Очистка аминового газа - Amine gas treating

Обработки Амин газа , также известный как промывке амин , газа подсластители и удаление кислого газа , относится к группе процессов , которые используют водные растворы различных алкиламинов (обычно называемых просто как амины ) для удаления сероводорода (H 2 S) и двуокиси углерода (CO 2 ) из газов. Это обычный единичный процесс, используемый на нефтеперерабатывающих заводах , а также на нефтехимических заводах, заводах по переработке природного газа и других отраслях промышленности.

Процессы на нефтеперерабатывающих заводах или предприятиях химической обработки, которые удаляют сероводород, называются процессами «подслащивания», потому что запах переработанных продуктов улучшается за счет отсутствия сероводорода. Альтернативой использованию аминов является мембранная технология . Однако мембранное разделение менее привлекательно из-за относительно высоких капитальных и эксплуатационных затрат, а также других технических факторов.

При очистке газа используется много разных аминов:

Наиболее часто используемые амины на промышленных предприятиях - это алканоламины DEA, MEA и MDEA. Эти амины также используются на многих нефтеперерабатывающих заводах для удаления высокосернистых газов из жидких углеводородов, таких как сжиженный нефтяной газ (LPG).

Описание типичного устройства для обработки амином

Газы, содержащие H
2S или оба H
2S и CO
2в отраслях переработки углеводородов обычно называют кислыми газами или кислыми газами .

Химический состав таких газов при аминовой обработке несколько меняется в зависимости от конкретного используемого амина. Для одного из наиболее распространенных аминов, моноэтаноламина (MEA), обозначаемого как RNH 2 , кислотно-основная реакция, включающая протонирование электронной пары амина с образованием положительно заряженной группы аммония (RNH+
3) можно выразить как:

RNH 2 + H
2S ⇌ RNH+
3+ HS -
RNH 2 + H
2CO
3 ⇌ RNH+
3+ HCO-
3

Полученные диссоциированные и ионизированные частицы, более растворимые в растворе, улавливаются или очищаются раствором амина и поэтому легко удаляются из газовой фазы. Таким образом, на выходе из аминового скруббера подслащенный газ обедняется H.
2S и CO
2.

Типичный процесс аминовой очистки газа (процесс Girbotol , как показано на блок-схеме ниже) включает блок абсорбера и блок регенерации, а также вспомогательное оборудование. В абсорбере стекающий вниз раствор амина поглощает H
2S и CO
2из восходящего высокосернистого газа для получения потока подслащенного газа (т.е. газа, свободного от сероводорода и диоксида углерода) в качестве продукта и раствора амина, богатого абсорбированными кислыми газами. Полученный «богатый» амин затем направляют в регенератор (отпарную колонну с ребойлером ) для получения регенерированного или «обедненного» амина, который рециркулируют для повторного использования в абсорбере. Отпаренный верхний газ из регенератора концентрируется H
2S и CO
2.

Блок-схема типичного процесса аминовой очистки, используемого на нефтеперерабатывающих заводах, заводах по переработке природного газа и других промышленных объектах.

Альтернативные процессы

Альтернативные конфигурации отпарной колонны включают матрицу, внутренний обмен, мгновенную подачу и многоподавление с разделенной подачей. Многие из этих конфигураций предлагают более высокую энергоэффективность для определенных растворителей или условий эксплуатации. Вакуумный режим отдает предпочтение растворителям с низкой теплотой поглощения, в то время как при работе при нормальном давлении предпочтение отдается растворителям с высокой теплотой поглощения. Растворители с высокой теплотой поглощения требуют меньше энергии для удаления из-за колебаний температуры при фиксированной производительности. Стриппер матрицы улавливает 40% CO.
2при более высоком давлении и не имеет недостатков, связанных с отпарной колонной с несколькими давлениями. Энергия и затраты снижаются, поскольку рабочий цикл ребойлера немного меньше, чем у отпарной колонны нормального давления. Стриппер с внутренним обменом имеет меньшее отношение водяного пара к CO.
2в потоке верхнего погона, и поэтому требуется меньше пара. Многонапорная конфигурация с раздельной подачей снижает поток в нижнюю секцию, что также снижает эквивалентную работу. Подача мгновенного испарения требует меньшего количества тепла, поскольку использует скрытую теплоту водяного пара, чтобы помочь удалить часть CO.
2в обогащенном потоке, поступающем в отпарной колонны в нижней части колонны. Конфигурация с несколькими давлениями более привлекательна для растворителей с более высокой теплотой абсорбции.

Амины

Концентрация амина в абсорбирующем водном растворе является важным параметром при разработке и функционировании процесса обработки аминного газа. В зависимости от того, для какого из следующих четырех аминов устройство было разработано, и для каких газов оно предназначено для удаления, это некоторые типичные концентрации амина, выраженные в процентах по массе чистого амина в водном растворе:

  • Моноэтаноламин: около 20% для удаления H 2 S и CO 2 и около 32% для удаления только CO 2 .
  • Диэтаноламин: около 20-25% для удаления H 2 S и CO 2.
  • Метилдиэтаноламин: от 30 до 55% для удаления H 2 S и CO 2.
  • Дигликоламин: около 50% для удаления H 2 S и CO 2.

Выбор концентрации амина в циркулирующем водном растворе зависит от ряда факторов и может быть совершенно произвольным. Обычно это делается просто на основе опыта. Участвующие факторы включают в себя то, обрабатывает ли установка аминов неочищенный природный газ или побочные газы нефтепереработки , которые содержат относительно низкие концентрации как H 2 S, так и CO 2, или обрабатывает ли установка газы с высоким процентным содержанием CO 2, такие как отходящий газ из процесса риформинга пара , используемого в производстве аммиака или дымовых газов от электростанций .

И H 2 S, и CO 2 являются кислыми газами и, следовательно, вызывают коррозию углеродистой стали . Однако в установке аминовой обработки CO 2 является более сильной кислотой из двух. H 2 S образует пленку сульфида железа на поверхности стали, которая защищает сталь. При обработке газов с высоким содержанием CO 2 часто используются ингибиторы коррозии, что позволяет использовать более высокие концентрации амина в циркулирующем растворе.

Другим фактором, влияющим на выбор концентрации амина, является относительная растворимость H 2 S и CO 2 в выбранном амине. Выбор типа амина будет влиять на требуемую скорость циркуляции раствора амина, энергозатраты на регенерацию и способность выборочно удалять либо только H 2 S, либо только CO 2, если желательно. Дополнительные сведения о выборе концентрации амина можно найти в книге Коля и Нильсена.

MEA и DEA

МЭА и ДЭА представляют собой первичные и вторичные амины. Они очень реактивны и могут эффективно удалять большой объем газа из-за высокой скорости реакции. Однако из-за стехиометрии загрузочная способность ограничена 0,5 моль CO 2 на моль амина. MEA и DEA также требуют большого количества энергии для удаления CO 2 во время регенерации, что может составлять до 70% общих эксплуатационных расходов. Они также более агрессивны и химически нестабильны по сравнению с другими аминами.

Использует

На нефтеперерабатывающих заводах отбираемый газ в основном представляет собой H 2 S, большая часть которого часто поступает в результате процесса удаления серы, называемого гидродесульфуризацией . Этот поток очищенного газа, обогащенного H 2 S, затем обычно направляют в процесс Клауса, чтобы преобразовать его в элементарную серу . Фактически, подавляющее большинство из 64 000 000 метрических тонн серы, произведенных во всем мире в 2005 году, составляла сера из побочных продуктов нефтеперерабатывающих заводов и других предприятий по переработке углеводородов. Другой способ удаления серы - это процесс WSA, который извлекает серу в любой форме в виде концентрированной серной кислоты. На некоторых заводах более чем один блок абсорбера амина может использовать общий блок регенерации. Тока акцент на удаление CO 2 из дымовых газов , испускаемых ископаемых топливо энергетических установок привел к большому интересу в использовании аминов для удаления CO 2 (смотрите также: улавливания и хранение углерода и обычные угольные электростанции ).

В конкретном случае промышленного синтеза аммиака для процесса парового риформинга углеводородов с получением газообразного водорода обработка амином является одним из обычно используемых процессов для удаления избытка диоксида углерода при окончательной очистке газообразного водорода.

При производстве биогаза иногда необходимо удалить диоксид углерода из биогаза, чтобы сделать его сопоставимым с природным газом. Удаление иногда высокого содержания сероводорода необходимо для предотвращения коррозии металлических деталей после сжигания биогаза.

Улавливание и хранение углерода

Амины используются для удаления CO 2 в различных областях, от производства природного газа до пищевой промышленности и производства напитков, и используются уже более шестидесяти лет.

Существует несколько классификаций аминов, каждая из которых имеет разные характеристики, относящиеся к улавливанию CO 2 . Например, моноэтаноламин (МЭА) сильно реагирует с кислыми газами, такими как CO 2, и имеет быстрое время реакции и способность удалять высокий процент CO 2 даже при низких концентрациях CO 2 . Как правило, моноэтаноламин (МЭА) может улавливать от 85% до 90% CO 2 из дымовых газов угольной электростанции, что является одним из наиболее эффективных растворителей для улавливания CO 2 .

Проблемы улавливания углерода с использованием амина включают:

  • Газ под низким давлением увеличивает сложность перехода CO 2 из газа в амин.
  • Содержание кислорода в газе может вызвать разложение амина и образование кислоты.
  • CO 2 разложение первичных (и вторичных) аминов
  • Высокое потребление энергии
  • Очень большие помещения
  • Поиск подходящего места (повышенная нефтеотдача, глубокие соленые водоносные горизонты, базальтовые породы ...) для утилизации удаленного CO 2.

Парциальное давление является движущей силой для перехода CO 2 в жидкую фазу. При низком давлении такой передачи трудно достичь без увеличения тепловой нагрузки ребойлера, что приведет к более высокой стоимости.

Первичные и вторичные амины, например MEA и DEA, будут реагировать с CO 2 и образовывать продукты разложения. O 2 из входящего газа также вызовет разложение. Разложившийся амин больше не может улавливать CO 2 , что снижает общую эффективность улавливания углерода.

В настоящее время синтезируются и тестируются различные смеси аминов для достижения более желательного набора общих свойств для использования в системах улавливания CO 2 . Одним из основных направлений деятельности является снижение энергии, необходимой для регенерации растворителя, что существенно влияет на производственные затраты. Однако есть компромиссы, которые следует учитывать. Например, энергия, необходимая для регенерации, обычно связана с движущими силами для достижения высокой улавливающей способности. Таким образом, уменьшение энергии регенерации может снизить движущую силу и, таким образом, увеличить количество растворителя и размер поглотителя, необходимые для улавливания заданного количества CO 2 , тем самым увеличивая капитальные затраты.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки