2 Сущность и теоретические основы технологии

2.1 Общие схемы подготовки и переработки углеводородных газов

Переработка газа как подотрасль нефтяной и газовой промышленности начала формироваться в послевоенные годы. Первые заводы были построены в Коми АССР, Башкирской АССР, на Северном Кавказе, в Московской области производительностью 300...800 млн. м³ в год каж­дый.

Последние годы в состав газоперерабатывающих заво­дов (ГПЗ) стали включать производства, основанные на химических процессах, таких как каталитический риформинг, гидроочистка бензина и дизельного топлива, производство серы из сероводорода, освоены процессы очистки газа от сероводорода и меркаптанов

Основное назначение ГПЗ – разделение газовых, газожидкост­ных и жидких смесей, получаемых при добыче природных газов и нефти. Под термином «разделение» в данном случае подра­зумевается как выделение из них отдельных углеводородных фракций, так и очистка их от сернистых соединений. Эти про­цессы осуществляют на газоперерабатывающих установках (ГПУ). ГПУ включают в себя отдельные блоки, где производятся те или иные процессы. В целом ГПУ имеют завершенный тех­нологический цикл по тому или иному процессу. Материальны­ми потоками ГПУ могут быть как товарные продукты, так и сырье других газоперерабатывающих установок и заводов. Основными процессами ГПЗ и ГПУ являются процессы се­парации, адсорбции, абсорбции и хемосорбции. Процессы переработки газа делятся на две группы: вспо­могательные и основные. К вспомогательным относятся процес­сы очистки газов от механических примесей и извлечение из них влаги, а к основным – выделение из сырья кислых компо­нентов и отдельных углеводородных фракций.

Для каждого технологического процесса (установки) выполняется технологическая схема с указанием всех ап­паратов, запорной и регулирующей арматуры, предохра­нительными клапанами.

2.2 Очистка от серосодержащих соединений и оксида углерода

Природные и нефтяные газы, содержащие диоксид углерода (С0₂) и (или) сероводород (H₂S) принято называть кислыми газами. Эти газы содержат также другие сернистые соедине­ния, из которых можно указать серооксид углерода (COS), се­роуглерод (CS₂), тиолы ( ) и т. д. Газовые конден­саты, выделенные из природных и нефтяных газов, наряду с указанными соединениями, содержат также сульфиды (RSR), дисульфиды (R—S₂—R) и другие сернистые соединения. Соединения серы – токсичны, усложняют добычу, транспор­тирование и переработку газов. То же касается диоксида угле­рода, который входит в состав большинства сероводородсодержащих газов.

С0₂ при взаимодействии с материа­лом оборудования и труб образует растворимый бикарбонат железа. При подогреве раствора происходит выделение С0₂ и осаждение железа в виде нерастворимого карбоната.

Сероводород приводит к образованию сернистого железа. Частично это соединение может образовывать на поверхности металла защитную пленку. Однако одновременное наличие в газе С0₂ и H₂S в определенных условиях может обусловить синэргический эффект, т. е. каждый из этих компонентов мо­жет усилить коррозионное действие другого.

Скорость коррозии увеличивается с повышением темпера­туры, концентрации кислых компонентов и количества воды в системе, а также при наличии продуктов реакций окисления и разложения аминов, минеральных солей, увеличение скорости насыщенного абсорбента в коммуникациях и т. д.

Глубину очистки газа от кислых компонентов устанавлива­ют, исходя из следующих соображений:

- сернистые соединения должны быть удалены из газа пред­варительно для предотвращения коррозии аппаратов и получе­ния продукции требуемого качества; при этом отпадает необ­ходимость изготовления аппаратов установки в антикоррозион­ном исполнении;

- при переработке сернистого сырья требуется очистка товар­ных продуктов, что обусловливает строительство нескольких установок для их очистки от сернистых соединений. Очистка товарных фракций значительно повысит энерго- и металлоем­кость установки и эксплуатационные расходы;

- если перерабатываемый газ содержит диоксид углерода, то его следует извлекать, чтобы исключить образование пробок твердого С0₂ при охлаждении газа.

Для очистки газа от кислых компонентов применяют жидкостные процессы и про­цессы адсорбционной очистки.

Жидкостные процессы:

1. Хемосорбционные процессы – процессы, основанные пре­имущественно на химическом воздействии H₂S и С0₂ с активной частью абсорбента. Наиболее распространенными реагента­ми этих процессов являются амины и щелочи.

2. Абсорбционные процессы – процессы, в которых извлечение кислых компонентов из газа происходит только благодаря их растворимости в абсорбентах. В качестве абсорбентов применяют N-метилпирролидон, гликоли, пропиленкарбонат, трибутилфосфат, метанол и др.

Преимущества этих процессов выявляются при обработке газов, содержащих большие количества кислых компонентов, так как поглотительная способность абсорбентов практически прямо пропорциональна парциальному давлению кислых компонентов в обрабатываемом газе.

3.Комбинированные процессы – процессы, использующие смешанные одновременно химические и физические поглотители. Из этих процессов наиболее широкое распространениеполучил процесс Сульфинол, разработанный компанией «Шелл Ойл Компани». В качестве поглотителя используется сульфолан (диоксид тетрагидротиофена) в сочетании с каким-либо химическим поглотителем. В качестве химического поглотителя используют амины, в первую очередь диизопропаноламин (ДИПА).

Во всех способах поглотители кислых компонентов должны обладать селективностью, химической и термической стабильностью, низкой упругостью паров и коррозионной способностью, высокой поглотительной способностью и химической инертностью к углеводородам. Кроме того, они должны быть доступными по цене и по мере возможности слабо токсичными.

4. Окислительные процессы – процессы, основанные на необратимом превращении поглощенного сероводорода в элементную серу. Примерами этих процессов могут быть процессы Джиаммарко—Ветрокок или Стретфорд. В первом процессе в качестве поглотителя используется горячий раствор мышьяковых солей щелочного металла. Во время процесса поглощенный H₂S окисляется в элементную серу. В отношении С0₂ этот процесс является обычным циклическим сорбционным процессом. Основным недостатком процесса является высокая токсичность применяемого поглотителя. В процессе Стретфорд в качестве поглотителя применяют водный раствор натриевых солей двух форм антрахинондисульфокислот.

Адсорбционные процессы.

Эти процессы в основном применяют в тех случаях, когда требуется достичь более низких концентраций сернистых соединений в природном и нефтяном газах. В качестве адсорбента в этих процессах могут применяться активированные угли, молекулярные сита, природные цеолиты и др. [3].