Министерств

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Цель процесса очистки природного газа от кислых компонентов позволит уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу и предотвратить коррозию трубопроводов и технологических оборудований.
В данном дипломном проекте выбран процесс абсорбции. Абсорбция газов абсорбентом МДЭА протекает с большой скоростью. Этот процесс эффективно очищает газ от кислых компонентов. Степень поглощения сероводорода из природного газа в абсорбере достигает 98—99%. Применение абсорбена МДЭА позволит существенно сократить энергозатраты без значительных капитальных вложений, улучшить качество товарной продукции и снизить токсичные выбросы в атмосферу.
Людям, живущим в крупных промышленных городах, приходится дышать воздухом, перенасыщенным вредными и ядовитыми веществами, которые выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия. При этом масштабы загрязнения зависят от размеров предприятия, потребляемого сырья. Особенно сильно влияют на загрязнение воздуха предприятия нефтегазовой отрасли, чёрной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, топливной промышленности
Газообразные выбросы очень неблагоприятно влияют на экологическую обстановку в местах расположения этих промышленных предприятий, а также ухудшают санитарно-гигиенические условия труда. К агрессивным массовым выбросам относятся окислы азота, сероводород, сернистый, углекислый и многие другие газы.
Например, азотнокислотные, сернокислотные и другие заводы нашей стране ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов кубометров окислов азота, представляющих собой сильный и опасный яд. Из этих окислов азота можно было бы выработать тысячи тонн азотной кислоты.
Не менее важной задачей является очистка газов от двуокиси серы. Общее количество серы, которое выбрасывается в нашей стране в атмосферу только в виде сернистого газа, составляет около 16 млн. т. в год. Из этого количества серы можно выработать до 40 млн. т. серной кислоты.
Значительное количество серы, главным образом, в виде сероводорода содержится в коксовом газе.
Серосодержащий газ, используемый в металлургической промышленности для обогрева мартеновских и нагревательных печей, вызывает угар металла и повышает содержание серы и стали, ухудшая ее качество. Потери металла при этом исчисляются сотнями тысяч тонн в год.
С дымовыми газами из заводских труб и энергетических установок ежегодно выбрасываются в атмосферу несколько миллиардов кубометров углекислого газа. Этот газ может быть использован для получения эффективных углеродсодержащих удобрений.
Приведенные примеры показывают, какие огромные материальные ценности выбрасываются в атмосферу с газообразными выбросами.
Но более серьезный ущерб эти выбросы приносят тем, что они отравляют воздушный бассейн в городах и на предприятиях: ядовитые газы губят растительность, крайне вредно действуют на здоровье людей и животных, разрушают металлические сооружения и коррозируют оборудование.
Хотя в последние годы отечественные промышленные предприятия работают не на полную мощность, но проблема борьбы с вредными выбросами стоит очень остро. А учитывая общую экологическую обстановку на планете необходимо принять самые срочные и самые радикальные меры по очистке выбросных газов от вредных примесей.
Сероводород ценное сырье для получения серной кислоты. Сероводород в большинстве случаев является ядом для катализаторов и живых организмов. Тщательная очистка газов от сероводорода необходима в производстве синтетического аммиака, синтетических спиртов, при гидрогенизации жиров, в производстве газов бытового и, применяемого в металлургической промышленности и т.д.
Ведущее место в мировой практике в области очистки природного газа от кислых компонентов занимают аминовые процессы. Они применяются для очистки природного газа уже несколько десятилетий, но до настоящего времени остаются основными - примерно 70% от общего числа установок.
В состав установки очистки углеводородных газов растворами этаноламинов входят, по крайней мере, два аппарата колонного типа – абсорбер и колонна регенерации аминового раствора. Кроме этого установка оснащена необходимым насосным, теплообменным оборудованием, фильтрами, арматурой и т.п. Часто регенерация аминовых растворов осуществляется на централизованных установках в составе нефтеперерабатывающих заводов. Это значительно улучшает экономические показатели установки.
При проектировании установки очистки основные решения относятся к выбору рабочего раствора амина или смеси аминов, определению параметров аппаратуры и технологии, обеспечивающих заданную степень очистки газа, проблемы защиты от коррозии, вспенивания раствора, снижение потерь за счет уноса и деградации раствора.
Процессы очистки газа физическими абсорбентами имеют ряд преимуществ относительно процессов, основанных на применении растворов этаноламинов. Они состоят в том, что физические абсорбенты позволяют извлечь из газа одновременно с Н₂S и СО₂ сероорганические примеси - меркаптаны, сероокись углерода, сероуглерод, а в ряде случаев и осушить газ. Кроме того, затраты энергии на регенерацию абсорбентов значительно ниже, вследствие непрочности соединений абсорбент/примесь. Поэтому на практике иногда экономически эффективнее использовать физические абсорбенты для очистки газа, хотя они и значительно дороже этаноламинов.
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".
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 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 электростатического 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.
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, химические процессы и др.
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.
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.
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. Реакция обратима и при повышении температуры равновесие сдвигается, что позволяет регенерировать щелочь и использовать ее повторно.
Наличие в газе значительных количеств СО2 и H2S приводит к существенному ухудшению условий абсорбции RSH. В этом случае применяется двухступенчатая очистка: на первой - очистка газа от H2S и С02 аминами, на второй - очистка газа от RSH щелочью.
Каталитические методы очистки газов применяют в тех случаях, когда в газе присутствуют соединения, недостаточно полно удаляемые с помощью жидких или твердых поглотителей, например сероуглерод, серооксид углерода, сульфиды, дисульфиды, тиофен, а также в тех случаях, когда требуется тонкая очистка газа. В промышленности нашли применение два вида каталитических процессов – окислительные и восстановительные.
- Окислительные методы заключаются в проведении реакций каталитического окисления сероводорода до элементарной серы или каталитического окисления меркаптанов до дисульфидов.
- Восстановительные методы заключаются в восстановлении сернистых соединений при взаимодействии их с водородом (гидрирование) или с водяным паром (гидролиз), а также в гидрировании диоксида углерода до метана. При восстановлении сернистых соединений все они превращаются в сероводород. После проведения любых каталитических процессов очистки от сернистых соединений требуется последующее отделение продуктов каталитических превращений, например, после каталитического гидрирования газ направляют на очистку от сероводорода.
Кроме перечисленных промышленных методов очистки газов от кислых примесей, разрабатываются новые методы: микробиологические, мембранные, фотохимического разложения. Выбор процесса очистки природного газа от кислых компонентов зависит от многих факторов:
- состава и параметров сырьевого газа, требуемой степени очистки, области
- использования товарного газа и др.
Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким по­глотителем, в котором газ рас­творим в той или иной степени. Обратный процесс — выделение раство­ренного газа из раствора — носит название десорбции.
В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы —жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в га­зовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы яв­ляются одним из видов процессов массопередачи.
На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а непоглощаемые составные части — инертным газом.
Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компо­нента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор ак­тивного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорби­руемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен актив­ный компонент, будем называть растворителем.
Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соот­ветственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции (см. ниже) инертный газ и поглотитель по расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции (см. ниже) поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.
санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обез­вреживания) в канализацию.
Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно исполь­зовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобож­денный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует- через систему абсорбер — десорбер — абсорбер.
В некоторых случаях (при наличии малоценного поглотителя) в про­цессе проведения десорбции отказываются от многократного примене­ния поглотителя. При этом регенерированный в десорбере поглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.
Условия, благоприятные для десорбции, противоположны условиям, способствующим абсорбции. Для осуществления десорбции над раство­ром должно быть заметное давление компонента, чтобы он мог выде­ляться в газовую фазу. Поглотители, абсорбция в которых сопровож­дается необратимой химической реакцией, не поддаются регенерации путем десорбции. Регенерацию таких поглотителей можно производить химическим методом.
Области применения абсорбционных процессов в химической и смеж­ных отраслях промышленности весьма обширны. Некоторые, из этих областей указаны ниже:
1. Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO₃ в про­изводстве серной кислоты; абсорбция НС1 с получением соляной кис­лоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т. д. При этом аб­сорбция проводится без последующей десорбции.

2. 
   Разделение газовых смесей для выделения од­ного или нескольких ценных компонентов смеси.
   

В этом случае применяемый поглотитель должен обладать возможно
большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому
компоненту и возможно меньшей по отношению к другим составным
частям газовой смеси (избирательная, или селективная, абсорбция).
При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговом про­цессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию бензола из
коксового газа, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза
природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после раз­ложения этилового спирта и т. п.

2. 
   Очистка газа от примесей вредных компонентов.
   Такая очистка осуществляется прежде всего с целью удаления примесей, не допустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных и коксовых газов от Н₂S, очистка азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СО₂ и СО, осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т. д.). Кроме того, произ­водят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов (например, очистка топочных газов от SO₂; очистка от С1₂ газа после конденсации жидкого хлора; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений, и т. п.).
   

В рассматриваемом случае извлекаемый компонент обычно исполь­зуют, поэтому его выделяют путем десорбции или направляют рас­твор на соответствующую переработку. Иногда, если количество извле­каемого компонента очень мало и поглотитель не представляет ценности, раствор после абсорбции сбрасывают в канализацию.
4. Улавливание ценных компонентов из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным со­ображениям, например рекуперация летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.).
Следует отметить, что для разделения газовых смесей, очистки га­зов и улавливания ценных компонентов наряду с абсорбцией приме­няют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение и др. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическими сообра­жениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда не требуется очень полного извлечения компонента.
Выше перечислены различные методы очистки природного газа от кислых компонентов. В моем дипломном работе выбран абсорбционный метод. Преимущество абсорбционных методов заключается в возможности экономической очистки большого количества газов, осуществления непрерывных технических процессов.