом при 500-550°С при соблюдении ряда условий, предотвращающих перегрев поглотителя выделяющимся при этом теплом и связанное с этим снижение активности.

Билеты физика. термодинамика и т.д (11-15) / Билет 15 / 3 / 17. Очистка газов от сероводорода и других серосодержащих примесей

Очистка газов от сероводорода и других серосодержащих примесей

Состав сернистых соединений и их концентрации в природном и попутных нефтяных газах различных месторождений варьируются в очень широких пределах.

В основном, сернистые соединения в указанных газах представлены сероводородом и, в некоторых случаях, серооксидом углерода и легкими меркаптанами, концентрация которых существенно ниже концентрации сероводорода.

Количество сернистых соединений, извлекаемых на каждой конкретной установке, зависит от расхода очищаемого газового потока и начального содержания сернистых соединений и колеблется от нескольких тонн до нескольких миллионов тонн в год.

В то же время важно отметить, что и требования к очищенному газу по остаточной концентрации сернистых соединений различаются на много порядков. Так, при очистке водородсодержащего потока на установках гидроочистки в очищенном газе должно оставаться не менее 5 г/м 3 сероводорода, а при очистке этилена, идущего на производство оксида этилена, суммарное содержание сернистых соединений не должно превышать 0,0001 мг/м 3 .

Методы очистки газов от сероводорода можно разделить на две основные группы: сорбционные и каталитического окис­ления.

Сорбционные методы можно условно отнести к двум основным группам – абсорбционные и адсорбционные методы. Наиболее широко распространены первые, допускающие любое на­чальное содержание примесей в газе. Адсорбционные процес­сы используют при малых начальных содержаниях примесей [до 3 — 5% (об.)], но они позволяют глубоко очистить газ.

Абсорбционные методы по характеру используемого абсорбента делят на методы химической сорбции (хемосорбции), физической абсорбции и комбинированные.

Хемосорбционные процессы основаны на хими­ческом взаимодействии H₂S с активным компонентом абсорбента, в качестве которого в этих процессах применяют амины (моно-, ди- и триэтаноламины, диизопропаноламин) и щелочи.

Физическая абсорбция основана на физическом растворении сероводорода в абсорбенте, в качестве абсорбента используют N-метилпирролидон, гликоли (ди- и триэтиленгликоли), трибутилфосфат, сульфолан, метанол и др.

В комбинированных процессах используют обычно смешанные поглотители (хемосорбенты и абсорбенты). Одним из широко распространенных сейчас процессов является «Сульфинол», в котором в качестве поглотителей приме­няют сульфолан и диизопропаноламин.

Адсорбционные процессы основаны на селективном физическом поглощении H₂S в порах твердых поглотителей, которыми являются активные угли или синтетические цеолиты.

Методы каталитического окисления основаны на превращении сероводорода в элементную серу в присутствии катализаторов, например, комплексных соединений хлорида железа с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б) или горячего раствора мышьяковых солей щелочных металлов.

Выбор того или иного метода очистки газа зависит от многих факторов (это начальные и конечные допустимые концентрации сероводорода, область применения очищенного газа — в быту, в химии или в двигателях, а также возможность использования определенного поглотителя и экономические факторы), но основными из них являются концентрации сероводорода и сероорганических соединений в исходном газе.

При высоких парциальных давлениях кислых компонентов в газе предпочтение отдается абсорбционным методам, основной недостаток которых — низкая избирательность в отношении углеводородов и обусловленная этим необходимость предвари­тельного удаления из газа тяжелых углеводородов.

Хемосорбционные и комбинированные процессы рекомендуются при средних парциальных давлениях кислых примесей в газе, а адсорбционные и окислительные — при низких.

Очень важное значение в любом методе очистки имеет пра­вильный выбор поглотителей, которые должны удовлетворять следующим общим требованиям:

поглотитель должен иметь низкое давление насыщенного па­ра при температурах сорбции, чтобы потери его с очищаемым газом были минимальны;

поглотитель должен обладать высокой способ­ностью поглощать кислые соединения из газа в широком интер­вале их парциальных давлений;

поглотитель должен иметь невысокую вязкость, обеспечивающую хороший межфазный контакт с газом, малую растворяющую способность в отношении углеводородов;

поглотитель должен обладать низкой коррозионной активностью, высокой стойкостью к окислению.

Конечно идеальных поглотителей, максимально удовлетво­ряющих всем этим требованиям, не существует, а используемые на практике поглотители в чем-то максимально удовлетворяют этим требованиям, а в чем-то — явно недостаточно.

Широкое распространение в промышленности получила схема с раздельными потоками подачи в абсорбер раствора разной степени регенерации. Принципиальная схема такой установ­ки очистки газа приведена на рис.19.

Рис. 19. Схема аминовой очистки газа с разветвленными потоками раствора разной степени регенерации:

I-газ на очистку; II-очищенный газ; III -кислый газ; IV- тонко регенерированный амин; V- грубо регенерированный амин; VI-насыщенный амин; VII, VIII — экспанзерные газы; IX- водяной пар; 1 -абсорбер; 2, 5, 13— холодильники; 3, 4-экспанзеры; 6, 8, 9, 15— насосы; 7, 11 -теплообменники; 10-емкость регенерированного амина; 12-десорбер; 14-рефлюксная емкость, 16 –кипятильник

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 (выветрирование) насыщенного амина при разном давлении.

На второй ступени при давлении, близком к атмосферному, без тепловой регенерации выделяется из раствора поток кислого газа, который, после выделения из него воды и охлаждения, может быть непосредственно направлен на установку получения серы. За счет этого сокращается до 10% расход пара на регенерацию насыщенных растворов амина.

В схеме дополнительно устанавливается насос для подачи насы­щенного раствора из второго выветривателя в десорбер, который работает в неблагоприятных условиях (высокая степень насыщения амина кислыми газами и относительно высокая температура раство­ра) — это недостаток.

При очистке газа, содержащего СOS наряду с Н₂S и СО₂, в абсорбере может быть предусмотрена зона поглощения и гидролиза СOS, состоящая из пяти-восьми тарелок, куда подается регенерированный раствор амина с повышенной температурой 70-80 °С.

В отличие от стандартной в указанной схеме охлаждение и кон­денсация парогазовой смеси, выделяющейся в десорбере, проводятся в верхней части колонны путем непосредственного контакта с флегмой, циркулирующей в замкнутом цикле. Такая схема позволяет снизить коррозию технологического оборудования и сократить количество аппаратов (конденсатор-холодильник, сепаратор и др.).

Достоинствами моноэтаноламиновой очистки являются высокая скорость поглощения кислых газов, низкая стоимость реагентов, легкость регенерации и низкая растворимость углеводородов. При всех достоинствах МЭА-процесс имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются:

необратимо образование химических соединений МЭА с COS, CS₂ и O₂;

большие потери от испарения;

низкая эффективность по меркаптанам;

неселективность к Н₂S в присутствии СО₂;

вспениваемость в присутствии жидких углеводородов, инги­биторов коррозии и механических примесей.

Аминовая очистка газа от сероводорода: принцип, эффективные варианты и схемы установок

В природном газе, добываемом из месторождений для поставки потребителю по магистралям, в разных пропорциях содержатся сернистые соединения. Если от них не избавиться, агрессивные вещества разрушат трубопровод, приведут в непригодность арматуру. К тому же при сгорании загрязненного голубого топлива выделяются токсины.

Для того чтобы избежать негативных последствий, производится аминовая очистка газа от сероводорода. Это самый простой и недорогой способ отделения вредных компонентов от горючего полезного ископаемого. Мы расскажем, как проистекает процесс сепарации сернистых включений, как устроена и работает установка очистки.

Цель проведения очистки горючего ископаемого

Газ – самый популярный вид топлива. Он привлекает максимально доступной ценой и нанесением наименьшего урона экологической обстановке. К неоспоримым плюсам относится простота управления процессом сгорания и возможность обезопасить все этапы переработки горючего в ходе получения тепловой энергии.

Однако природное газообразное ископаемое добывают не в чистом виде, т.к. одновременно с извлечением газа из скважины откачивают попутные органические соединения. Самый распространенный из них – сероводород, содержание которого варьирует от десятых долей до десяти и более процентов в зависимости от месторождения.

Сероводород ядовит, опасен для окружающей среды, вреден для катализаторов, применяемых в газопереработке. Как мы уже отмечали, это органическое соединение чрезвычайно агрессивно по отношению к стальным трубам и металлической запорной арматуре.

Естественно, разъедая коррозией частную систему и магистральный газопровод, сероводород приводит к утечкам голубого топлива и связанным с этим фактом крайне негативным, рискованным ситуациям. Чтобы обезопасить потребителя, вредные для здоровья соединения удаляются из состава газообразного топлива еще до поставки его в магистраль.

По нормативам сероводородных соединений в транспортируемом по трубам газе не может быть больше 0,02 г/м³. Однако по факту их бывает значительно больше. Для того чтобы добиться регламентированного ГОСТом 5542-2014 значения, требуется очистка.

Существующие методы отделения сероводорода

Кроме преобладающего на фоне других примесей сероводорода в голубом топливе могут содержаться и другие вредные соединения. Обнаружить в нем можно углекислоту, легкие меркаптаны и серооксид углерода. Но непосредственно сероводород всегда будет преобладать.

Стоит отметить, некоторое незначительное содержание сернистых соединений в очищенном газообразном топливе допустимо. Конкретная цифра допуска зависит от целей, для которых добывается газ. К примеру, для производства оксида этилена общее содержание сернистых примесей должно быть менее 0,0001 мг/м³.

Метод проведения очистки выбирают, ориентируясь на требующийся результат.

Все существующие ныне способы подразделяются на две группы:

• Сорбционные. Заключаются в поглощении сероводородных соединений твердым (адсорбция) или жидким (абсорбция) реагентом с последующим выделением серы или ее производных. После чего выделенные из состава газа вредные примеси утилизируются или перерабатываются.
• Каталитические. Состоят в окислении или восстановлении сероводорода с превращением его в элементарную серу. Процесс реализуется в присутствии катализаторов – веществ, стимулирующих течение химической реакции.

Адсорбция предполагает сбор сероводорода путем концентрации его на поверхности твердого вещества. Чаще всего в процессе адсорбции задействуются зернистые материалы на основе активированного угля или окиси железа. Характерная для зерен большая удельная поверхность способствует максимальному удерживанию молекул серы.

Технология абсорбции отличается тем, что газообразные сероводородные примеси растворяются в активном жидком веществе. В итоге газообразные загрязнения переходят в жидкую фазу. Затем выделенные вредные компоненты удаляют путем отпаривания, иначе десорбции, таким методом их устраняют из реактивной жидкости.

Несмотря на то, что адсорбционная технология относится к «сухим процессам» и позволяет производить тонкую очистку голубого топлива, в деле удаления загрязнений из природного газа чаще применяют абсорбцию. Сбор и устранение сероводородных соединений с применением жидких поглотителей более выгоден и целесообразен.

Методы абсорбции, используемые в очищении газа, делятся следующие три группы:

• Химические. Производятся с использованием растворителей, свободно вступающих в реакцию с сероводородными кислыми загрязнителями. Наивысшей поглотительной способностью среди химических сорбентов обладают этаноламины или алканоламины.
• Физические. Выполняются посредством физического растворения газообразного сероводорода в жидком абсорбере. Причем чем выше парциальное давление газообразного загрязнителя, тем быстрее проистекает процесс растворения. В качестве абсорбера здесь используют метанол, пропиленкарбонат и др.
• Комбинированные. В смешанном варианте извлечения сероводорода задействованы обе технологии. Основная работа производится абсорбцией, а тонкая доочистка выполняется адсорбентами.

На протяжении полувека наиболее востребованной и популярной технологией выделения и удаления из природного топлива сероводорода и угольной кислоты является химическая очистка газа с помощью аминового сорбента, использованного в виде водного раствора.

Аминовая технология больше подходит для обработки больших объемов газа, потому что:

• Отсутствие дефицита. Реагенты всегда можно приобрести в требующемся для очистки объеме.
• Приемлемая поглощаемость. Амины характеризуются высокой поглотительной способностью. Из всех применяемых веществ только они способны удалить из газа 99,9% сероводорода.
• Приоритетные характеристики. Водные аминовые растворы отличаются максимально приемлемой вязкостью, плотностью паров, термической и химической стабильностью, низкой теплоемкостью. Их характеристики обеспечивают наилучшее течение процесса абсорбции.
• Отсутствие токсичности реактивных веществ. Это немаловажный аргумент, убеждающий прибегать именно к аминовой методике.
• Селективность. Качество, необходимое при проведении селективной абсорбции. Оно обеспечивает возможность последовательного проведения необходимых реакций в требующемся для оптимального результата порядке.

К этаноламинам, применяемым при выполнении химических методов очистки газа от сероводорода и углекислоты, относятся моноэтаноламины (МЭА), диэтаноламины (ДЭА), триэтаноламины (ТЭА). Причем вещества с приставками моно- и ди- устраняют из газа и H₂S, и СО₂. А вот третий вариант помогает удалить лишь сероводород.

При выполнении селективной чистки голубого топлива пользуются метилдиэтаноламинами (МДЭА), дигликольаминами (ДГА), диизопропаноламинами (ДИПА). Селективные абсорбенты в основном используются за рубежом.

Естественно, идеальных абсорбентов, удовлетворяющих всем требованиям в очистке перед поставкой в систему газового отопления и снабжения прочего оборудования, пока не существует. Каждый растворитель обладает какими-то плюсами наряду с минусами. При выборе реактивного вещества просто определяют наиболее подходящий из ряда предложенных.

Принцип действия типичной установки

Максимальной поглощающей способностью в отношении H₂S характеризуется раствор моноэтаноламина. Однако у этого реагента есть пара существенных недостатков. Он отличается довольно высоким давлением и способностью во время работы установки аминовой очистки газа создавать необратимые соединения с сероокисью углерода.

Первый минус устраняется путем промывки, в результате которой пары амина частично поглощаются. Второй – редко встречается в ходе переработки промысловых газов.