Purificação de gás amina a partir de sulfeto de hidrogênio: princípio, opções eficazes e diagramas de planta

O gás natural extraído dos campos para entrega aos consumidores por meio de gasodutos contém compostos de enxofre em diferentes proporções.Se você não se livrar deles, substâncias agressivas destruirão a tubulação e inutilizarão as conexões. Além disso, quando o combustível azul contaminado é queimado, são liberadas toxinas.

Para evitar consequências negativas, é realizada a purificação do gás amina a partir do sulfeto de hidrogênio. Esta é a maneira mais simples e barata de separar componentes nocivos dos combustíveis fósseis. Contaremos como ocorre o processo de separação das inclusões de enxofre, como a planta de purificação é projetada e opera.

Objetivo da limpeza de combustíveis fósseis

O gás é o tipo de combustível mais popular. Atrai com o preço mais acessível e causando menos danos à situação ambiental. As vantagens inegáveis ​​​​incluem a facilidade de controle do processo de combustão e a capacidade de proteger todas as etapas do processamento do combustível durante a produção de energia térmica.

Porém, o mineral gasoso natural não é extraído em sua forma pura, pois Simultaneamente à extração do gás, os compostos orgânicos associados são bombeados para fora do poço. O mais comum deles é o sulfeto de hidrogênio, cujo teor varia de décimos a dez por cento ou mais, dependendo do depósito.

O sulfeto de hidrogênio é venenoso, perigoso para o meio ambiente e prejudicial aos catalisadores usados ​​no processamento de gás. Como já observamos, este composto orgânico é extremamente agressivo para tubos de aço e válvulas metálicas.

Naturalmente, corroer o sistema privado e gasoduto principal, o sulfeto de hidrogênio leva a vazamentos de combustível azul e a situações extremamente negativas e de risco associadas a esse fato. Para proteger o consumidor, os compostos prejudiciais à saúde são removidos do combustível gasoso antes de este ser entregue ao gasoduto.

De acordo com as normas, os compostos de sulfeto de hidrogênio no gás transportado por tubulações não podem ultrapassar 0,02 g/m³. No entanto, na verdade, existem muito mais deles. Para atingir o valor regulamentado pelo GOST 5542-2014, é necessária limpeza.

Métodos existentes para separação de sulfeto de hidrogênio

Além do sulfeto de hidrogênio, que predomina entre outras impurezas, o combustível azul também pode conter outros compostos nocivos. Dióxido de carbono, mercaptanos leves e sulfeto de carbono podem ser encontrados nele. Mas o próprio sulfeto de hidrogênio sempre predominará.

É importante notar que algum teor insignificante de compostos de enxofre no combustível gasoso purificado é aceitável. O valor de tolerância específico depende dos fins para os quais o gás é produzido.Por exemplo, para produzir óxido de etileno, o teor total de impurezas de enxofre deve ser inferior a 0,0001 mg/m³.

O método de limpeza é escolhido com base no resultado desejado.

Todos os métodos existentes atualmente estão divididos em dois grupos:

• Sortivo. Envolvem a absorção de compostos de sulfeto de hidrogênio por um reagente sólido (adsorção) ou líquido (absorção) com posterior liberação de enxofre ou seus derivados. Após o qual as impurezas nocivas separadas do gás são eliminadas ou processadas.
• Catalítico. Consistem na oxidação ou redução do sulfeto de hidrogênio, convertendo-o em enxofre elementar. O processo é realizado na presença de catalisadores - substâncias que estimulam o curso de uma reação química.

A adsorção envolve a coleta de sulfeto de hidrogênio, concentrando-o na superfície de um sólido. Na maioria das vezes, materiais granulares à base de carvão ativado ou óxido de ferro são usados ​​no processo de adsorção. A grande área superficial específica característica dos grãos contribui para a retenção máxima das moléculas de enxofre.

Todos os métodos de purificação de combustível azul são divididos em sorção e catalítico. O equipamento de limpeza está focado no princípio de funcionamento de uma determinada tecnologia. Porém, existem instalações que combinam vários métodos, resultando em uma limpeza abrangente.

A tecnologia de absorção difere porque as impurezas gasosas de sulfeto de hidrogênio são dissolvidas na substância líquida ativa. Como resultado, os poluentes gasosos passam para a fase líquida. Em seguida, os componentes nocivos isolados são removidos por remoção, caso contrário, por dessorção, por este método são eliminados do líquido reativo.

Apesar de a tecnologia de adsorção se referir a “processos secos” e permitir a purificação fina do combustível azul, a absorção é mais frequentemente utilizada para remover contaminantes do gás natural. A coleta e eliminação de compostos de sulfeto de hidrogênio usando absorventes líquidos é mais lucrativa e conveniente.

O tipo de adsorvente mais popular é o carvão ativado, utilizado na forma de cápsulas ou grãos. A superfície de cada elemento “absorve” sulfeto de hidrogênio e outras inclusões orgânicas

Os métodos de absorção utilizados na purificação de gases são divididos nos três grupos a seguir:

• Químico. Fabricado com solventes que reagem prontamente com poluentes ácidos de sulfeto de hidrogênio. Etanolaminas ou alcanolaminas têm a maior capacidade de absorção entre os sorventes químicos.
• Físico. Eles são realizados dissolvendo fisicamente o gás sulfeto de hidrogênio em um absorvedor de líquido. Além disso, quanto maior a pressão parcial do poluente gasoso, mais rápido ocorre o processo de dissolução. Metanol, carbonato de propileno, etc. são usados ​​​​aqui como absorventes.
• Combinado. Na versão mista da extração com sulfeto de hidrogênio, ambas as tecnologias estão envolvidas. O trabalho principal é feito por absorção e a purificação fina é realizada por adsorventes.

Por meio século, a tecnologia mais popular e popular para separar e remover sulfeto de hidrogênio e ácido carbônico de combustíveis naturais tem sido a purificação química de gases usando um sorvente de amina usado na forma de uma solução aquosa.

Os métodos de sorção para purificação de combustíveis naturais baseiam-se na capacidade de substâncias sólidas e líquidas reagirem com sulfeto de hidrogênio e outras impurezas orgânicas, liberando-as da composição do gás.

A tecnologia de amina é mais adequada para processar grandes volumes de gás porque:

• Não falta. Os reagentes sempre podem ser adquiridos na quantidade necessária para a limpeza.
• Absorção aceitável. As aminas são caracterizadas por alta capacidade de absorção. De todas as substâncias utilizadas, apenas elas são capazes de remover 99,9% do sulfeto de hidrogênio do gás.
• Características prioritárias. As soluções aquosas de amina são caracterizadas pela viscosidade, densidade de vapor, estabilidade térmica e química e baixa capacidade térmica mais aceitáveis. Suas características garantem o melhor andamento do processo de absorção.
• Nenhuma toxicidade de substâncias reativas. Este é um argumento importante que convence a recorrer ao método da amina.
• Seletividade. Qualidade necessária para absorção seletiva. Ele fornece a capacidade de realizar sequencialmente as reações necessárias na ordem exigida para o resultado ideal.

As etanolaminas usadas em métodos químicos para purificar gás a partir de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono incluem monoetanolaminas (MEA), dietanolaminas (DEA) e trietanolaminas (TEA). Além disso, substâncias com os prefixos mono- e di- são removidas do gás e H₂S e CO₂. Mas a terceira opção ajuda a remover apenas o sulfeto de hidrogênio.

Ao realizar a limpeza seletiva do combustível azul, são utilizadas metildietanolaminas (MDEA), diglicolaminas (DGA) e diisopropanolaminas (DIPA). Os absorventes seletivos são usados ​​principalmente no exterior.

Naturalmente, absorventes ideais que satisfazem todos os requisitos de limpeza antes da entrega ao sistema aquecimento a gás e o fornecimento de outros equipamentos ainda não existe. Cada solvente tem algumas vantagens e desvantagens. Ao escolher uma substância reativa, basta determinar a mais adequada dentre as diversas propostas.

Princípio de funcionamento de uma instalação típica

Capacidade máxima de absorção em relação ao H₂S é caracterizado por uma solução de monoetanolamina. No entanto, este reagente tem algumas desvantagens significativas. É caracterizado por uma pressão bastante alta e pela capacidade de criar compostos irreversíveis com sulfeto de carbono durante a operação da unidade de purificação de gás amina.

A primeira desvantagem é eliminada pela lavagem, em que os vapores de amina são parcialmente absorvidos. O segundo raramente é encontrado durante o processamento de gases de campo.

A concentração de uma solução aquosa de monoetanolamina é selecionada experimentalmente e, com base nas pesquisas realizadas, é utilizada para purificar gases de um campo específico. A seleção da porcentagem do reagente leva em consideração sua capacidade de resistir aos efeitos agressivos do sulfeto de hidrogênio nos componentes metálicos do sistema.

Os conteúdos absorventes típicos estão normalmente na faixa de 15 a 20%. No entanto, muitas vezes acontece que a concentração é aumentada para 30% ou reduzida para 10%, dependendo de quão alto deve ser o grau de purificação. Aqueles. para que finalidade, no aquecimento ou na produção de compostos poliméricos, o gás será utilizado.

Observe que com o aumento da concentração de compostos de amina, o potencial corrosivo do sulfeto de hidrogênio diminui. Mas devemos levar em conta que neste caso o consumo do reagente aumenta. Consequentemente, o custo do gás comercial purificado aumenta.

A unidade principal da planta de purificação é um absorvedor do tipo placa ou montado. Este é um aparelho orientado verticalmente, com aparência semelhante a um tubo de ensaio, com bicos ou placas localizadas em seu interior. Na sua parte inferior existe uma entrada para fornecimento de mistura de gases não purificados, na parte superior existe uma saída para o purificador.

Se o gás a ser purificado na instalação estiver sob pressão suficiente para que o reagente passe para o trocador de calor e depois para a coluna de extração, o processo ocorre sem a participação de uma bomba.Se a pressão for muito baixa para o processo prosseguir, a tecnologia de bombeamento estimula a vazão

O fluxo de gás, após passar pelo separador de entrada, é forçado para a seção inferior do absorvedor. Em seguida, passa por placas ou bicos localizados no meio do corpo, nos quais os contaminantes são depositados. Os bicos, completamente umedecidos com a solução de amina, são separados uns dos outros por grades para distribuição uniforme do reagente.

Em seguida, o combustível azul, livre de contaminantes, é enviado para o purificador. Este dispositivo pode ser conectado no circuito de processamento após o absorvedor ou localizado em sua parte superior.

A solução gasta flui pelas paredes do absorvedor e é enviada para uma coluna de stripping - um stripper com caldeira. Lá, a solução é limpa dos contaminantes absorvidos pelos vapores liberados quando a água é fervida para ser devolvida à instalação.

Regenerado, ou seja, livre de compostos de sulfeto de hidrogênio, a solução flui para o trocador de calor. Nele, o líquido é resfriado no processo de transferência de calor para a próxima porção da solução contaminada, após o que é bombeado para a geladeira para resfriamento completo e condensação do vapor.

A solução absorvente resfriada é realimentada no absorvedor. É assim que o reagente circula pela instalação. Seus vapores também são resfriados e limpos de impurezas ácidas, após o que reabastecem o suprimento de reagentes.

Na maioria das vezes, esquemas com monoetanolamina e dietanolamina são usados ​​na purificação de gases. Esses reagentes permitem extrair não apenas o sulfeto de hidrogênio, mas também o dióxido de carbono do combustível azul.

Se for necessário remover simultaneamente o CO do gás que está sendo processado₂ e H₂S, é realizada uma limpeza em duas etapas.Consiste na utilização de duas soluções que diferem em concentração. Esta opção é mais econômica do que a limpeza em uma etapa.

Primeiro, o combustível gasoso é limpo com uma composição forte contendo um reagente de 25 a 35%. Em seguida, o gás é tratado com uma solução aquosa fraca, na qual a substância ativa é de apenas 5 a 12%. Como resultado, tanto a limpeza grossa quanto a fina são realizadas com consumo mínimo de solução e uso razoável do calor gerado.

Quatro opções de limpeza com alconolamina

Alconolaminas ou aminoálcoois são substâncias que contêm não apenas um grupo amina, mas também um grupo hidroxila.

Os projetos de instalações e tecnologias de purificação de gás natural com alcanolaminas diferem principalmente na forma de fornecimento da substância absorvente. Na maioria das vezes, quatro métodos principais são usados ​​na limpeza de gases usando este tipo de aminas.

Primeira maneira. Predetermina o fornecimento da solução ativa em um fluxo de cima. Todo o volume do absorvente é direcionado para a placa superior da instalação. O processo de limpeza ocorre a uma temperatura ambiente não superior a 40ºС.

O método de limpeza mais simples envolve o fornecimento da solução ativa em um fluxo. Esta técnica é usada se a quantidade de impurezas no gás for insignificante

Esta técnica é geralmente usada para contaminação menor com compostos de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. O efeito térmico total para a produção de gás comercial é, em regra, baixo.

Segunda via. Esta opção de limpeza é utilizada quando há alto teor de compostos de sulfeto de hidrogênio no combustível gasoso.

Neste caso, a solução reagente é fornecida em duas correntes. O primeiro, com volume aproximado de 65-75% da massa total, é enviado para o meio da instalação, o segundo é fornecido por cima.

A solução de amina flui pelas bandejas e encontra os fluxos ascendentes de gás, que são forçados para a bandeja inferior da unidade absorvente. Antes do fornecimento, a solução é aquecida a não mais que 40ºC, mas durante a interação do gás com a amina a temperatura aumenta significativamente.

Para evitar que a eficiência da limpeza diminua devido ao aumento da temperatura, o excesso de calor é removido junto com a solução residual saturada com sulfeto de hidrogênio. E no topo da instalação, o fluxo é resfriado para extrair os demais componentes ácidos junto com o condensado.

O segundo e o terceiro dos métodos descritos predeterminam o fornecimento da solução absorvente em duas correntes. No primeiro caso, o reagente é fornecido à mesma temperatura, no segundo - a uma temperatura diferente.

Este é um método econômico que reduz o consumo de energia e solução ativa. O aquecimento adicional não é realizado em nenhuma fase. Em sua essência tecnológica, trata-se de uma purificação em dois níveis, que permite preparar gás comercial para abastecimento ao gasoduto com perdas mínimas.

Terceira via. Envolve fornecer o absorvedor à instalação de limpeza em dois fluxos de temperaturas diferentes. O método é utilizado se, além do sulfeto de hidrogênio e do dióxido de carbono, o gás bruto também contiver CS₂e COS.

A parte predominante do absorvedor, aproximadamente 70-75%, aquece até 60-70ºС, e o restante apenas até 40ºС. Os fluxos são alimentados no absorvedor da mesma forma que no caso descrito acima: de cima para o meio.

A formação de uma zona de alta temperatura permite remover de forma rápida e eficiente os contaminantes orgânicos da massa de gás no fundo da coluna de limpeza. E no topo, o dióxido de carbono e o sulfeto de hidrogênio são precipitados por uma amina à temperatura padrão.

Quarto método. Esta tecnologia predetermina o fornecimento de uma solução aquosa de amina em duas correntes com diferentes graus de regeneração. Ou seja, um é fornecido na forma não refinada, contendo inclusões de sulfeto de hidrogênio, o segundo - sem elas.

O primeiro fluxo não pode ser considerado completamente poluído. Contém apenas parcialmente componentes ácidos, pois alguns deles são removidos durante o resfriamento a +50º/+60ºC no trocador de calor. Este fluxo de solução é retirado do bocal stripper inferior, resfriado e direcionado para a parte central da coluna.

Se houver um teor significativo de componentes de sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono no combustível gasoso, a limpeza é realizada com dois fluxos de solução com diferentes graus de regeneração

Somente a parte da solução que é bombeada para o setor superior da instalação é submetida a uma limpeza profunda. A temperatura deste fluxo geralmente não ultrapassa 50ºС. Aqui é realizada a limpeza fina do combustível gasoso. Este esquema permite reduzir custos em pelo menos 10%, reduzindo o consumo de vapor.

Fica claro que o método de limpeza é escolhido com base na presença de contaminantes orgânicos e na viabilidade econômica. Em qualquer caso, a variedade de tecnologias permite escolher a melhor opção. Na mesma estação de tratamento de gases de amina é possível variar o grau de purificação, obtendo combustível azul com o necessário para o trabalho caldeiras a gás, fogões, características de aquecedores.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo a seguir apresentará as especificidades da extração de sulfeto de hidrogênio do gás associado produzido junto com o petróleo por um poço de petróleo:

O vídeo apresentará a instalação de purificação de combustível azul a partir de sulfeto de hidrogênio para produzir enxofre elementar para processamento posterior:

O autor deste vídeo explicará como se livrar do sulfeto de hidrogênio do biogás em casa:

A escolha do método de purificação do gás visa, antes de tudo, a solução de um problema específico. O artista tem duas opções: seguir um esquema comprovado ou preferir algo novo. Contudo, a principal diretriz ainda deve ser a viabilidade econômica, mantendo a qualidade e obtendo o grau de processamento exigido.