Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа

В составе природных газов многих месторождений содер­жатся сернистые компоненты и углекислый газ, так называ­емые кислые газы. Сернистые соединения отравляют катали­заторы в процессах переработки газа, при сгорании образу­ют SO2 и SO3, высокое содержание которых в воздухе опасно для человека и окружающей среды. Сероводород H2S и угле­кислый газ СО2 в присутствии воды вызывает коррозию сталь­ных труб, оборудования трубопроводов, компрессорных ма­шин и т. д. Их присутствие ускоряет гидратообразование. Требования к газу, поставляемому потребителю, по содержа­нию сернистых компонентов постоянно возрастают. В насто­ящее время допускается содержание H2S в природном газе не более 5,7 мг/м3, общей серы не более 50 мг/м3, углекисло­го газа СО2 до 2 %. Сернистые компоненты природного газа и в первую очередь H2S служат отличным сырьем для произ­водства серы. Из сероводорода природного газа получается наиболее чистая и дешевая сера. Степень чистоты так назы­ваемой газовой серы составляет 99,9 %. Современные про­цессы очистки природного газа связаны с производством серы и обеспечением чистоты воздушного бассейна.

Традиционные схемы очистки больших объемов газа вклю­чают процессы:

1) извлечения кислых компонентов, т. е. производство очи­щенного газа;

2) переработку кислых газов в серу;

3) очистку или сжигание отходящих газов;

4) очистку газов сгорания.

Для извлечения кислых компонентов из природного газа применяют главным образом абсорбционные регенеративные процессы. Кислые компоненты из газа извлекают в процессе химической или физической абсорбции. Затем при регенерации насыщенного абсорбента получают поток кислого газа, направляемый на установку производства серы.

В процессах химической абсорбции применяют водные ра­створы поглотителей, которые вступают в обратимую реакцию с кислыми компонентами природного газа. В качестве хими­ческих поглотителей используют моноэтаноламин, диэтаноламин, дигликольамин, растворы солей щелочных металлов, ра­створы солей аминокислот и др. Схема процесса, типичного для химической абсорбции, приведена на рис. 4.23 [38].

Часто применяют моноэтанолоаминовый процесс, характе­ризующийся высокой реакционной способностью поглотите­ля, его хорошей химической устойчивостью и небольшими капитальными вложениями. Реакцию взаимодействия моноэтанолоамина с сероводородом и углекислым газом можно представить следующими уравнениями:

Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа - №1 - открытая онлайн библиотека

Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа - №2 - открытая онлайн библиотека Рис. 4.23. Схема установки для очистки природного газа методом химичес­кой абсорбции: 1 - входной сепаратор; 2 - абсорбер; 3 - гидравлическая турбина; 4 - насос; 5 - выветриватель; 6 - промежуточная емкость; 7 - теплообмен­ник; 8 - фильтр; 9 - десорбер; 10 - воздушный холодильник; 11 - сепаратор рефлюкса; / - сырой газ; II - очищенный газ; III - насыщен­ный абсорбент; IV - регенерированный абсорбент; V - газ выветривания; VI - кислый газ
Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа - №3 - открытая онлайн библиотека Рис. 4.24. Схема установки осушки газа методом физической абсорбции: 1 - абсорбент; 2 - детандер; 3 - холодильник; 4, 5 и 6 - первая, вторая и третья ступени выветривания соответственно; 7 - выпарная колонна; 8 - воздуходувка; 9 - насос; 10 - теплообменик; / - исходный газ; II - насыщенный абсорбент; III - груборегенерированный абсорбент; IV - тонкорегенерированный абсорбент; V - очищенный газ; VI - рецикловый газ; VII - газ выветривания среднего давления; VIII - кислый газ; IX - воздух или инертный газ

Во избежание коррозии оборудования концентрация моноэтаноламина в растворе с водой не превышает 15 - 20 %.

При физической абсорбции кислых газов из потоков при­родного газа используются органические растворители: мета­нол, пропиленкарбонат, диметиловый эфир полиэтиленгликоля и др. Процессы физической абсорбции характеризуются высокой степенью насыщения абсорбента кислыми газами и соответственно низкими скоростями циркуляции поглотите­ля, низкими энергозатратами, небольшими габаритами и про­стотой оборудования.

Схема, типичная для процесса физической абсорбции, приведена на рис. 4.24. Выбор растворителя основан на со­ставе, температуре и давлении исходного газа, с учетом мето­да последующей его обработки и требований к качеству очи­щенного газа.

Вторая операция при очистке природного газа - получе­ние серы из сернистых соединений. При обработке больших потоков природного газа чаще всего используются различные модификации процесса Клауса, основанного на каталитичес­кой реакции кислорода воздуха с сероводородом, поступаю­щим из регенерационной колонны абсорбционных процес­сов, при повышенной температуре. Реакция Клауса протекает в две стадии по уравнениям

Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа - №4 - открытая онлайн библиотека

Очистка природного газа от сернистых соединений и углекислого газа - №5 - открытая онлайн библиотека
Рис. 4.25. Схема установки Клауса с однопоточным процессом: 1 - горелка и реакционная камера; 2 - котел-утилизатор; 3, 5,7 - конден­саторы; 4, 6 - первый и второй каталитические конверторы соответственно; / - кислый газ; II - воздух; III, VIII - пар (высокое давление); IV - обводная линия горячего газа; V, VII - пар (низкое давление); VI - сера; IX - «хвостовой газ»

Для увеличения выхода серы процесс проводится в соот­ветствии с двумя стадиями реакции. Сначала в печи Клауса при высокой температуре сжигается часть сероводорода с получением оксида серы. В результате очень высокой темпе­ратуры и некаталитического сжигания сероводорода с возду­хом получается непосредственно сера с выходом около 60 %. После высокотемпературного сжигания и утилизации тепло­ты продуктов сгорания устанавливаются один или несколько каталитических конвертеров Клауса (рис. 4.25), где оставший­ся сероводород взаимодействует с кислородом. Снижение температуры каталитической реакции способствует повыше­нию выхода серы. При очистке отходящих с установок Кла­уса газов возможны два варианта. В одном случае газы, отходящие с установок Клауса, подаются непосредственно в установку доочистки, в другом - они предварительно сжига­ются до превращения всех сернистых соединений в SO2 и только после этого поступают на установку доочистки.


Глава 5