Методы очистки газа и характеристика поглотителей

Природный газ очищают даже при малых количествах в нем сероводорода, поскольку его допустимое содержание в газе, за­качиваемом в магистральные газопроводы, не должно превы­шать 20 мг/м³.

В большинстве же случаев очистку газов предпринимают не только для доведения содержания в нем вредных примесей до установленных норм, но и для их извлечения с целью промыш­ленной утилизации. Так, например, более 30% мирового произ­водства серы - из природных газов, богатых сероводородом, а в некоторых природных газах содержание сероводорода достигает 50 - 70%(об.), например в месторождениях Харметтен, Пантер-Ривер и Барберри в Канаде, Миссисипи в США, Жаолангиуанг в КНР и др.

В настоящее время существует большое число методов очист­ки углеводородных газов, которые условно относят к двум группам - абсорбционные и адсорбционные методы. Наиболее ши­роко распространены первые методы, допускающие любое на­чальное содержание примесей в газе, а адсорбционные процес­сы используют при малых начальных содержаниях примесей [до 3 - 5%(об.)], но они позволяют глубоко очистить газ.

Абсорбционные методы по характеру используемого абсорбен­та делят на методы химической сорбции (хемосорбции), физи­ческой абсорбции, комбинированные и окислительные.

Хемосорбционные процессы основаны на хими­ческом взаимодействии H2S и С0₂ с активным компонентом абсорбента, в качестве которого в этих процессах применяют амины (моно-, ди- и триэтаноламины, диизопропаноламин) и щелочи.

Абсорбционные процессы, основанные на физическом растворении извлекаемых компонентов в абсорбенте, в ка­честве абсорбента используют N-метилпирролидон, гликоли (ди- и триэтиленгликоли), трибутилфосфат, сульфолан, метанол и др.

Комбинированные процессы используют обычно смешанные поглотители (хемосорбенты и абсорбенты). Одним из широко распространенных сейчас таких процессов является процесс "Сульфинол" в котором в качестве поглотителей приме­няют сульфолан и диизопропаноламин.

Окислительные процессы основаны на необратимом превращении поглощаемого сорбентом сероводорода в элемент­ную серу. Сорбент в этом случае содержит катализатор окисле­ния и представляет собой водно-щелочной раствор катализато­ра, в качестве которого, например, используют [75] комплексное соединение хлорида железа с динатриевой солью этилендиамин-тетрауксусной кислоты (триалон Б) или горячий раствор мы­шьяковых солей щелочных металлов [20].

Адсорбционные процессы основаны на селективном физи­ческом поглощении H2S и С0₂ в порах твердых поглотителей, которыми являются активные угли или синтетические цеолиты.

Выбор того или иного метода очистки газа зависит от многих факторов (это начальные и конечные допустимые концентрации H₂S и С0₂, область применения очищенного газа - в быту, в химии или в двигателях, а также возможность использования определенного поглотителя и экономические факторы), но основными из них являются концентрации H₂S, С0₂ и сероор-ганических соединений в исходном газе.

При высоких парциальных давлениях кислых компонентов в газе предпочтение отдается абсорбционным методам, основной недостаток которых - низкая избирательность в отношении уг­леводородов и обусловленная этим необходимость предвари­тельного удаления из газа тяжелых углеводородов.

Хемосорбционные и комбинированные процессы рекомен­дуются при средних парциальных давлениях кислых примесей в газе, а окислительные - при низких.

Очень важное значение в любом методе очистки имеет пра­вильный выбор поглотителей, которые должны удовлетворять следующим общим требованиям:

поглотитель должен иметь низкое давление насыщенного па­ра при температурах сорбции, чтобы потери его с очищаемым газом были минимальны;

одновременно поглотитель должен обладать высокой способ­ностью поглощать кислые соединения из газа в широком интер­вале их парциальных давлений.

Кроме этого поглотитель должен иметь невысокую вязкость, обеспечивающую хороший межфазный контакт с газом, малую растворяющую способность в отношении углеводородов, низкую коррозионную активность, высокую стойкость к окислению и ряд других свойств.

Конечно, идеальных поглотителей, максимально удовлетво­ряющих всем этим требованиям, не существует, а используемые на практике поглотители в чем-то максимально удовлетворяют этим требованиям, а в чем-то - явно недостаточно.

ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Все углеводородные газы (УГ) можно разделить по их проис­хождению на две большие группы - первичные и вторичные.

Первичные УГ - это газы, добываемые непосредственно из земных недр. По условиям залегания (и соответственно - соста­ву) они могут быть разделены на природные и попутные (нефтяные) УГ. К природным УГ относят легкие по соста­ву газы чисто газовых месторождений, а также газы газоконден-сатных месторождений, которые выносят на поверхность в сконденсированном виде в небольших количествах (50 - 500 : г/нм3 газа) более тяжелые углеводороды (конденсаты), кипящие до 200 - 300 °С.

Попутные УГ - это газы, добываемые вместе с нефтью на нефтяных месторождениях.

Вторичные УГ - это легкие углеводороды, образовавшиеся при переработке нефти за счет термокаталитических превраще­ний (деструкции) природных углеводородов нефти. Эти газы обычно включают углеводороды от метана до пентана и могут быть насыщенными (предельными) и ненасыщенными (непредельными).

Насыщенные (предельные) - это газы, содержащие только насыщенные углеводороды, образующиеся при первич-ной дистилляции нефти (как результат десорбции остатков рас­творенного в нефти попутного газа) и в каталитических процес­сах, протекающих в атмосфере избытка водорода (гидрокрекинг, гидроочистка, изомеризация, каталитический риформинг).

Ненасыщенные вторичные УГ - это газы, содер­жащие олефиновые углеводороды, которые образуются в де­структивных процессах с недостатком водорода, таких как ката­литический крекинг, термический крекинг, коксование, пиро­лиз.

В соответствии с основной темой настоящей книги ниже рассматриваются вопросы переработки только первичных угле­водородных газов.