Очистка газа от сероводорода (H2S)

Кислые Газы, которые могут присутствовать в газах нефтепереработки, в основном представляют собой CO2, H2S и Меркаптаны (RSH). Обычно только CO2 и H2S содержатся в этих потоках в высоких концентрациях. С применением аминов можно удалять большее количество вышеупомянутых кислых газов из газов нефтепереработки. Эти газы фактически реагируют с амином с радикалами, который производится посредством ионизации амина в водном растворе, с образованием соответствующих солей, которые остаются абсорбированными в жидкой фазе.

Очистка газа от сероводорода (H2S)
Очистка газа от сероводорода (H2S)

Технические характеристики

Область применения

Кислые Газы, которые могут присутствовать в газах нефтепереработки, в основном представляют собой CO2, H2S и Меркаптаны (RSH). Обычно только CO2 и H2S содержатся в этих потоках в высоких концентрациях. С применением аминов можно удалять большее количество вышеупомянутых кислых газов из газов нефтепереработки. Эти газы фактически реагируют с амином с радикалами, который производится посредством ионизации амина в водном растворе, с образованием соответствующих солей, которые остаются абсорбированными в жидкой фазе.

Основной и наиболее полезной характеристикой этой реакции является то, что она является обратимой, обеспечивая возможность расщеплять химические соединения и регенерировать Аминовый раствор, перезапуская цикл сначала. Это производится посредством нагревания аминового раствора и увлечения отделяемых газов паром. Эта операция выполняется при минимально возможном давлении, соответствующем требованиям циркуляции регенерированного раствора и удаления получаемых Кислых Газов (H2S). Данный процесс проводится в колонне "регенератора", который работает под давлением около 8-12 psig, и где аминовый раствор подвергается нагреванию и оттягиванию излишка Кислых Газов посредством применения котла с паром низкого давления в качестве источника энергии. Поток пара, генерируемый в регенераторе, должен быть достаточным для обеспечения такого соотношения пара и кислых газов в верхней части колонны, которое обеспечивает необходимый для достижения нужных спецификаций подлежащих очистке газов уровень регенерации аминового раствора.

Обычно остаточное содержание Кислых Газов в регенерируемом Амине ("Обедненная Загрузка"), составляет около 0.010/0.015 моль G.A./ моль Амина. Этот Амин также называется Обедненным Амином по причине низкого содержания кислых газов в растворе. Наоборот, Амины с высоким содержанием Кислых Газов называются Обогащенными Аминами, и содержание газов определяется посредством концепции "Обогащенной Загрузки", значения содержания H2S для которой находятся в пределах 0.40/0.45 моль H2S/моль Аминов.

Очищаемый газ подается в нижнюю часть Направляющей Колонны, которая оснащена отдельными тарелками, повышающими область контакта. В противоположном направлении сверху вниз подается раствор четвертичного Амина, который называется MDEA. Раствор, который подается в Направляющую Колонну, называется Обедненным Амином. Поскольку абсорбционная способность кислых газов в растворе повышается с понижением температуры раствора, мы должны поддерживать температуру входящего газа немного более высокой, чем температура какого-либо из очищаемых газов.

Это рекомендуется для предотвращения конденсации тяжелых углеводородов во входящем газе и возникновения проблем, таких как пенообразование, при смешении водного раствора и жидких углеводородов. Очищаемый газ, почти полностью не содержащий H2S, подается на Сепаратор, в котором происходит отделение случайно увлеченного раствора. После этого газ отводится с установки для применения на различных участках нефтеперерабатывающего завода.

Раствор на выходе Направляющей Колонны, называемый обогащенным амином по причине высокого содержания H2S, отводится при более высокой температуре, чем какой-либо из входящих газов. Это происходит потому, что абсорбция кислых газов вызывает выделение энергии, называемой Теплотой абсорбции, которая заметно повышает степень нагревания раствора, повышая его температуру.

Фактически, это именно то повышение температуры, которое определяет минимальное значение расхода Обедненных Аминов, необходимых для очистки газа, так как более низкие значения станут причиной избыточного роста температуры раствора, вызывая выделение поглощенного газа, тем самым делая невозможным достижение необходимых параметров.

Поскольку Направляющая Колонна работает под давлением входящего газа, уровень которого для данного типа проектов составляет около 34 barg, а Обогащенные Амины нужно регенерировать при минимально возможном давлении, необходимо понижать давление растворителя. Это достигается посредством направления Обогащенного Амина в горизонтальную емкость, которая работает под давлением около 3.5 barg и называется Испарительным Резервуаром. По причине снижения давления, часть H2S, а также большая часть углеводородов, поглощенных в Направляющей Колонне в результате явления, называемого физической абсорбцией, выделяются из раствора.

H2S и углеводородные пары должны подаваться в коллектор факела Нефтеперерабатывающего Завода. Как уже объяснялось выше, регенерацию Обогащенного Амина с получением Обедненного Амина необходимо проводить при высокой температуре и низком давлении, поэтому нужно подогреть Обогащенный Амин до уровня около 115/120 ºC, но не более 135 ºC, чтобы избежать ухудшения параметров Амина. С другой стороны, поскольку Обедненный Амин, получаемый в Регенераторе, необходимо охладить для повышения его способности к удалению H2S в Направляющей Колонне, можно также понизить общую энергетическую потребность установки посредством теплообмена между этими двумя потоками Обедненного и Обогащенного Амина, во встречном теплообменнике. Таким образом, Обогащенный Амин, предварительно нагретый в этом теплообменнике, готов к поступлению в верхнюю секцию Регенератора.

Пока раствор проходит через тарелки, он нагревается и теряет свои кислые газы, в данном случае H2S, и накапливается на дне Колонны при температуре кипения, соответствующей донному давлению. Этот аминовый раствор с низким содержанием H2S подается обратно в процесс как Обедненный Амин. Часть этого раствора подается в котел для производства пара, необходимого для нагревания Обогащенного Амина и оттягивания кислых газов.

Для обеспечения полной регенерации раствора в Регенераторе необходимо, чтобы молярное соотношение между паром и кислыми газами наверху колонны и на входе Головного Конденсатора составляло как минимум 1.2/1.3. Это соотношение называется Соотношением Орошения, хотя это определение в данном случае отличается от используемого в системах перегонки.

Поскольку пары наверху Регенератора являются смесью пара и Кислых газов (в данном случае только H2S), можно восстанавливать воду посредством установки Головного Конденсатора, а после него Накопителя Орошения. В этом сепараторе насыщенный водой H2S подается в коллектор факела или на второй элемент процесса, на Установку Клауса, для преобразования в основной сахар. Вода, сконденсировавшаяся и скопившаяся в этом контейнере, подается обратно в процесс при помощи насоса Орошения, чтобы максимально понизить степень замены технологической воды для поддержания оптимальной концентрации раствора.

Как уже объяснялось выше, "подогретый" Обедненный Амин, поступающий снизу Регенератора, обменивается теплом с "охлажденным" Обогащенным Амином перед подачей в ту же Колонну. Поскольку этого охлаждения Обедненного Амина недостаточно для достижения необходимых параметров работы Направляющей Колонны, необходимо включить в проект Холодильник Аминов. Это оборудование позволяет понизить температуру раствора до значения, необходимого для удаления H2S, которое должно быть на один градус выше температуры очищаемого входящего газа.

Циркуляция Обогащенного Амина из Направляющей Колонны в Регенератор обеспечивается, благодаря перепаду давления внутри двух этих элементов оборудования, этого более чем достаточно для компенсации падения давления промежуточного оборудования и Гидравлического столба на входе тарелки подачи сырья.

Поскольку ситуация в отношении циркуляции Обедненного Амина полностью противоположна, в проекте необходимо предусмотреть насосы для его прокачки.

Самым адекватным способом транспортировки жидкости при низком давлении (дно Регенератора) на оборудование, работающее при более высокой температуре (Направляющая Колонна), является использование Резервуара Накопления Аминов, работающего при атмосферном давлении, куда подается Обедненный Амин из Регенератора, и который охлаждается во встречном Теплообменнике, благодаря давлению на дне Регенератора. Промежуточный насос, называемый "Бустер"-насосом, на отдельной стадии, подает продукт в Резервуар Накопления, и подает раствор в Холодильник Аминов и на всасывание питательных Насосов многоступенчатого и высокого давления нагнетания. "Бустер"-насосы используются также для подачи части потока Обедненного Амина в Систему Фильтрации, включающую Фильтры Активированного Угля и Частиц. Целью Системы Фильтрации является удаление крупных частичек, образующихся в результате коррозии оборудования и труб, ответственных за пенообразование, особенно в Направляющей Колонне.

Целью Фильтра активированного угля является удаление органических соединений, включая тяжелые углеводороды, смазочные масла, получаемые в результате сокращения аминов, которое, в большей степени, чем пенообразование, сильно влияет на коррозию некоторого заводского оборудования. Около 10/20 % общего циркулирующего потока поступает в Систему Фильтрации.