року міністерство освіти Російської Федерації

>ТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Факультет хіміко-технологічний

Кафедра хімічної технології палива

>КОНТРОЛЬНАЯ РОБОТА

По дисципліни

«Хімічна технологія нафти і є»

СПОСОБИ ПІДГОТОВКИ ІОЧИСТКИГАЗОВ

Томськ 2009

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

У основну групу процесів очищення переробки газів входять такі:

-Сепарация конденсату – відділення рідкої фази,виносимой газом із свердловини;

-Сепарация краплинної рідини після відділення основний її частини на щаблі сепарації конденсату;

- Відділення шкідливих домішок – сірководню і діоксиду вуглецю;

- Глибокаосушка газу від вологи охолодженням до точки роси (мінус 30 °З повагою та нижче);

-Отбензинивание газу - видалення потім із ньогоуглеводородовот пропану і від;

- Вилучення гелію.

До шкідливим домішкам газу ставляться отруйні ікорозионно-активниесеросодержащие з'єднання танегорючие інертні гази, які знижуватимуть теплоту згоряння вуглеводневої газу.

У випадку в вуглеводневому газі можуть утримуватися такісеросодержащие сполуки, як сірководень,серооксид вуглецю, сірковуглець, меркаптани, а газовомуконденсате – також сульфіди ідисульфиди.

До складу інертних газів входять діоксид вуглецю, азот і гелій.

1. СПОСОБИОЧИСТКИУГЛЕВОДОРОДНЫХГАЗОВ ВІДН2S,СO2 ІМЕРКАПТАНОВ

Задля чистоти газу відН2S іС02 використовують різноманітні процеси, які може бути розбитий ми такі групи:

•хемосорбционние процеси, засновані на хімічному взаємодіїН2S іС02 з активною частиноюабсорбента;

• процеси фізичної абсорбції, у яких вилучення кислих компонентів відбувається поза їхній рахунок розчинності в органічнихпоглотителях;

• комбіновані процеси, використовують одночасно хімічні фізичні поглиначі;

• окисні процеси, засновані на необоротному перетворення поглиненої сірководню в сірку;

•адсорбционние процеси, засновані на добуванні компонентів газу твердимипоглотителями-адсорбентами (молекулярні сита, активовані вугілля та інших.)

Вибір процесу очищення природного газ від сірчистих сполук залежить від багатьох чинників, основними серед яких є: склад парламенту й параметри сировинного газу, необхідна ступінь очищення область використання товарного газу, наявність і параметри енергоресурсів, відходи виробництва та ін.

Аналіз світової практики, накопиченої у сфері очищення природних газів, показує, що процесами в обробці великих потоків газу єабсорбционние з допомогою хімічних і фізичних абсорбентів і їхні комбінації.Окислительние іадсорбционние процеси застосовують, зазвичай, очищення невеликих потоків газу, або для тонкого очищення газу.

Доабсорбентам, які у промисловості, пред'являються такі вимоги:

•недефицитность

• висока поглинальна здатність

• низька пружність пара

• низька в'язкість

• низька теплоємність

• нетоксичність

• селективність (при селективною абсорбції)

Зхемосорбентов найширше застосовуютьалканоламини. Використання хімічних розчинників грунтується на хімічної реакції міжхемосорбентом і кислими компонентами. Максимальна поглинальна здатність водних розчинів хімічних абсорбентів обмеженастехиометрией.

Найвідомішимиетаноламинами, які у процесах очищення газу відН2S іС02 є:

•моноетаноламин (МЕА)

•диетаноламин (>ДЭА)

•триетаноламин (>ТЭА)

•дигликольамин (>ДГА)

•диизопропаноламин (>ДИПА)

•метилдиетаноламин (>МДЭА)

Найбільше практичне застосування отримали моно- ідиетаноламин. ВикористанняДЭА доцільно у випадках, як у вихідному газі поруч ізН2S іС02 містятьсяCOS іСS2, що у необоротну реакцію з МЕА, викликаючи його значні втрати. Для селективного вилученняН2S у присутностіСO2 використовують третинний амін -метилдиетаноламин.

У фізичних процесах вилучення кислих компонентів з газу відбувається поза рахунок фізичного розчинення в що застосовуєтьсяабсорбенте. У цьому, що стоїть парціальний тиск компонентів, тим вища їхня розчинність. З фізичних абсорбентів промислове застосування очищення газів знайшли такі, як:

• метанол

•N-метилпирролидон

•алкиловие ефіри поліетиленгликоля

•пропиленкарбонат

Очищення вуглеводневих газіветаноламинами

Фізико-хімічні властивостіетаноламинов та його водних розчинів

>Алканоламини (>аминоспирти,оксиамини) можна як похідні аміаку, у якому чи кілька атомів водню заміщені на спиртової радикал чи спиртової іуглеводородний.

де R - спиртової радикал, наприкладС2Н4ОН;R2,R3 - або спиртової, абоуглеводородний радикал, або М+.

За рівнем заміщення атомів водню при атомі азотуалканоламини діляться первинні, вторинні і третинні.

Первинні

Побічні

>Третичние

>Алканоламини містять по крайнього заходу однугидроксильную (-ВІН) й однеаминогруппу

Присутністьгидроксильной групи знижує тиск насичених парів і підвищує розчинність аміну у питній воді, ааминогруппа надає водним розчинів лужність, необхідну взаємодії зН2S іСO2, які у водної середовищідиссоциируют із заснуванням слабких кислот.

>Алканоламини - це безколірні, грузлі,гигроскопичние рідини,смешивающиеся з інизкомолекулярними спиртами переважають у всіх співвідношеннях; вже майже нерозчинні внеполярних розчинниках.

>Безводниеалканоламини застосовують, зазвичай, як водних розчинів. Концентрація аміну в розчині може змінюватися в межах, її вибирають виходячи з досвіду праці та з міркувань корозії устаткування.

Хімізм взаємодіїН2S,CО2 та інших компонентів зетаноламинами.

>Алканоламини, будучи лугами, легко входять у реакцію з кислими газамиН2S (>СO2), створюючи водорозчинні солі. У цьому протікають такі реакції:

>Н2S + [Амін] <—> [Амін xН]++НS+ (миттєво)

>СO2+2х [Амін] <—> [Амін x М]++ [Амін xСОО]- (швидко)

>СO2+Н2O <—>Н2СO3 (повільно)

>Н2СO3 <—> М++НСO3- (швидко)

>НСO3- <—> М++СO3- (швидко)

[Амін] + М+ <—> [Амін x М]+ (швидко)

Усі аміни реагують зН2S однаковим чином зі створеннямгидросульфида чи сульфіду аміну, причому реакція класифікується як миттєва.

Первинні і вторинні аміни можуть реагувати зСO2 із заснуваннямкарбамата (солізамещеннойкарбаминовой кислоти -амин*СОО-*Н+), яка сприймається як швидка реакція другого порядку. З іншого боку, зСO2 утворюютьсякарбонати ібикарбонати амінів, але освіті їх передує повільна реакція розчиненняСO2 у питній воді із заснуванням вугільної кислотиН2СO3. Вважається, що з поміркованих ступеняхкарбонизации аміну (до 0,5 мільСO2/моль аміну) переважно протікає швидка реакція освітикарбамата.Карбамати амінів - нестійкі з'єднання заліза і вслабощелочной середовищі вони повільно розкладаються із заснуванням бікарбонату (з прикладу вторинного аміну):

>R2NCOOR2NH2 + H2O <—>R2NH +R2NH2HCO3

де R –HOCH2CH2

У третинногоалканоламина немає рухомого атома М+ ваминовои групі ( N -), тому стає неможливим перебіг прямий і швидкої реакції зСO2 покарбаматному типу, а взаємодія здійснюється через попередню і повільну стадію освіти і дисоціації вугільної кислоти:

>СО2+Н2О <—>Н2СО3;Н2СО3 <—>Н++НСО3-

[Амін]+ М++ НСЗ- <—> [Амін xН]+хНСO3-

>Конечними продуктами реакції єбикарбонат і карбонат. Отже, різниця у швидкостях реакцій третинних амінів зН2S (миттєва реакція) іСO2 (повільна реакція) набагато більше, ніж для первинних і вторинних амінів. Це дозволяє вживати практично третинні аміни для селективного вилученняН2S з сумішей його зСO2.

>Реакционная здатністьалканоламинов змінюється у низці: первинні > вторинні > третинні і корелюється зі своїми лужністю.Диоксид вуглецю утворює залканоламинами різні побічні продукти. Механізм етапі їх утворення вивчений в повному обсязі.

Частина на стадії регенераціїабсорбента руйнується і знову виділяєалканоламин, другу частинунерегенерируется, що одній з причин втрат аміну. Найбільшенерегенерируемих сполук притаманно первиннихалканоламинов.

>Меркаптани, будучи кислотами, можна зупинити реагують залканоламинами із заснуваннямводородрастворимихмеркаптидов.

[>Амин]+RSН <—> [Амін xН]+хRS-

де R -углеводородний радикал.

Реакції передує розчинення меркаптанів вабсорбенте і дисоціація на іони

        Н2O

>РSН <—>RS- + М+

Кислотність меркаптанів значно нижчі від, ніжН2S іСO2, внаслідок чого ті витісняють меркаптани з їхньої з'єднання з амінами.Меркаптиди - нестійкі сполуки, легкоразрушающиеся при нагріванні.

На розчинність меркаптанів валканоламинах сильно впливає наявністьСO2 в розчині.Равновесная розчинністьС2Н5SН ваминах за наявностіСO2 в розчині у кількості 2 г/л (глибока регенерація) знижується в 2,5 - 4 разу. Зі збільшенням змістуСO2 в розчині розчинністьС2Н5SН наближається до розчинності їх у воді. У цьому характер зміни розчинності відповідає зміни рН розчину.

Отже, на промислових установкахаминовой очищення газу відН2S іСO2 неможливо одночасно повністю очистити газ від меркаптанів.

>Сероокись вуглецю у водних розчинах амінівгидролизуется

>СOS+Н2S <—>СO2+Н2S.

ВиникліН2S іСO2 реагують з амінами. Проте зважаючи на те, що у вихідному газі концентраціяСОS протиН2S іСO2 невелика, пряма реакція будь-коли сягає кінця.Лимитирующая стадія процесу - розчинення вабсорбенте.

>Сероокись вуглецю може безпосередньо розпочинати реакції з первинними і вторинними амінами із заснуваннямтиокарбаматов (аналогічноСO2).СOS здатна вступати й у інші реакції з амінами, механізм яких вивчений не. У цьому з первинними амінами утворюютьсянерегенерируемие продукти: вторинні і третинні аміни реагують можна зупинити.

Під час створення вабсорбентеаминовой очищення газу зони гідролізуСОS, що з 6 - 10 практичних тарілок, за нормальної температури 60 - 80 °З можна з газу значну (до 80 %) частинасероокиси вуглецю.

Схеми процесу очищення газу водними розчинами амінів

>Поступающий на очищення газ проходить висхідним потоком через абсорбер назустріч потоку розчину. Насичений кислими газами розчин, виходить із низуабсорбера, підігрівається втеплообменникерегенерированним розчином здесорбера і подається нагору його.

Після часткового охолодження втеплообменнике регенерований розчин додатково охолоджується водою чи повітрям і подається нагоруабсорбера. Тепло, необхідне регенерації насиченого розчину, повідомляється розчину врибойлерах,обогреваемим глухим пором низький тиск.Кислий газ здесорбера охолоджується для конденсації більшу частину його водних парів. Цейконденсат-флегма безупинно повертається знову на систему, щоб уникнути збільшення концентрації розчину аміну. Зазвичай цюфлегму подають у горудесорбера трохи вища входу насиченого розчину для конденсації парів аміну з потоку кислого газу. У схемою передбаченоекспанзер (>виветриватель) при Р очищення >>1,6МПа, де з допомогою зниження тиску або насиченого розчину виділяються фізично розчинені вабсорбенте вуглеводні і лише частково сірководень і діоксид вуглецю.

>Экспанзерний газ після очищення використовують у ролі паливного газу чикомпримируется і подається в потік вихідного газу. Широкераспространеие у промисловості отримала схема з роздільними потоками подачі в абсорберрегенерированного розчину однаковою мірою регенерації. 70-80% розчину подається до серединиабсорбера, решта кількість - на гору.

Це дозволяє знизити витрати енергії на перекачування розчину, зменшитиметаллоемкостьабсорбера (верхня частина меншого діаметра), і навіть підвищити рівень вилученняСОS (у разі наявності у газі) з допомогою подачі середнього потоку розчину з вищої температурою і здійснення реакції гідролізуСОS.

очищення газ вуглеводень гелій

У схемою амінів і очищення газу із високим вмістом кислих компонентів подача розчину в абсорбер здійснюється двома потоками, але різного рівня регенерації. Частково регенерований розчин здесорбера подається в середню секціюабсорбера. Глибокої регенерації піддається тільки п'яту частину розчину, яка на горуабсорбера задля забезпечення тонкого очищення газу. Така схема дозволяє проти звичайній схемою до 10-15% знизити витрата пара на регенерацію розчину.

При очищенні газу із високим вмістом кислих компонентів доцільно здійснити подвійне розширення (вивітрювання) насиченого аміну при різному тиску. У першій щаблі при тиску 1,5-2МПа з розчину виділяється основне кількість розчинених вуглеводнів, що забезпечує надалі низька (< 2%) їх в кислому газі - це гарантує високу якість одержуваної сірки.

Цей потікекспанзерного газу або використовується після очищення від сірководню як паливного газу, абокомпримируется і змішується із головною потокомочищаемого (сирого) газу.

У другий щаблі при тиску, близький до атмосферному, без теплової регенерації виділяється з розчину потік кислого газу, який, після виділення потім із нього води та охолодження, то, можливо безпосередньо спрямовано установку отримання сірки. У результаті скорочується до 10% витрата пара на регенерацію насичених розчинів аміну.

У схемою додатково встановлюється насос на шляху подання насиченого розчину з другоговиветривателя вдесорбер. При очищенні газу, що міститьН2S іСO2, вабсорбере то, можливо передбачена зона поглинання і гідролізуСОS, що складається з п'яти-восьми тарілок, куди подається регенерований розчин аміну із підвищеною температурою70-80°С.

Вибір робочого розчину

При виборі робочого розчину очищення газу, крім доступності та ціниалканоламина, керуються такими положеннями:

1. Первинніалканоламини більшреакционноспособни, та їх застосування краще. З іншого боку, МЕА має низьку молекулярну масу чуток і при однаковою концентрації в розчині міститься більше молей аміну, ніж в інших амінів.

2. НаявністьСОS в газі виключає застосування первиннихалканоламинов через освітинерегенерируемих побічних продуктів і великих втрат аміну. І тут бажанийДЭА. При виборі аміну слід також враховуватиме й всі інші продукти деградації аміну.

З. Для селективного вилученняН2S рекомендують приміряти третинні аміни, зокремаМДЭА. Також третинні аміни застосовують із метою зниження експлуатаційних витрат.

Звичайні масові частки амінів в розчині, що використовуються очищення, %: МЕА 15-20,ДЭА 20-30,МДЭА 30-50.

Теплота абсорбції кислих газів різними амінами

Очищення газу фізичнимиабсорбентами

На відміну відетаноламинов фізичніабсорбенти дозволяють отримати від газу разом зН2SиСO2сероорганические домішки -меркаптанти,карбонилсульфид, сірковуглець, а деяких випадках і осушити газ. З іншого боку, витрати енергії на регенерацію абсорбентів значно нижчі від внаслідок слабкості сполук абсорбент - домішка.

Тому на згадуваній практиці іноді економічніше використовувати фізичніабсорбенти очищення газу, хоча які й значно дорожчеетаноламинов.Ограничением їх широко він (крім вартості) є підвищена розчинність вуглеводневих компонентів газуабсорбенте, що ускладнює технологічну схему процесу погіршує якість одержуваних кислих газів - сировини для сірки, і навіть неможливість отримати глибоку ступінь очищення.

Як фізичних абсорбентів очищення газів застосовують з'єднання різноманітних класів:алифатические спирти, ефіригликолей,гетероциклические з'єднання та ін. У промисловості найбільшого поширення отримали моно- ідиалкиловие ефіриполиетиленгликолеи (ПЕГ), мають фірмову назву ">Селексол" і ">Сепасолв".

Фізико-хімічніабсорбенти очищення газу

Висока і небажана розчинність вуглеводневих компонентів газу фізичнихабсорбентах, неможливість досягти глибокої рівня очищення зумовили розробку й застосування гібридних абсорбентів, що становлять суміш фізико-хімічних абсорбентів. Такіабсорбенти за своїми технологічними показниками займають проміжне становище між хімічними і фізичними, зберігаючи їх переваги.

Серед перших промислових абсорбентів цього є абсорбент ">Сульфинол" - сумішДИПА,сульфолана та води (5 - 15%). Останнім досягненням у цій галузі є серія абсорбентів ">Укарсол" фірми "Юніонкарбайд" (США).Селективний абсорбент ">Укарсол" складається з сумішіМДЭА, води таалкилових ефірів ПЕГ (інше).Абсорбент дозволяєселективно очистити газ відН2S у присутностіСO2 і витягти меркаптани іСOS.

Промислові результати очищення газу ">Укарсолом" іМДЭА