CC BY
37И.Р. Мурсалов
ОЧИСТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА
В статье приведенны составы углеводородных газов и очистка от сероводорода с помощью ДЭА
Ключевые слова: Сероводород, углеводородные газы, составсо-чищаемого газа, абсорбенты, амины.
В нефтепромысловом газе наряду с углеводородами иногда встречается сероводород - соединение весьма непрочное, и поэтому количественное его содержание в газе может быть определено сдостаточно высокой точностью только на месте отбора пробы газа.
Сероводород горюч, его теплотворная способность при нормальных условиях равна 23135 кДж . Он
м3
хорошо растворяется в воде.
Сероводород является вредной примесью. Он сам по себе и продукт его сгорания сернистый ангидрид (SO2) вызывают отравление людей, животных и растений. Содержание H2S в воздухе от 0,05 до 1,0 %,
или от 0,76 до 1,52 является опасным. Сероводород, как и другие сернистые соединения не только
м3
ядовиты (токсичны), но и вызывают коррозию стальных труб, резервуаров, компрессоров, фитингов и другого промыслового оборудования. Особенно сильно проявляется их действие, если нефтепромысловый газ имеет повышенную температуру и содержит углекислоту и пары воды. Поэтому газ, используемый как топливо в промышленных топках, не должен содержать сероводорода выше установленного предела, определяемого в каждом отдельном случае условиями производства. Если нефтепромысловый газ используется на производстве, основанном на каталитических реакциях (синтез аммиака и др.), то он вовсе не должен содержать сероводорода. Кроме того, присутствие H2S в газе ускоряет гидратообразование [1]. В промысловых условиях требуется весьма тщательная очистка газа, направляемого:
а) в компрессоры, подающие его в пласт для поддержания пласто-вого давления с целью вытеснения нефти из пласта;
б) в компрессоры газлифтного цикла;
в) в компрессоры системы дальнего транспорта.
Нефтепромысловый газ, содержащий сероводород, подлежит очистке от него в пределах установленных норм. Для использования газа в бытовых топках содержание сероводорода в нем не должно пре-
г
вышать о 02— при нормальных условиях.
м3
Состав очищаемого газа приведен в таблице 1.
Таблица 1
Состав очищаемого газа
Компонент Доля в составе газа
N2 0,0033
CO2 0,0007
O2 0,0003
He 0,0001
CH3SH 0,0002
C2H5SH 0,0001
H2S 0,0064
H2O 0,0402
CH4 0,4416
C2H6 0,2264
C3H8 0,1505
iC4H10 0,0152
nC4H10 0,0465
iC5H12 0,0212
nC5H12 0,0052
iC6H14 0,0298
nC7H16 0,0020
© Мурсалов И.Р., 2021.
Из химических абсорбентов наиболее широко применяются водные растворы алканоламинов концентрацией 10-20 % мас. для моноэтаноламина (МЭА), 20-30 % мас. для диэтаноламина (ДЭА) и 30-50 % мас. для метилдиэтаноламина (МДЭА). Использование ДЭА особенно целесообразно в тех случаях, когда в исходном газе наряду с сероводородом (H2S) и диоксидом углерода (СО2) содержатся серооксид углерода (COS) и сероуглерод (CS2), которые вступают в необратимую реакцию с МЭА, вызывая его значительные потери.
К достоинствам химических абсорбентов следует отнести возможность тонкой очистки исходного газа при различных концентрациях в нем сероводорода и диоксида углерода, но при этом отсутствует комплексная очистка газа от H2S, СО2, COS, CS2 и меркаптанов (RSH); могут образовываться нерегенерируе-мые в условиях процесса соединения и продукты деградацииамина, необходимы высокие кратности циркуляции абсорбента и большие теплоэнергетические затраты на регенерацию аминов; наблюдается повышенная коррозионная агрессивность насыщенных растворов абсорбента, растворы аминов могут вспениваться. Тем не менее, именно абсорбционным процессам с использованием аминовых растворов отдается предпочтение при проектировании и строительстве современных заводов по переработке высокосернистых природных газов.
Амины представляют собой органические соединения с аммиаком (NH3) в качестве основного соединения. Заменяя один или несколько атомов водорода органической углеводородной группой, образуются различные виды аминов. Замена одного атома водорода приводит к образованию первичного амина, замена двух образует вторичный амин, а замена всех трех образует третичный амин.
Содержание H2S в природном газе может быть уменьшено реакциями с аминами. Амин принимает протон от H2S, что является первым этапом его разложения. Реакция между амином и H2S сильно экзотер-мична. Независимо от структуры амина, H2S реагирует как с первичным, так и вторичным и третичным аминами. Амины удаляют H2S в двухэтапном процессе:
1.Газ растворяется в жидкости (физическое поглощение);
2.Растворенный газ, который является слабой кислотой, реагирует с щелочными аминами.
Водный раствор диэтаноламина обычно используется для удаления сероводорода из природного
газа. Он имеет преимущество перед МЭА в том, что может использоваться более высокая концентрация водного раствора(концентрация ДЭА в растворе обычно варьируется в интервале 25-35 %) при том же потенциале коррозии. Это позволяет переработчикам очищать газ от сероводорода при более низкой скорости циркуляции амина с меньшим общим потреблением энергии, что, очевидно, является экономически эффективным. Более низкие скорости циркуляции связывают с более низким потреблением энергии насосами циркуляции амина в абсорбере [2].
Преимущества ДЭА:
-Устойчивость к деградации от COS и CS2;
-Низкое давление паров растворителя, что приводит к потенциально более низким потерям растворителя;
-Снижение коррозионного характера по сравнению с МЭА;
-Низкая стоимость растворителя.
Недостатки ДЭА:
-Низкая реакционная способность по сравнению с МЭА и ДГА;
-Неселективное удаление в системах смешанных кислых газов, возможен проскок значительного количества СО2;
-Высокий удельный расход.
Объяснение широкого использования ДЭА в газоперерабатывающей промышленности объясняется тем, что ДЭА позволяет сбалансировать три ключевых аспекта очистки газа:
-Реакционная способность, то есть способность производить продукт заданной спецификации;
-Коррозионная активность, как правило, меньше, чем у МЭА;
-Более рациональное энергопотребление, чем при использование других растворов алканоламинов.
Библиографический список
1.Агаев Г.А., Настека В.И., Сеидов З.Д. Окислительные процессы сернистых природных газов и углеводородных конденсатов. - М.: Недра, 1996. - 301 с.;
2.Кемпбел Д.М. Очистка и переработка природных газов. - М.: Недра, 1977. -349 с.;
МУРСАЛОВ ИСМАИЛ РЗАХАН ОГЛЫ - магистрант, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия.
