Очистка газов от агрессивных примесей методом адсорбции

Данный способ предназначен, в основном, для очистки углеводородных газов от меркаптанов (с одновременной глубокой осушкой) и лишь частично от H₂S. Процесс состоит из двух стадий: собственно очистки (адсорбции) и регене-

рации отработанного адсорбента путем нагрева в токе очищенного газа. Обеспе­чивая практически 100 % очистку от названных соединений процесс служит ис­точником трудно утилизируемых газов регенерации. Процесс может быть охарак­теризован следующими технологическими параметрами:

Температура, °С

адсорбции 20 - 40

регенерации 300-350

Давление адсорбции, атм. 30 - 60

Линейная скорость газа в адсорбере, м/с 1-3

Объемное содержание H₂S в газе, % до 0,03

Содержание, г/м³ (н.у.):

R-SH 0,3 - 0,6

влаги 0,6 - 1,3

В качестве адсорбентов используют цеолиты следующих марок:

отечественные: NaA-ч-1236; NaX-ч-1232; АцС-1530; СаА А-17; СаА АБ-16; NaX - 362 и т.д.; импортные: (А - 4) фирма Tojo Soda (Япония); SP - 1335 фирма Tojo Soda (Япония); СаА фирма Union Carbide (США) и т.д.

В процессе очистки происходит соадсорбция углеводородов C_5+высш, кото­рые при регенерации способны крекироваться и приводить к зауглероживанию поверхности адсорбента, поэтому совершенствование адсорбентов должно быть направлено на снижение температуры регенерации.

Утилизация газов регенерации (их объем достигает 20 % от объёма очи­щенного газа) осуществляется одним из следующих способов:

1. Их гидрирование до H₂S с дальнейшей очисткой любым известным спо­собом.

2. Их реакция с элементарной серой с образованием ценных полисульфи­дов и H₂S.

3. Их термокаталитическое разложение с образованием Н₂S и углеводо­родных газов ( в том числе непредельных) на катализаторах марок ЦВК и ЦВМ.

Очистка газов с помощью мембранных технологий

Подобная очистка реализуется благодаря различной проницаемости ком­понентов газовой смеси через разделительные мембраны (перегородки). Дви­жущей силой процесса является разность парциальных давлении компонентов га­за по обе стороны мембраны.

Эффективность мембраны определяется её удельной производительно­стью, т.е. количеством газа, прошедшего через единицу плошади за единицу вре­мени. Её величина определяется как конструктивными характеристиками мем­бран и свойствами разделяемых компонентов, так и термобарическими показате­лями процесса. Но в любом случае, чем выше эффективность, тем ниже качество разделения исходной смеси.

Различают пористые и непористые мембраны. Первые (в случае разделе­ния газов) имеют размер пор от 5 до 30· 10^-3 мкм. Разделение газов в них происходит за счет так называемой кнудсеновской диффузии. Для её осуществления необходимо, чтобы длина свободного пробега молекул была больше среднего диаметра пор мембраны, т.е. частота столкновений газовых молекул о стенки пор должна быть выше частоты взаимных столкновений молекул. Но, поскольку, средняя скорость молекул обратно пропорциональна их массе в степени 0,5; то более лёгкие молекулы будут более предпочтительнее проходить через перего­родку. Производительность подобных мембран достаточно высока, а качество разделения желает лучшего.

В непористых мембранах разделение происходит за счет разной скорости диффузии компонентов через материал перегородки. Производительность подоб­ных мембран в 2 - 3 раза ниже, чем у пористых, а селективность (качество) разде­ления, наоборот, существенно выше.

Мембраны изготавливают из стекла, металлов, полимерных материалов, которым придают форму пластин, трубок, полых волокон и капилляров. При этом, важной характеристикой мембранных аппаратов является так называемая плотность установки мембраны, т.е. поверхность мембраны, приходящаяся на единицу объёма аппарата. Так, плотность установки мембран из полых волокон с

наружным диаметром 80-100 мкм и толщиной стенки 15-30 мкм составляет

20000 м² /м³; а плоских мембран лишь 60 - 300 м²/м³.

Итак, для разделения газов с помощью мембран используется лишь диффузион­ные механизмы. Все другие виды мембранных процессов (баромембранное разде­ление, электромембранное разделение и т.п.) в данной области не используются.

При этом, основным недостатком данного способа очистки газа является загрязнение мембран, а их очистка механическим, гидромеханическим, фи­зическим и химическим способами сложна, дорога и трудоёмка. Для очистки нефтяного газа мембранные установки впервые были применены в 1983 г. в США фирмами Sun Oil и Chevron Oil Со для выделения СО₂. Установки состоят из модулей (до 8), каждый из которых включает тысячи полых мембран­ных волокон толщиной в человеческий волос. На обоих концах каждого модуля имеются эпоксидные трубные решетки. Трубный пучёк окружен кожухом под ко­торым и скапливается отделённый СО₂. Габариты установки не превышают 35 х 23 м.