Очистка природного газа от сероводорода и углекислого газа

Природные нефтяные газы многих месторождений содержат в своем составе сероводород (Н28)и двуокись углерода (С02). Объемное содержание этих компонентов, называемых иногда кислыми, колеблется в широких пределах, доходя до 50 % и более. Значительное содержаниеН28и С02 обнаружено в газах глубоко залегающих месторождений Прикаспийской впадины, и, в особенности, Оренбургском, Карачаганакском, Астраханском. Содержание кислых компонентов в газе Астраханского месторождения достигает 40 %, из которых концентрация сероводорода составляет 22 %. Сероводород -ядовитый газ с запахом тухлых яиц. Концентрация сероводорода в воздухе 0,05-0,1 % (0,76-1,52 г/м³) вызывает потерю сознания и даже приводит к смерти. При меньшем содержании сероводорода возможно хроническое отравление. Сероводород в присутствии влаги - сильно корродирующее вещество, разрушающее металл труб, оборудование, арматуру.

Вместе с тем при значительном содержании сероводород - ценное сырье для получения высококачественной элементарной серы и серной кислоты, а также других продуктов.

Корродирующими свойствами в присутствии влаги обладает также углекислый газ. Кроме того, транспортирование по газопроводам углеводородных газов, содержащих углекислый газ (балластный газ), приводит к снижению пропускной способности трубопроводов и возрастанию стоимости транспорта. Поэтому добываемые природные газы подвергают очистке от сероводорода и углекислоты. Это необходимо, с одной стороны, для предотвращения вредного влияния этих компонентов на оборудование и технологические процессы, с другой - для извлечения из кислых компонентов полезных конечных продуктов.

Природные газы очищают от сероводорода и углекислоты сорбционными методами с использованием жидких и твердых поглотителей (сорбентов). При этом абсорбционный метод называют мокрым, а адсорбционный - сухим методом очистки газа от кислых компонентов.

При адсорбционных методах в качестве твердого поглотителя используют окись цинка, гидрат окиси железа, активированный уголь, цеолиты. Этот метод применяется для очистки небольших количеств газа. Абсорбционные методы более экономичны, позволяют полностью автоматизировать процесс и обрабатывать большое количество газа со значительным содержанием кислых компонентов. Принципиальная схема очистки газа от H2S методом абсорбции приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Принципиальная схема очистки газа от сероводорода:

• 1 - адсорбер; 2 - выпарная колонна (десорбер); 3 - теплообменник;
• 4, 8- холодильник; 5 - емкость-сепаратор; 6, 7 - насосы

Очищенный газ поступает в абсорбер (1) и поднимается вверх через систему тарелок. Навстречу газу движется концентрированный раствор абсорбента. Роль жидкого поглотителя в данном случае вы полняют водные растворы моноэтаноламина (МЭА), диэтаноламина (ДЭА) и триэтаноламина. Температура кипения при атмосферном давлении составляет соответственно:

• • МЭА-172 °C,
• • ДЭА - 268 °C,
• • ТЭА - 277 °C.

Абсорбент вступает в химическую реакцию с сероводородом, содержащимся в газе, унося продукт реакции с собой. Очищенный газ выводится из аппарата чрез скубберную секцию, в которой задерживаются капли абсорбента.

На регенерацию абсорбент подается в выпарную колонну (2) через теплообменник (3). В нижней части колонны он нагревается до температуры около 100 °C. При этом происходит разложение соединения сероводорода с абсорбентом, после чего H2S, содержащий пары этаноламинов, через верх колонны поступает в холодильник (4). В емкости (5) сконденсировавшиеся пары абсорбента отделяются от сероводорода и насосом (6) закачиваются в выпарную колонну. Газ же направляется на переработку.

Горячий регенерированный абсорбент из нижней части колонны (2) насосом (7) подается для нового использования. По пути абсорбент отдает часть своего тепла в теплообменнике (3), а затем окончательно остужается в холодильнике (8).

Из полученного сероводорода вырабатывают серу.

Работа этаноламиновых газоочистных установок автоматизирована. Степень очистки газа составляет 99 % и выше. Недостатком процесса является относительно большой расход абсорбента.

Абсорбционные методы подразделяют на несколько видов:

• • методы, в которых поглощение кислых компонентов происходит за счет их физического растворения абсорбентами (трибутилфосфатом, ацетоном и др.);
• • методы, в которых поглощение кислых компонентов осуществляется как за счет физического растворения, так и при помощи химической реакции;
• • методы, в которых поглощение кислых компонентов обусловлено их химическим взаимодействием с активной частью абсорбента. При этом поглощение кислых компонентов происходит при высоких давлениях и умеренных температурах, а регенерация - при пониженных давлениях и пониженных температурах. Сюда относятся процессы, где абсорбентами служат алканоа-мины: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), горячий раствор карбоната калия (поташ).

На практике при очистке больших объемов газа с любым содержанием сероводорода и углекислого газа наиболее распространен абсорбционный метод с применением водных растворов моноэтанола-мина или диэтаноламина. Эти сорбенты имеют щелочные свойства, широко поглощают сероводород и углекислый газ, образуя сульфиды и бисульфиды, карбонаты и бикарбонаты.

Технологические схемы очистки газа зависят от его состава, требуемой степени очистки и дальнейшего направления использования газа. В технологическую схему очистки газа от сероводорода и углекислого газа входят оборудование по предварительной очистке газа от твердых и жидких частиц, контакторы-абсорберы, аппараты для регенерации насыщенного раствора, а при дальнейшем получении элементарной серы - аппаратура по переработке сероводорода в серу и др.

Очистка газа от двуокиси углерода обычно производится одновременно с его очисткой от сероводорода, т.е. этаноламинами. При высоком содержании СО₂ (до 12-15 %) и незначительной концентрации сероводорода применяют очистку газа водой под давлением (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Принципиальная схема очистки газа от двуокиси углерода под давлением: 1 реактор, 2 - водоотделитель, 3, 6- насосы, 4 - экспанзер, 5 - дегазационная колонна

Газ, содержащий СО₂, подается в реактор (1), заполненный железными или керамическими кольцами Рашига, которые орошаются водой под давлением. Очищенный газ поступает затем в водоотделитель (2) и идет по назначению. Вода, насыщенная углекислым газом, насосом (3) подается в экспанзер (4) для отделения СО₂ методом разбрызгивания. Для полного удаления СО₂ вода подается в дегазационную колонну (5), откуда насосом (6) возвращается в реактор (1).

Выделяемый углекислый газ используется для производства соды, сухого льда и т. п.