化石燃料の浄化の目的
ガスは最も人気のある種類の燃料です。それは最も手頃な価格で引き付けられ、環境へのダメージを最小限に抑えます。紛れもない利点には、燃焼プロセスの制御が容易であり、熱エネルギーを取得する過程で燃料処理のすべての段階を確保できることが含まれます。
しかし、天然のガス状化石は純粋な形で採掘されていません。関連する有機化合物は、坑井からのガスの抽出と同時に排出されます。それらの最も一般的なものは硫化水素であり、その含有量は堆積物に応じて10分の1から10パーセント以上まで変化します。
硫化水素は有毒で、環境に有害であり、ガス処理に使用される触媒に有害です。すでに述べたように、この有機化合物は鋼管や金属バルブに対して非常に攻撃的です。
当然のことながら、プライベートシステムとメインガスパイプラインを腐食で腐食させると、硫化水素は青い燃料の漏れと、この事実に関連する非常にネガティブで危険な状況につながります。消費者を保護するために、健康に有害な化合物は、高速道路に運ばれる前であっても、ガス燃料の組成から除去されます。
パイプを介して輸送されるガス中の硫化水素化合物の基準によると、0.02g/m³を超えることはできません。ただし、実際には、それらの数ははるかに多くなります。 GOST 5542-2014で規制されている値を達成するには、クリーニングが必要です。
アルコノールアミンで洗浄するための4つのオプション
アルカノールアミンまたはアミノアルコールは、アミン基だけでなく、ヒドロキシ基も含む物質です。
アルカノールアミンで天然ガスを精製するための設備と技術の設計は、主に吸収剤の供給方法が異なります。ほとんどの場合、このタイプのアミンを使用したガス洗浄では、4つの主要な方法が使用されます。
最初の方法。上から1つのストリームでアクティブなソリューションの供給を事前に決定します。吸収剤の全量がユニットのトッププレートに送られます。洗浄プロセスは、40ºС以下のバックグラウンド温度で行われます。
最も簡単な洗浄方法は、1つの流れで活性溶液を供給することです。この手法は、ガスに少量の不純物がある場合に使用されます
この手法は通常、硫化水素化合物と二酸化炭素によるわずかな汚染に使用されます。この場合、商用ガスを得るための総熱効果は、原則として低いです。
2番目の方法。この洗浄オプションは、ガス燃料中の硫化水素化合物の含有量が多い場合に使用されます。
この場合の反応性溶液は2つの流れに供給されます。 1つ目は、総質量の約65〜75％の体積で、設置の中央に送られ、2つ目は上から送られます。
アミン溶液はトレイを流れ落ち、上昇するガスの流れに出会う。ガスの流れは、吸収装置の下部のトレイに押し出される。サーブする前に、溶液は40ºС以下に加熱されますが、ガスとアミンの相互作用の間に、温度は大幅に上昇します。
温度上昇により洗浄効率が低下しないように、硫化水素で飽和した廃液と一緒に余分な熱を取り除きます。そして、設備の上部では、凝縮液とともに残りの酸性成分を抽出するために、流れが冷却されます。
説明した方法の2番目と3番目は、2つの流れでの吸収剤溶液の供給を事前に決定します。最初のケースでは、試薬は同じ温度で提供され、2番目のケースでは異なる温度で提供されます。
これは、エネルギーとアクティブソリューションの両方の消費を削減するための経済的な方法です。追加の加熱はどの段階でも実行されません。技術的には、これは2レベルの精製であり、パイプラインに供給するための市場性のあるガスを最小の損失で準備する機会を提供します。
第三の道。これには、異なる温度の2つのストリームでの洗浄プラントへの吸収装置の供給が含まれます。この手法は、硫化水素と二酸化炭素に加えて、原料ガスにCSが含まれている場合に適用されます。2、およびCOS。
吸収体の大部分である約70-75％は60-70ºСに加熱され、残りのシェアはわずか40ºСまでです。ストリームは、上記の場合と同じ方法でアブソーバーに供給されます。上から中央に送られます。
高温のゾーンを形成することにより、精製カラムの底にあるガス塊から有機汚染物質を迅速かつ効率的に抽出することが可能になります。そして上部には、標準温度のアミンによって二酸化炭素と硫化水素が沈殿します。
4番目の方法。この技術は、再生の程度が異なる2つの流れでアミンの水溶液を供給することを事前に決定します。つまり、1つは未精製の形で供給され、硫化水素含有物が含まれ、もう1つは含まれていません。
最初のストリームは完全に汚染されているとは言えません。熱交換器で+50º/+60ºСに冷却する際に一部が除去されるため、酸性成分は部分的にしか含まれていません。この溶液の流れは、脱着器の下部ノズルから取り出され、冷却されて、カラムの中央部分に送られます。
ガス燃料には硫化水素と二酸化炭素の成分がかなり含まれているため、再生の程度が異なる2つの溶液の流れで洗浄が行われます。
ディープクリーニングは、溶液のその部分のみを通過させ、それは設備の上部セクターに注入されます。このストリームの温度は通常50ºСを超えません。ここではガス燃料の微洗浄が行われます。このスキームでは、蒸気消費量を削減することにより、コストを少なくとも10％削減できます。
有機汚染物質の存在と経済的実現可能性に基づいて洗浄方法が選択されていることは明らかです。いずれにせよ、さまざまなテクノロジーにより、最適なオプションを選択できます。同じアミンガス処理プラントで、精製の程度を変えることができ、ガスボイラー、ストーブ、ヒーターの操作に必要な特性を備えた青い燃料を得ることができます。
既存のインストール
現在、主な硫黄生産者は、ガス処理プラント（GPP）、石油精製所（OR）、石油化学コンプレックス（OGCC）です。これらの企業の硫黄は、高硫黄炭化水素原料のアミン処理中に生成される酸性ガスから生成されます。ガス状硫黄の大部分は、よく知られているクラウス法によって生成されます。
硫黄製造プラント。 Orsk製油所
表1〜3に示されているデータから、硫黄を生産するロシアの企業によって今日どのような種類の商業用硫黄が生産されているかがわかります。
表1-硫黄を生産するロシアの製油所
表2-硫黄を生成するロシアの石油およびガス化学複合体
表3-硫黄を生産するロシアのガス処理プラント
典型的な設置の動作原理
Hに関する最大吸収能力2Sはモノエタノールアミンの溶液によって特徴付けられます。ただし、この試薬にはいくつかの重大な欠点があります。それは、かなり高い圧力と、アミンガス処理プラントの運転中に硫化炭素で不可逆的な化合物を生成する能力によって区別されます。
最初のマイナスは洗浄によって除去され、その結果、アミン蒸気が部分的に吸収されます。 2つ目は、フィールドガスの処理中にはめったに発生しません。
モノエタノールアミンの水溶液の濃度は経験的に選択され、実施された研究に基づいて、特定の分野からのガス精製に受け入れられています。試薬の割合を選択する際には、システムの金属成分に対する硫化水素の攻撃的な影響に耐える能力が考慮されます。
吸収剤の標準含有量は通常15から20％の範囲です。ただし、精製度の高さに応じて、濃度を30％に上げたり、10％に下げたりすることがよくあります。それらの。どのような目的で、加熱またはポリマー化合物の製造において、ガスが使用されます。
アミン化合物の濃度が高くなると、硫化水素の腐食性が低下することに注意してください。ただし、この場合、試薬の消費量が増えることを考慮に入れる必要があります。その結果、精製された商用ガスのコストが増加します。
洗浄プラントの本体は、板状またはマウント型のアブソーバーです。これは垂直に向けられており、外部は試験管に似ており、内部にノズルまたはプレートを備えた装置です。その下部には未処理の混合ガスを供給するための入口があり、上部にはスクラバーへの出口があります。
プラントで精製されるガスが、試薬が熱交換器に通過し、次にストリッピングカラムに通過するのに十分な圧力下にある場合、プロセスはポンプの関与なしに発生します。プロセスの流れに対して圧力が十分でない場合、流出はポンプ技術によって刺激されます
入口分離器を通過した後のガス流は、吸収器の下部に注入されます。次に、体の中央にあるプレートまたはノズルを通過し、その上に汚染物質が沈殿します。アミン溶液で完全に湿らせたノズルは、試薬を均一に分散させるために格子によって互いに分離されています。
さらに、汚染から浄化された青い燃料はスクラバーに送られます。このデバイスは、アブソーバーの後の処理回路に接続することも、その上部に配置することもできます。
使用済みの溶液は吸収装置の壁を流れ落ち、ストリッピングカラム（ボイラー付きの脱着装置）に送られます。そこでは、水を沸騰させて設備に戻すときに放出される蒸気で、吸収された汚染物質が溶液から除去されます。
再生、つまり硫化水素化合物を取り除くと、溶液は熱交換器に流れ込みます。その中で、液体は汚染された溶液の次の部分に熱を伝達する過程で冷却され、その後、完全な冷却と蒸気凝縮のためにポンプによって冷蔵庫にポンプで送られます。
冷却された吸収液は吸収体にフィードバックされます。これは、試薬が植物を循環する方法です。その蒸気も冷却され、酸性不純物が除去された後、試薬の供給が補充されます。
ほとんどの場合、モノエタノールアミンとジエタノールアミンを使用したスキームがガス精製に使用されます。これらの試薬は、硫化水素だけでなく二酸化炭素も青い燃料の組成から抽出することを可能にします
処理ガスからCOを同時に除去する必要がある場合2 およびH2S、2段階の洗浄が行われます。これは、濃度が異なる2つの溶液を使用することで構成されています。このオプションは、単段洗浄よりも経済的です。
最初に、ガス燃料は、試薬含有量が25〜35％の強力な組成で洗浄されます。次に、ガスは、活性物質がわずか5〜12％である弱い水溶液で処理されます。その結果、溶液の消費を最小限に抑え、発生した熱を適切に使用して、粗い洗浄と細かい洗浄の両方が実行されます。
テクノロジーシステム
再生吸収剤による酸性ガス処理のための典型的なプロセス装置の概略図
アブソーバー
精製のために供給された酸性ガスは、吸収装置の下部に入ります。この装置には通常、20〜24枚のトレイが含まれていますが、小規模な設置の場合は、充填カラムの場合があります。アミン水溶液は吸収体の上部に入ります。溶液がトレイを流れ落ちるとき、ガスが各トレイの液体層を通って上昇するときに、溶液は酸性ガスと接触します。ガスが容器の上部に到達すると、ほとんどすべてのH2Sと、使用する吸収剤に応じて、すべてのCO2 ガス流から除去されます。精製ガスはH含有量の仕様を満たしています2S、CO2、一般的な硫黄。
飽和アミンの分離と加熱
飽和アミン溶液は、吸収器の下部を離れ、圧力逃が弁を通過して、約4 kgf/cm2の圧力降下をもたらします。減圧後、濃縮された溶液は分離器に入り、そこで溶解した炭化水素ガスの大部分と一部の酸性ガスが放出されます。次に、溶液は熱交換器を通って流れ、高温の再生アミン流の熱によって加熱されます。
脱着器
飽和した吸収剤が装置に入り、そこで吸収剤は約0.8〜1kgf/cm2の圧力と溶液の沸点で再生されます。熱はリボイラーなどの外部ソースから供給されます。ストリッパーで気化されなかったサワーガスと炭化水素ガスは、少量の吸収剤と大量の蒸気とともにストリッパーの上部に排出されます。この蒸気の流れは、凝縮器（通常は空気冷却器）を通過して、吸収剤と水蒸気を凝縮します。
液体と気体の混合物は、一般に還流タンク（還流アキュムレータ）と呼ばれる分離器に入り、そこで酸性ガスが凝縮した液体から分離されます。分離器の液相は、還流として脱着器の上部にフィードバックされます。主にHからなるガス流2SとCO2、通常、硫黄回収ユニットに送られます。再生された溶液は、リボイラーから飽和/再生されたアミン溶液熱交換器を通って空気冷却器に流れ、次に膨張タンクに流れます。次に、高圧ポンプによってストリームが吸収器の上部にポンプで戻され、酸性ガスのスクラビングが続行されます。
ろ過システム
ほとんどの吸収システムには、溶液をろ過する手段があります。これは、飽和アミン溶液をセパレーターからパティキュレートフィルターに通し、場合によってはカーボンフィルターに通すことによって達成されます。目的は、溶液の泡立ちを防ぐために、溶液の高度な純度を維持することです。一部の吸収システムには、分解生成物を除去する手段もあります。これには、再生装置が接続されている場合に、この目的のために追加のリボイラーを維持することが含まれます。
ガス精製の膜法
現在、ガス脱硫の最も技術的に進んだ方法の1つは膜です。この精製方法では、酸性不純物を取り除くだけでなく、同時に乾燥させ、供給ガスを取り除き、不活性成分を除去することができます。膜ガス脱硫は、従来の方法では硫黄の排出を除去できない場合に使用されます。
膜ガス脱硫技術は、多額の設備投資や設置費用を必要としません。これらのデバイスは、使用と保守の両方が安価です。膜ガス脱硫の主な利点は次のとおりです。
- 可動部品はありません。この機能のおかげで、インストールは人間の介入なしにリモートで自動的に機能します。
- 効率的なレイアウトにより、重量と面積を最小限に抑えることができるため、これらのデバイスはオフショアプラットフォームで非常に人気があります。
- 細部まで考え抜かれた設計により、脱硫を実行し、可能な限り炭化水素を放出することができます。
- ガスの膜脱硫は、市販製品の調整されたパラメータを提供します。
- インストール作業のしやすさ。複合施設全体が1つのフレームに設置されているため、わずか数時間で技術スキームに含めることができます。
化学吸着ガス洗浄
化学吸着プロセスの主な利点は、供給ガスの炭化水素成分の吸収が少ない酸性成分からの高度で信頼性の高いガス精製です。
苛性ナトリウムとカリウム、アルカリ金属炭酸塩、そして最も広くアルカノールアミンが化学吸着剤として使用されています。
アルカノールアミン溶液によるガス洗浄
アミンプロセスは、1930年にフェニルヒドラジンを吸収剤として使用するアミンプラントのスキームが最初に開発され、米国で特許を取得して以来、業界で使用されてきました。
スカベンジャーとしてアルカノールアミンの水溶液を使用することにより、プロセスが改善されました。弱塩基であるアルカノールアミンは酸性ガスと反応しますH2SとCO2、これによりガスが精製されます。得られた塩は、飽和溶液を加熱すると容易に分解されます。
Hからのガス精製プロセスで使用される最もよく知られているエタノールアミン2SとCO2 モノエタノールアミン（MEA）、ジエタノールアミン（DEA）、トリエタノールアミン（TEA）、ジグリコールアミン（DGA）、ジイソプロパノールアミン（DIPA）、メチルジエタノールアミン（MDEA）です。
これまでの産業では、酸性ガス処理プラントでは、モノエタノールアミン（MEA）とジエタノールアミン（DEA）が主に吸収剤として使用されてきました。しかし、近年、MEAをより効果的な吸収剤であるメチルジエタノールアミン（MDEA）に置き換える傾向があります。
この図は、エタノールアミン溶液による吸収ガス洗浄の主なシングルフロースキームを示しています。精製のために供給されたガスは、吸収器を通って溶液の流れに向かって上向きの流れを通過します。吸収器の底部からの酸性ガスで飽和した溶液は、脱着器からの再生溶液によって熱交換器で加熱され、脱着器の上部に供給されます。
熱交換器で部分的に冷却した後、再生された溶液を水または空気でさらに冷却し、吸収器の上部に供給します。
ストリッパーからの酸性ガスは、水蒸気を凝縮するために冷却されます。還流凝縮物は、アミン溶液の所望の濃度を維持するために連続的にシステムに戻される。
ガス精製のアルカリ（炭酸塩）法
Hの含有量が少ないガスを洗浄するためのアミン溶液の使用2S（0.5％vol。未満）および高CO2 Hまで2Hの内容が不合理であるため、Sは不合理と見なされます2再生ガス中のSは3〜5％volです。一般的なプラントでは、このようなガスから硫黄を取得することは事実上不可能であり、それらをフレアする必要があり、大気汚染につながります。
少量の水素を含むガスの精製用2SとCO2、アルカリ性（炭酸塩）洗浄法が産業で使用されています。吸収剤としてアルカリ溶液（炭酸塩）を使用すると、Hの濃度が高くなります2再生ガス中のSは、硫黄または硫酸プラントのレイアウトを簡素化します。
天然ガスのアルカリ精製の工業プロセスには、次の利点があります。
- 主な硫黄含有化合物からのガスの微細精製;
- 二酸化炭素の存在下での硫化水素に対する高い選択性。
- 吸収体の高い反応性と耐薬品性;
- 吸収体の可用性と低コスト。
- 低い運用コスト。
少量の供給ガスおよびガス中の少量のHを洗浄するための現場条件では、アルカリガス洗浄方法の使用もお勧めします。2S。
目的
硫黄生産単位はHを変換します2アミン回収プラントおよびサワーアルカリ排水中和プラントから液体硫黄への酸性ガスストリームに含まれるS。通常、2または3ステップのClausプロセスは92％以上のHを回復します2元素硫黄としてのS。
ほとんどの製油所は98.5％以上の硫黄回収を必要とするため、第3段階のClausは硫黄露点以下で動作します。第三段階は選択的酸化触媒を含むかもしれません、さもなければ硫黄生産ユニットはテールガスアフターバーナーを含まなければなりません。得られた溶融硫黄を脱気することがますます一般的になっている。大企業は、溶融硫黄を10〜20wt。に脱気する独自のプロセスを提供しています。 ppm H2S。
長所と短所
利点
- 設備の技術設計のシンプルさ。
- 燃焼ガスからのH2Sの除去。これにより、企業の環境基準への準拠が可能になります。
硫黄回収プラントでのパイプライン腐食
欠陥
- 意図しない凝縮と硫黄の蓄積は、プロセスガスの流れの妨害、固体硫黄の詰まり、火災、機器の損傷などの問題を引き起こす可能性があります。
- その需要を超える市場での硫黄の過剰供給。
- アンモニア、H2S、CO2の存在による機器の腐食と汚染により、硫酸が生成される可能性があります。
洗浄プロセス用の吸収剤の選択
吸収剤の望ましい特性は次のとおりです。
- 硫化水素Hを除去する必要性2Sおよびその他の硫黄化合物。
- 炭化水素の吸収は低くなければなりません。
- 吸収剤の損失を最小限に抑えるには、吸収剤の蒸気圧を低くする必要があります。
- 溶媒と酸性ガスの間の反応は、吸収剤の劣化を防ぐために可逆的でなければなりません。
- 吸収剤は熱的に安定している必要があります。
- 分解生成物の除去は簡単でなければなりません。
- 循環吸収剤の単位あたりの酸性ガスの取り込みは高くなければなりません。
- 吸収剤の再生または除去に必要な熱は低くなければなりません。
- 吸収剤は非攻撃的でなければなりません。
- 吸収剤は、吸収剤または脱着剤の中で発泡してはなりません。
- 酸性ガスの選択的除去が望ましい。
- 吸収剤は安価ですぐに入手できるものでなければなりません。
残念ながら、すべての望ましい特性を備えた単一の吸収剤はありません。これには、利用可能なさまざまな吸収剤から特定の酸性ガス混合物を処理するのに最適な吸収剤を選択する必要があります。サワー天然ガスのブレンドは次のように異なります。
- Hの含有量と比率2SとCO2
- 重質または芳香族化合物の含有量
- コンテンツCOS、CS2 とメルカプタン
サワーガスは主に吸収剤で処理されますが、弱酸性ガスの場合は、吸収性吸収剤または固形剤を使用する方が経済的です。このようなプロセスでは、化合物はHと化学的に反応します2Sは、クリーニングプロセス中に消費されるため、クリーニングコンポーネントを定期的に交換する必要があります。
プロセス化学
基本的な反応
このプロセスは、次の一般的な反応による硫化水素の多段階接触酸化で構成されています。
2H2S + O2 →2S+2H2O
クラウスプロセスでは、次の反応に従って、H2Sの3分の1を反応炉内の空気で燃焼させ、二酸化硫黄（SO2）を生成します。
2H2S + 3O2 →2SO2+ 2H2O
硫化水素の残りの未燃の3分の2は、Claus反応（SO2との反応）を受けて、次のように元素硫黄を形成します。
2H2S + SO2 ←→3S+2H2O
副作用
水素ガスの発生：
2H2S→S2 + 2H2
CH4 + 2H2O→CO2 + 4H2
硫化カルボニルの形成：
H2S + CO2 →S=C = O + H2O
二硫化炭素の形成：
CH4 + 2S2 →S=C = S + 2H2S
NPK「Grasys」のメンブレンの主な利点とその適用範囲
Grasysガス脱硫法は、不必要な経済的コストを回避します。革新的な製品はアナログとは異なります。
- 中空糸構成;
- ガス混合物の成分の浸透の速度成分の根本的に新しいシーケンス。
- 炭化水素ストリームのほとんどの成分に対する耐薬品性の向上。
- 優れた選択性。
天然および関連する石油ガスを調製する技術プロセスでは、除去されるすべての不純物が低品位の流れに濃縮され、規制された基準を満たす精製ガスは、入口とほぼ同じ圧力で排出されます。
当社が開発した炭化水素膜の主な目的は、ガスの脱硫です。しかし、これらは当社の革新的な製品のすべてのアプリケーションからはほど遠いものです。これを使用すると、次のことができます。
- ガスフレアを排除することにより、多くの環境問題を解決します。つまり、環境を汚染する有害な排出物をゼロにします。
- 生産施設で直接ガスを準備、乾燥、利用する。
- 輸送スキーム、インフラストラクチャ施設、およびエネルギーキャリアからのデバイスの完全な独立性を確保します。得られたガスは、ガスタービン発電所やボイラーハウスの燃料として、また更衣室の暖房に使用できます。ガスがあれば、輸入石炭を給湯や暖房に使う必要はありません。
- 硫黄を除去し、乾燥させ、主要なガスパイプラインに供給するガスを準備します（標準STOガスプロム089-2010）。
- 技術プロセスの最適化の結果として、材料資源を節約します。
RPC "Grasys"は、流入する供給ガスの流れのパラメータ、脱硫度の要件、水と炭化水素の露点、市販製品の量を考慮して、各顧客にタスクに最適なエンジニアリングソリューションを提供できます。およびその構成要素の構成。
トピックに関する結論と有用なビデオ
次のビデオでは、油井によって石油とともに生成される関連ガスからの硫化水素の抽出の詳細について説明します。
硫化水素から青色燃料を精製し、さらに処理するために元素硫黄を生成するための設備は、ビデオで紹介されます。
このビデオの作者は、自宅で硫化水素からバイオガスを取り除く方法を説明します。
ガス精製方法の選択は、主に特定の問題の解決に焦点を合わせています。演奏者には2つの道があります：証明されたパターンに従うか、何か新しいものを好むかです。ただし、主要なガイドラインは、品質を維持し、必要な程度の処理を取得しながら、経済的な実現可能性である必要があります。
