Основные характеристики физических поглотителей



Поглотитель Формула Плотность, ρ420 М tкип , оС
Этиленгликоль (ЭГ) С6Н6О2 1.116 62 197
Диэтиленгликоль (ДЭГ) С4Н10О3 1.118 106 245
Триэтиленгликоль (ТЭГ) С6Н14О4 1.126 150 278
Диметиловый эфир ЭГ С4Н10О2 0.87 90 86
Монометиловый эфир ЭГ С3Н8О2 0.97 76 124
Диэтиловый эфир ДЭГ С8Н18О3 0.91 162 188
Моноэтиловый эфир ДЭГ С6Н18О3 0.99 134 203
Монобутиловый эфир ДЭГ С8Н18О3 0.96 162 -
Диметиловй эфир ТЭГ С8Н18О4 0.99 178 216
Монобутиловый эфир ЭГ С6Н14О2 0.90 118 172
Диметиловый эфир тетраэтиленгликоля С10Н22О5 1.02 222 270
Пропиленкарбонат С4Н6О3 1.20 102 238
Этиленкарбонат С3Н4О3 1.32 88 242
Сульфолан С4Н122 1.26 124 286
Морфолин C4H9NO 1.00 87 128
Диметилформамид NCOO(CH3)2 0.94 88 153
Диметилсульфоксид (CH3)2SO 1.10 78 183
N-Метилпирролидон C5H11N 1.03 85 206
Трибутилфосфат (C4H9O)3PO 0.97 266 289

Таблица 1.1.1.2.

Избирательность физических поглотителей при атмосферном давлении и температуре 25 оС

Поглотитель

Растворимость, м33

Избирательность, %

СО2 H2S C3H8 ECO2 EH2S
Глютаронитрил 2.65 11.5 1.16 2.29 9.91
Диметилформамид 4.86 38.1 3.89 1.25 9.79
Диметиловый эфир ДЭГа 4.63 - 4.68 0.99 -
Метанол 3.50 - 5.80 0.60 -
Метилметоксиацетат 3.41 - 2.34 1.46 -
Метилцианоацетат 3.22 10.7 1.34 2.40 8.2
N-Метилпирролидон 4.56 - 3.78 1.21 -
Сульфолан 2.82 - 1.22 2.31 -
Триацетин 3.54 - 3.03 1.17 -
Триметилцианогидрин 3.30 15.4 1.98 1.67 7.78
Смесь этиленкарбоната (70% масс.) и припиленкарбоната (30%) 3.07 - 0.94 3.27 -
Смесь этиленкарбоната (70% масс.) и нитрометана (30%) 3.25 - 1.14 2.85 -

 

  В таблице 1.1.1.2 избирательность показывает отношение растворимости Н2S и СО2 в поглотителе к растворимости в нем пропана.

  Влияние температуры и удельного расхода поглотителя на степень извлечения кислых компонентов из газа аналогично влиянию этих факторов на характер извлечения углеводородов из газовых смесей углеводородными абсорбентами.

  Ограничением их широкого применения (помимо стоимости) является повышенная растворимость углеводородных компонентов газа в абсорбенте, что особенно критично при очистке жирного газа. Это усложняет технологическую схему процесса, приводит к повышенному содержанию углеводородов в кислом газе. Данная группа процессов не всегда может обеспечить глубокую степень очистки.

  В качестве физических абсорбентов для очистки газов применяются различные классы соединений: алифатические спирты, эфиры гликолей, гетероциклические соединения и др.

  Имеются данные о работе установок с использование в качестве рабочего вещества следующих физических абсорбентов: метанол, N–метилпирролидон, пропиленкарбонат, диметиловый эфир ПЭГ. В промышленности наибольшее распространение получили моно- и диалкиловые эфиры полиэтиленгликолей (ПЭГ), имеющие фирменное название "Селексол" и "Сепасолв" [23, 24].

  При проектировании установки очистки основные решения относятся к выбору физического абсорбента и условий ведения процесса, определение параметров аппаратуры и технологии, обеспечивающих заданную степень очистки газа.

  Синтетические цеолиты (NaA, CaA, NaX) обладают рядом уникальных свойств, отличающих их от адсорбентов других типов, из которых для целей сероочистки первостепенное значение имеют следующие:

ярко выраженная избирательность адсорбции полярных молекул;

высокая адсорбционная емкость при повышенных температурах (до 100 °С) и малых парциальных давлениях извлекаемого компонента;

близость диаметров входных окон в полости цеолита к размерам молекул, что позволяет осуществить селективную адсорбцию.

  Сравнение данных о емкости различных адсорбентов (силикагель, активированный уголь, магниевый силикат и проч.) по отношению к сульфиду водорода и меркаптанам показывает, что наибольшей емкостью к этим компонентам обладают цеолиты. Высокая емкость цеолитов по серосодержащим компонентам обусловлена наличием сильного электр-остатического поля в адсорбционных полостях.

  Установки адсорбционной газоочистки с использованием цеолитов проектируются в 2-х, 3-х и 4-х адсорберном исполнении. Их технико – экономические показатели во многом определяются принятой схемой утилизации газов регенерации.

При проектировании основные решения относятся к выбору марки цеолита, структурной схемы установки, условий ведения процесса. Большое значение для повышения эффективности процесса имеет применение гибких схем автоматического регулирования.

 

Методы очистки газов от трудноудаляемых примесей

  Меркаптаны RSH, серооксид углерода COS, сероуглерод CS2 относятся к трудноудаляемым примесям. В процессе аминовой очистки сероорганика извлекается частично. Для полной очистки газов применяют специальные процессы - абсорбция физическими абсорбентами, адсорбция молекулярными ситами, группа жидкофазно-окислительных процессов, химические процессы и др.

  Одним из старейших окислительных процессов удаления сернистых компонентов из промышленных газов является процесс очистки гидроксидом железа Fe(OH)3. Он был введен в Великобритании в середине прошлого столетия. В основе процесса лежит реакция сернистых соединений газа с гидроксидом железа, содержащемся в поглотительной массе:

H2S + Fe (OH)3 → Fe2S3 + H2O;

RSH + Fe(OH)3 → Fe(RS)3 + H2O.

  При этом поглотительная масса теряет активность.

  На стадии регенерации через поглотительную массу продувают воздух, в результате чего сульфид железа Fe2S3 и меркаптид железа Fe(RS)3 окисляются, образуя гидроксид железа, серу и дисульфиды:

Fe2S3 + O2 → Fe(OH)3 + S↓;

Fe(RS)3 + O2 → Fe(OH)3 + R-S-S-R.

  Реакции происходят в водной среде.

  В процессе эксплуатации поглотительная масса постепенно теряет активность из-за неполной регенерации, частично разрушается и ее заменяют новой.

  Известна промышленная установка очистки природного газа от меркаптанов оксидом железа на древесной стружке, построенная в США в 1963 г. Мощнсть ее по газу 850 тыс. м3/сут. Расчетный срок службы очистной массы – 170 дн.

  Жидкофазно-окислительные методы очистки. Суть группы жидкофазно-окислительных процессов заключается в поглощении сероводорода раствором какого-либо окислителя с образованием элементарной серы и последующей регенерацией раствора кислородом воздуха. Область применения этих процессов обычно ограничивается очисткой малосернистых газов и газов малых месторождений с небольшим количеством получаемой серы (до 5-10 т в сутки). Степень извлечения сероводорода во всех окислительных процессах составляет более 98% [25]. В этих процессах сера получается в мелкодисперсной форме со средним размером частиц 5-10 мк. Для выделения дисперсной серы из раствора применяют гравитационное осаждение, фильтрацию на фильтре или центрифуге. Для получения товарного продукта применяют также автоклавную плавку дисперсной серы.

  Существует множество разновидностей жидкофазно-окислительных процессов: поташный метод, мышьяково-содовый процесс, очистка с применением гидрооксида железа, хелатного комплекса железа и др. Основное отличие процессов этой группы в природе применяемого окислителя.

   Сущность процесса низкотемпературной масляной абсорбции заключается в промывке газа, предварительно очищенного от сероводорода и диоксида углерода, потоком углеводородного конденсата. При этом газ очищается от меркаптанов и тяжелых углеводородов, которые переходят в конденсат. В качестве абсорбента используется фракция 130-КК углеводородного конденсата. В процессе очистки меркаптаны (RSH) и серооксид углерода (COS) переходят в пропан – бутановую фракцию, которая затем отделяется от конденсата и подвергается щелочной очистке на отдельной установке.

   Низкотемпературная конденсация.Для реализации данного метода газ должен быть предварительно очищен от H2S, CO2 и влаги. Суть метода заключается в том, что весь газ охлаждается до минус 100°С и переводится в жидкое состояние. Затем низкотемпературной ректификацией из конденсата выделяют пропан - бутановую фракцию (ПБФ) вместе с RSH и COS. Очистку ПБФ осуществляют на специальной установке.

  Метод НТК по эксплуатационным затратам приблизительно на 20% дешевле, чем метод НТМА. Кроме того, возможно получение этановой фракции в качестве товарного продукта.

   Щелочная очистка газа. Очистка газов от RSH щелочными растворами, в частности NaOH, является одним из первых процессов, примененных для этих целей. В основе способа лежит химическая реакция меркаптанов, имеющих характер слабых кислот, со щелочью.

RSH + NaOH ↔ RSNa + H2O.

  Реакция обратима и при повышении температуры равновесие сдвигается, что позволяет регенерировать щелочь и использовать ее повторно.

  Присутствие в газе, кроме RSH, CO2 и H2S приводит к тому, что абсорбция RSH существенно уменьшается. Это происходит из-за того, что CO2 и H2S, являясь более сильными кислотами, чем RSH, вытесняют меркаптаны из их соединений с NaОН. Кроме того уменьшается концентрация свободной щелочи в растворе за счет ее взаимодействия с H2S и СО2 и образования нерегенерируемых NaHS, NaHCO3, Na2CO3. Поэтому щелочная очистка рекомендуется для очистки от RSH природных газов, содержащих не более 0,1-0,2% СО2. В противном случае применяется двухступенчатая очистка:  на первой - очистка газа от H2S и СО2 аминами, на второй - очистка газа от RSH щелочью.

   Безрегенерационные методы очистки газа от сероводорода. Суть этой группы процессов очистки газа заключается в связывании сероводорода или сероорганических соединений при помощи жидких или твердых поглотителей, которые в дальнейшем не подвергаются регенерации.

   Данные процессы целесообразно использовать для месторождений с суточным количеством извлекаемого сероводорода менее 50 кг и концентрацией сернистых соединений до 100 ррм. Необходимым условием применения таких процессов является безопасность с точки зрения токсичности продукта, получаемого при нейтрализации сероводорода.

  Наиболее распространенные реагенты, применяемые в безрегенерацион-ных методах очистки газа от сероводорода, - это водная взвесь или твердая масса гидроокиси железа, нитрит натрия, гипохлорит, окись цинка, нерегенерируемый амин - триазин и др. [26].

  Очистка газа раствором нитрита основана на реакции солей азотистой кислоты с ионами сульфида в водной среде:

NO2- + 3H2S → 3S + NH3 + OH- + H2O.

  Реакция нитрита и сероводорода на начальной стадии протекает с невысокой скоростью, но после определенного индукционного периода, связанного, очевидно, с накоплением в растворе политионатов, протекает достаточно эффективно. Извесно применение нитрита на малых установках по очистке газа за рубежом, причем сообщается о возможности сброса отработанного раствора без нанесения ущерба окружающей среде.

  Наибольшее распространение получили поглотители на основе соединений железа [14]. В США используется как взвесь, так и твердый поглотитель на основе окислов Fe3O4, Fe2O3, известный под названием Салфатрит. Сорбент содержит небольшое количество влаги для ускорения сорбции сероводорода. Отработанный поглотитель смывается водой и вывозится с установки . Аналогичный поглотитель выпускает фирма ICI Chemicals – PURASPEC.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 360;