Очистка газов от сероводорода и диоксида углерода физическими и комбинированными поглотителями. Процессы очистки газов физическими поглотителями

Для очистки газов от сернистых соединений и диоксида углеро­да применяют также физические процессы, механизм действия которых основан на избирательной растворимости - кислых ком­понентов в различных жидких поглотителях.

В интервале давлений и температур, при которых произво­дят очистку газов, с повышением давления и снижением тем­пературы растворимость компонентов природных газов в физи­ческих поглотителях увеличивается. Поэтому очистку газов от кислых компонентов желательно вести при их высоких пар­циальных давлениях в газовой смеси. Этого можно достичь путем повышения давления газа перед входом в абсорбер, од­нако повышение давления газов приводит также к пропорцио­нальному увеличению парциального давления углеводородов в смеси и способствует таким образом повышению их раствори­мости в физических поглотителях. Поэтому при низких кон­центрациях кислых компонентов в смеси увеличение давления газа хотя и способствует уменьшению удельного расхода по­глотителя, но недостаточно для повышения эффективности процессов очистки газа, так как вследствие повышения раст­воримости углеводородов избирательность процесса остается на низком уровне. Кроме того, увеличивается выход газов низ­кого давления на установке. Для обеспечения получения кис­лого газа, отвечающего требованиям установок получения газо­вой серы, потребуется перед десорбером произвести многосту­пенчатую дегазацию насыщенного раствора, что приводит к увеличению металлоемкости установки. Газы, получаемые на различных ступенях сепарации, содержат определенное количе­ство сернистых соединений. Утилизация этих потоков является серьезной проблемой, так как связана с дополнительной очи­сткой, а в ряде случаев компримированием и подачей в поток сырьевого газа. Поэтому применение физических поглотителей для очистки газов предпочти­тельно при большой концент­рации извлекаемых из смеси компонентов.

Основными характеристи­ками эффективности физиче­ских поглотителей являются их избирательность и поглоти­тельная емкость.

Чем выше значение коэф­фициента избирательности, тем шире область использова­ния физического поглотителя, т. е. возможность его применения для очистки газов с низкой концентрацией кислых компонентов. От поглотительной емкости абсорбента зависит его удельный расход, она определяет размеры оборудования, в первую оче­редь блока регенерации (холодильников, рекуперативного теп­лообменника, испарителя, десорбера, насосов и т. д.), а также расход тепла на подогрев и охлаждение поглотителя.

На технико-экономические показатели установок переработки кислых газов оказывают влияние также такие свойства по­глотителя, как давление насыщенных паров, вязкость, темпера­туры кипения и застывания, удельная теплоемкость и др.

Основные требования к физическим поглотителям в целом такие же, как и к химическим.

Очистка газов процессом Селексол

Из физических процессов наиболее широкое применение нашел процесс Селексол, разработанный фирмой «Эллайд Кемикал» где в качестве абсорбента используют вещество под общим названием диметиловый эфир полиэтиленгликоля (фирменное название селексол), фактически являющийся смесью диметиловых эфиров. Так, селексол, используемый на месторождении Дюсте (ФРГ), содержит: триэтиленгликоля - 12, тетраэтиленгликоля - 24, пентаэтиленгликоля - 25, гексаэтиленгликоля -19; гептаэтиленгликоля - 3% (масс.).

В зависимости от условий производства содержание этих эфиров в составе селексола может изменяться, что определяет непостоянство некоторых параметров раствора. Кроме того, из-за разности давления насыщенных паров отдельных эфиров, входящих в состав селексола, при эксплуатации установки происходит также изменение его состава - утяжеление поглотителя.

Селексол может применяться как в чистом виде, так и с добавлением до 5% воды.

Селексол может быть использован без снижения поглотительной способности в течение 10 лет. Он подвергается полному биологическому разложению. Селексол не обладает коррозионной активностью, не токсичен, имеет низкие вязкость и теплоту абсорбции, не вызывает побочных реакций.

Из-за гигроскопичности не вызывает дополнительного увлажнения газа, а, напротив, при его использовании проис­ходит снижение точки росы газа по воде. Возможна осушка и очистка газа до требований ОСТ 51.40—83 в одну ступень. Се­лексол имеет низкое давление насыщенных паров и менее склонен к пенообразованию, что обеспечивает его низкие поте­ри с очищенным газом при регенерации.

Поглощение кислых компонентов селексолом сопровождает­ся выделением незначительного количества теплоты, поэтому при очистке газа не требуется промежуточное охлаждение по­глотителя.

Селексол является хорошим поглотителем сероводорода в смеси его с диоксидом углерода. Фактическое отношение растворимостей H₂S и СО₂ в селексоле при 7,15 МПа и 15,6°С со­ставляет 9,6: 1. Отсюда следует, что в тех случаях, когда из газа, содержащего H₂S и СО₂, требуется глубокое извлечение только сероводорода, использование селексола в качестве аб­сорбента может резко улучшить показатели установки произ­водства элементной серы и снизить расход энергии в блоке регенерации.

При некоторых значениях отношения СО₂ и H₂S аминовые процессы не обеспечивают получение газов регенерации, при­годных для установок Клауса. Достижение таких степеней из­влечения возможно лишь при применении селексола.

Процесс селексол применяют также для извлечения H₂S из смеси его с диоксидом углерода перед закачкой в пласт с целью повышения нефтеотдачи.

Опыты проводили при давлении 3,6 МПа. Потребность водяно­го пара при регенерации раствора составляла 0,5 кг на кг кис­лых компонентов. Малый расход пара объясняется использо­ванием для регенерации воздуха (в количестве 1 м³ на 1 м³ раствора), малой теплоемкостью раствора (почти вдвое мень­ше, чем у водного раствора амина) и меньшим удельным рас­ходом поглотителя.

При использовании воздуха в качестве отдувочного газа в результате взаимодействия H₂S с кислородом образуется элементная сера в тонкодиспергированном виде. Последняя пере­ходит в раствор и при охлаждении раствора в холодильниках выпадает в осадок и закупоривает трубки холодильника. По­этому часто избегают применения воздуха для интенсификации процесса регенерации растворителя.

Газ перед поступлением в абсорбер проходит входной сепара­тор С-1, где очищается от капельной жидкости. На верх аб­сорбера противотоком подается селексол, .предварительно охлажденный в аммиачном холодильнике.

Объемное содержание сероводорода в очищенном газе со­ставляет 0,0002% или примерно 3 мг/м³. Одновременно про­изводится также очистка газа от сероксида углерода и тиолов: степень их извлечения составляет 66 и 100% соответственно.

Насыщенный селексол наряду с кислыми компонентами со­держит также значительное количество углеводородов. Для утилизации газ дегазации с помощью компрессора через холодильник подается в поток сырьевого газа. Частично реге­нерированный раствор из дегазатора через рекуперативный теплообменник Т-1 поступает в десорбер. Десорбция произво­дится при избыточном давлении 0,05 МПа.

Раствор селексола содержит несколько процентов воды, которая при регенерации раствора частично испаряется. Обра­зующиеся пары выполняют роль отдувочного газа по отноше­нию к жидкой фазе, стекающей навстречу с верхней тарелки. В тех случаях, когда содержание воды в насыщенном селексоле недостаточно для интенсификации процесса регенерации, в де­сорбер можно специально подавать острый водяной пар. Регенерированный селексол через рекуперативные теплооб­менники и холодильники подается в верх абсорбера. Содержа­ние воды в регенерированном селексоле не превышает 4%.

Если раствор селексола содержит несколько процентов воды, при его регенерации в кипятильнике десорбера вода ча­стично испаряется. Образующиеся пары выполняют роль отпарного газа по отношению к жидкой фазе, стекающей с верх­ней тарелки. Выходящая с верха смесь воды и селексола охлаж­дается и используется как орошение.

Большой интерес представляет сравнение процесса селексол с другими процессами очистки газа. В табл. 3.7 приводят­ся данные одного из вариантов. В качестве исходных данных были взяты: давление в абсорбере 7,1 МПа; концентрация СО₂ в сырьевом газе 30%; содержание H₂S в газе до очистки 458 мг/м³; производительность установки 2,83 млн. м³/сут. Во всех вариантах предусматривалась тонкая очистка газа от сероводорода. Худшие показатели имеет процесс очистки газа раствором МЭА, что связано с глубоким извлечением диоксида углерода из газа. Капиталовложения и эксплуатационные рас­ходы на установках, использующих физические поглотители, значительно ниже. Следует отметить, что этот процесс более пригоден для очистки «тощего» газа, поскольку абсорбент по­глощает пропан и более тяжелые углеводороды. При большем содержании пропана и более тяжелых углеводородов для очистки газа процессом Селексол следует исключать попада­ние углеводородов на установки Клауса. Установка очистки газа процессом Селексол может быть выполнена целиком из углеродистой стали. За рубежом эксплуатируется более 35 установок.