Очистка газа от агрессивных компонентов при транспортировке

При транспортировке природного и попутного газа наличие в газах широкого спектра агрессивных компонентов (от нескольких ppm до десятков процентов) - сероводорода (H 2 S) и углекислого газа (CO 2 ) приводит к коррозии оборудования, трубопроводов, с другой стороны, вызывает загрязнение окружающей среды и ухудшение процесса обработки. При сжигании этих газов образуется диоксид серы, который представляет серьезную угрозу для окружающей среды.

Кроме того, сероводород является ценным сырьем для производства элементарной серы, которая широко используется в промышленности. CO 2 является балластом в газе и увеличивает его транспортные расходы. Присутствие СО 2 в газе в некоторых случаях усложняет процессы его обработки. Таким образом, образование гидратных соединений в процессах глубокого охлаждения газа вызывает определенные проблемы.

Поэтому как с экономической, так и с экологической точки зрения удаление агрессивных компонентов из газов имеет большое значение.

В настоящее время, при подготовке газа к транспортировке, для очистки газов от агрессивных компонентов используются хемосорбция, физическая абсорбция, комбинированные процессы - одновременные химические и физические абсорбенты, процессы окисления и адсорбции.

Выбор процесса очистки газов от агрессивных компонентов зависит в основном от состава и параметров сырого газа, требуемой степени очистки газа, области, в которой будет использоваться товарный газ, параметров энергоресурсов и т.д. В мировой практике абсорбционные процессы используются в основном для очистки больших количеств газов перед их транспортировкой. Процессы окисления и адсорбции обычно используются для очистки небольших количеств газовых потоков. К абсорбентам, используемым в промышленности, предъявляются следующие требования: высокая впитывающая способность, низкое давление пара, химическая и термическая стабильность в рабочих условиях, низкая вязкость, низкая теплоемкость, некоррозионные, селективные и нетоксичные свойства. Впитывающая способность и вязкость определяют стоимость электроэнергии, затрачиваемой на циркуляцию абсорбента. Чем стабильнее абсорбент и чем ниже давление насыщенных паров, тем меньше его потери. На основании коррозионных свойств определяются требования к материалам оборудования газоочистных сооружений.

В мировой практике аминные процессы занимают лидирующие позиции в области очистки газов от агрессивных компонентов. В этом процессе для очистки газов от H2S и CO2 используются в качестве абсорбентов этаноламины - моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (TЭA), дигликоламин (ДГА) и др. Чаще всего используются моно - и диэтаноламины. Из-за низких абсорбционных свойств Триэтаноламин широко не используется. Другие амины используются для селективного удаления агрессивных компонентов [1,2]. Чистые амины - это жидкости с высокой вязкостью и высокой температурой замерзания. Однако их водные растворы имеют низкую вязкость и низкую температуру замерзания (ниже - 10° C). Поэтому в промышленности водные растворы этаноламинов используются в качестве абсорбентов при очистке газов от агрессивных компонентов путем абсорбции [3,4]. Концентрация аминов в растворе может широко варьироваться. Это значение выбирается на основании результатов исследований и с точки зрения контроля коррозии. Одним из важных показателей газоочистных сооружений является расход аминов. Так как стоимость абсорбентов очень высока, она составляет большую часть эксплуатационных расходов.

В некоторых случаях в газах, добываемых на некоторых нефтяных и газовых месторождениях страны, обнаруживаются очень небольшие количества сероводорода и других соединений серы. Однако, в некоторых нефтегазодобывающих управлениях в газах содержится большое количество сероводорода. При подготовке газов к транспортировке присутствие сероводорода вызывает коррозию оборудования и трубопроводов, с одной стороны, и загрязнение и отравление окружающей среды - с другой. Компонентный состав газа показан в таблице 1.

Таблица 1

Компонентный состав газа

№	Компоненты	%, Вес
1	2	3
1	Метан	96,57
2	Этан	1,59
3	Пропан	0,21
4	н-бутан	0,06
5	и-бутан	0,08
6	н-пентан	0,03

7	и-пентан	0,05
8	гексан	0,03
9	N 2	0,21
10	CO 2	1,16
11	O 2	0,01
12	Итого:	100
13	Плотность	0,700 кг/м3
14	H 2 S	10,1308 г/м3

Присутствие в этом газе H2S до 10,1308 г/м3 приводит к коррозии транспортной системы и технологического оборудования, снижает эффективность транспортных процессов и качество транспортируемой продукции.

Поэтому извлечение H 2 S из этих газов имеет большое значение.

Процесс очистки газов от сероводорода абсорбционным методом состоит из 2-х блоков - блока абсорбции и регенерации (десорбции) насыщенного раствора МЭА.

В качестве абсорбента используется 15% водный раствор моноэтаноламина (МЭА). Некоторые свойства 15% водного раствора МЭА приведены ниже.

-Плотность, кмоль/м32,5

-Температура кипения, 0С118

-Температура замерзания, 0С-5

-Вязкость при 400C, 103 Па • с1,0

-Давление паров при -400С, кПа7,4

Принципиальная технологическая схема предлагаемого устройства для очистки газов абсорбцией приведена на рисунке 1. Для очистки от сероводорода сухой газ, содержащий H2S, полученный в секции абсорбции и фракционирования газа с линией I при давлении P = 1,1 ÷ 1,4 МПа, поступает в поглотитель 1 при температуре t = 400C. Для удаления H2S из газа 15%-ный водный раствор моноэтаноламина из емкости 3 подается в верхнюю часть абсорбера с помощью линейного насоса Н-1/1,2. В абсорбере очищенный газ проходит через сепаратор 2 и отделяется из частиц моноэтаноламина, которые приводит с собой, и транспортируется по линии II на завод Этилен-Полиэтилена ПО «Азеркимья» для дальнейшей переработки. Насыщенный сероводородом раствор моноэтаноламина из абсорбера 1 подают в линию 4 по линии IV. Насыщенный сероводородом раствор МЭА перекачивается через насос Н-2/1,2 в межтрубную зону нагревателей 7 для регенерации, где он нагревается до 900С и затем поступает в линию VII через десорбер 8.

Температура в нижней части десорбера составляет 1200C, а в верхней - 1100C. Тепло нижней части десорбера 8 подводится водяным паром под давлением 1,0 МПа через испаритель 9. Сероводород и водяной пар из верха колонны конденсируются в конденсаторах-охладителях воздуха 10 и охлаждаются в сепараторах 11, затем охлаждаются в водоохладителях 12 и поступают в емкость 13. Отделенная газовая фаза (H2S) подается в горелку, а жидкая фаза по линии X насосом Н-4/1,2 подается в верхнюю часть десорбера. Раствор моноэтаноламина, регенерированный из десорбера 8, насосом Н-3/1,2 подается в зону трубопроводов теплообменников 7 по VIII линии. Здесь он охлаждается до 620C, поступает в водяной охладитель 6 и охлаждается до 400C, оттуда подаётся в емкость 3.

В процессе очистки газов от сероводорода для поддержания необходимой концентрации циркулирующего раствора МЭА в систему периодически по линии V добавляют свежий раствор МЭА. Проведены технологические расчеты по определению характеристик и режимов работы основных устройств абсорбционных и десорбционных процессов. В расчете предполагалось, что количество сухого газа составляет 11000 нм3/ч.

Рисунок. 1. Принципиальная технологическая схема установки очистки водорода и сухого газа H 2 S.

1-абсорбер; 2,9,11-сепараторы; 3-ёмкость для регенерированных (чистых) МЭА; 4-ёмкость для насыщенных растворов МЭА; 5-дренажная емкость; 6,12-охладители для воды; 7-теплообменник; 8-десорбер; 9-испаритель; 10-воздушный охладитель; 13-емкость;

I-сухой газ; II-очищенный сухой газ; III-абсорбент (15% водный раствор МЭА); IV-насыщенный раствор МЭА; V-свежеприготовленный 15% раствор МЭА; VI-регенерированный раствор МЭА; IX-парогазовая фаза; X-десорбер орошения; XI-емкость отвода жидкости, разделенной в сепараторах; XII- емкость жидкость.

Сводные данные технологических отчетов приведены в таблицах 2, 3 и 4

ниже.

Устройства колонного типа

Сепараторы

Таблица 2

Название	Условия работы					к о я О У св Н О о m	о К 2 « 2 св 2 ч g	н я о я Н & а я о ^	н я я я я	2 й 1 я & о 2 Я ^   К
	Высота местопо ложения	t, 0 C	P (абс), MПa	Расход, т/ч
				жидкий	пар
Поглотитель газа	Вверх вниз	40 45	1,3 1,3	-15,2	11,3 -	18,8	1,2	21	С клапаном однопоточ ный	0,6
Десорбер для регенерации раствора МЭА	Вверх вниз	110 120	0,2 0,2	- 10	0,44 -	18,8	1,2	21	С клапаном однопоточ ный	0,6

Таблица 3

Название	Среда	Расхо д, т/ч	Условия работы		Основные размеры			Время нахождени я газа в сепараторе, мин.
			t, 0 C	P (aбс), MПa	Объём, м 3	Диаметр, м	Высота, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Газосепаратор	Очищенный газ	11,32 4	40	1,3	4,0	1,2	4,4	0,22
Сепаратор высокосернист ого газа	Высокосерн истые газы	0,184	40	атм	6	1,2	5,2	0,22

Таблица 4

Обогреватели и холодильники

Название	Направле ние потока	Среда	Расход, кг/ч	Температур а		Тепловая нагрузка ккал / ч	Коэффици ент теплопере дачи (К), ккал/м2час 0 C	Площадь поверхности, (F), м2
				Вход	Выход
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Теплообменник насыщенного раствора МЭБ	участок трубы межтруб ный участок	Регенериров анный раствор МЭА насыщенный раствор МЭА	10000 10182	120 40	67 90	534665	200	41x2=82
Водоохладитель регенерированн ого раствора МЭА	участок трубы межтруб ный участок	Вода Регенериров анный раствор МЭА	29000 10000	29 67	40 35	320000	150	101x2=202
Конденсат водяного пара и водохохладите ль смеси H 2 S	участок трубы межтруб ный участок	Вода сероводород	153,5 184	29 40	35 35	921	50	3,5
Охладитель конденсатора воздуха	участок трубы	Водяной пар сероводород	445 184,096	110	40	150000	6,8	848

Применение этого устройства снизит количество сероводорода в газе до 0,001%.

Выводы:

• -    Присутствие сероводорода в газах вызывает коррозию оборудования и трубопроводов, с одной стороны, и загрязнение и отравление окружающей среды, с другой.

• -    Предлагается использовать процесс абсорбции для удаления сероводорода из газа.

• -    В качестве абсорбента предложен 15% водный раствор моноэтаноламина.

• -    Применение этого устройства снизит количество H 2 S в газе до количества, требуемого правилами.