فهرست مقاله
Адсорбент H۲S может быть рентабельной альтернативой процессов опреснения газа / жидкости, таким как аминовые установки или процессы в сухом слое, для предотвращения коррозии сероводорода.
Сероводород – очень опасный газ, который существует в различных количествах и концентрациях в природном газе или образуется как побочный продукт во многих химических реакциях, возникающих в промышленных процессах. Есть несколько способов удалить этот газ из газовой смеси, в том числе с помощью растворов алканоламинов или сильных щелочей. Но в обоих этих процессах газообразный сероводород фактически не удаляется, а только выделяется из данной среды. В случае растворов амина выделенный сероводород необходимо либо сжечь, либо превратить в установки сульфуризации под названием Клаус. В методе промывки щелочными растворами высокий расход необходимых химикатов и, наконец, утилизация этих растворов, вызывает экологические проблемы.
Особое значение имеет эффективное удаление газообразного сероводорода в нефтегазовых отраслях, расположенных выше и ниже по потоку.
Опреснение газа
Процесс удаления H۲S известен как опреснение газа и может быть сокращен или устранен с помощью химикатов. Газы, полученные из нефтяных источников, в основном содержат разное количество сероводорода и диоксида углерода. Этот природный газ называют «кислым газом» из-за содержания в нем серы, что приводит к возникновению неприятного запаха.
Кислый газ является недоброкачественным газом из-за содержания в нем серы, которая может быть очень опасной и токсичной для дыхания и вызывает сильную коррозию. Кроме того, серу из высокосернистого газа можно извлекать и продавать как побочный продукт.
Каждая молекула аминов имеет по крайней мере одну гидрокси (ОН) группу и одну аминогруппу (NH2, NH). Гидроксильная группа увеличивает молекулярную массу, что снижает давление пара и увеличивает растворимость аминов в воде, а амино создает достаточную щелочную силу в растворе аминов в воде для поглощения кислых газов.
В ۱۹۳۰ году TEA был первым амином, который был использован для опреснения высокосернистого газа, а в ۱۹۷۵ году Перри и его коллеги использовали DEA (диэтаноламин) для опреснения и получили желаемые результаты.
Эксплуатационные проблемы аминовых установок
- Коррозия (температура-давление-кислотный заряд раствора-расхода)
- Явление пенообразования
- Химические отходы (остаточное испарение-восстановление амина)
- Растворимость некислых газов
- Необратимые реакции
- Примеси в виде твердых частиц
Методы защиты от коррозии
- Сохранение максимально низкой температуры
- Снижение давления в реанимационной башне
- Отдаление кислорода
- Непрерывная фильтрация и отделение взвешенных частиц
- Введение каустика в циркулирующий раствор амина
- Соблюдение максимального диапазона заряда кислых газов в насыщенном и активном растворе амина.
- Добавление ингибиторов
- Скорость раствора амина в нержавеющей стали не должна превышать ۳ футов / с, а в нержавеющей стали не должна превышать ۸ футов / с.
- Радиус в коленях должен быть большим.
- Незначительные изменения радиуса трубы (увеличение или уменьшение)
- Низкий перепад давления на входе в насосы
- NPSH подходящий для насосов
Подслащивание твердыми субстратами
Использование твердых веществ для опреснения газа основано на адсорбции кислых газов или реакции компонентов на поверхности.
Использование твердого слоя для опреснения газа сероводородом, а также меркаптанами с низким и средним содержанием меркаптанов – лучший процесс.
Эти процессы являются избирательными и обычно не поглощают большого количества углекислого газа.
Iron Oxide – Sponge
Этот процесс был внедрен в Англии в середине ۱۹ века и до сих пор широко используется в специальных применениях.
В этом процессе высокосернистый газ контактирует с оксидом железа, что приводит к образованию сульфида железа. Когда кислород (воздух) достигает сульфида железа, он превращает его в оксид железа и серу.
Применение моно-диэтаноламина для удаления газа H۲S: раствор моноэтаноламина МДЭА используется для селективного удаления H۲S. Процесс адсорбции кислых газов аминами представляет собой набор следующих химических реакций.
H S + Амин Û Амин H + + HS- + q
CO۲ + H۲O + амин Û амин COOH + + OH- + q
Применение адсорбента сероводорода
Адсорбенты сероводорода используются для достижения следующих целей:
- Удаление H۲S из газового потока.
- Удаление H۲S из высокосернистых углеводородных жидкостей
- Снижение содержания H۲S в паровом пространстве резервуара для кислой жидкости
Удаление сероводорода необходимо, когда присутствие бактерий и органических веществ приводит к образованию этого вредного газа. Газообразный сероводород известен под различными названиями, такими как сероводород, сера, сероводородная кислота, кислый газ и гепатическая кислота. Этот газ может вызывать респираторные заболевания, а в определенных концентрациях может привести к смерти. Присутствие этого соединения также может снизить общую эффективность системы и надежность работы, поскольку это коррозионный газ и может привести к образованию сульфида железа.
Серные бактерии – самый важный фактор в производстве сероводорода, который питается серой и превращает ее в сероводород. Фактически, серные бактерии являются фактором производства, в то время как сам сероводород иногда может естественным образом присутствовать в грунтовых водах или сырой нефти. В этом случае разложение растительных материалов является причиной образования газообразного сероводорода в грунтовых водах.
Следовательно, газообразный сероводород также может присутствовать в добываемой нефти или в стоках многих глубоких скважин. Эта бактерия производится и выращивается особенно в местах с недостатком кислорода, таких как глубокие колодцы, системы трубопроводов, отвердители воды. Бактерии обычно быстрее растут в теплой среде. Например, одним из очагов скопления сероводорода является водонагреватель, который может вызывать неприятный запах.
Сероводород естественным образом присутствует в сырой нефти, резервуарах природного газа и дымовых газах и вырабатывается в резервуарах сульфатредуцирующими бактериями (SBR) в результате бактериального восстановления сульфата. Этот газ считается одним из самых опасных загрязнителей нефти и газа. Реагирует с металлами, пластмассами и резиной и известен как высококоррозионный газ для металлов. Вызывает явление, называемое сульфидным растрескиванием под напряжением (если присутствие сероводорода вызывает попадание водорода в металл, процесс растрескивания в этом случае называется сульфидным растрескиванием под напряжением (SSC)) в бурильных трубах и других трубопроводах. Следовательно, удаление сероводорода или опреснение газа как в верхних, так и в последующих частях нефтегазовой и нефтехимической промышленности имеет важное значение.
Количество сероводорода в добываемой сырой нефти должно быть менее ۱۵ ppm, в связи с этим используются различные методы удаления H۲S из сырой нефти. Лучшее решение зависит от таких факторов, как концентрация сероводорода, время пребывания, расчет веса, эксплуатационные и инвестиционные затраты, а также объем необходимого газа. Один из химических способов удаления сероводорода – использование образивов.
Абсорбенты обычно используются для предотвращения коррозии в нефтяной, газовой и нефтехимической промышленности. Сорбент сероводорода предотвращает коррозию котлов и резервуаров для воды, удаляя сероводород и другие примеси. Абсорбенты, в зависимости от их типа, избирательно реагируют с такими примесями, как H۲S, O2, пероксид и карбонил, и удаляют их.
Виды очистителей сероводорода
Удалители сероводорода делятся на несколько типов, к наиболее важным из которых можно отнести следующие:
- Твердый образив (материал из цинка или железа)
- Оксиды металлов
- Регенеративные твердые субстраты
- Жидкие адсорбенты
- Адсорбенты восстановительные сероводорода
- Необратимые адсорбенты сероводорода
- Биологические адсорбенты
Твердые адсорбенты
Твердые адсорбенты очень эффективны для удаления сероводорода из газового потока и снижения его до минимума. Инвестиции в строительство нефтеперерабатывающего завода очень велики, и часто во время изменения технологического процесса, по сравнению с затратами на приобретение, обслуживание и амортизацию оборудования, большая часть затрат приходится на рабочую силу. Однако твердые адсорбенты имеют низкие эксплуатационные расходы, скорость их удаления предсказуема, не требует дополнительных химикатов и обычно не влияет на последующие потоки. На самом деле они содержат твердые массы (как правило, цинк или железо).
Оксиды металлов
Система состоит из подложки, заполненной оксидами металлов, подобных цинку, меди, железу или марганцу. Фактически, окислители металлов включают: хлор, диоксид хлора, гипохлорит, перекись водорода, цинксодержащие химические вещества, оксид цинка, карбонат цинка, и тиосульфат. Среди них оксид цинка занимает особое место при удалении сероводорода из-за его высокой константы равновесия. Вышеупомянутый субстрат невозобновляемый и требует времени и рабочей силы, для замены его новой средой. Ограниченное входное пространство и зажигательные сточные воды создают нежелательные эксплуатационные опасности в этих системах. Использование магния в качестве анода для защиты от коррозии в водонагревателях может предотвратить превращение сульфата в сероводород, а также предотвратить неприятный запах от этого газа. Важно знать, что озон также является окислителем, который действует как оксиды металлов и удаляет сероводород.
Регенеративные твердые субстраты
Восстановительные твердые субстраты, также известные как молекулярная сита, удаляют сероводород путем адсорбции, а не химической реакции. Они состоят из кристаллических полимеров алюмосиликата (цеолитов), отталкивающих полярные соединения. Помимо удаления сероводорода, молекулярные сита удаляют диоксид углерода, воду, метанол, меркаптаны и сульфиды, аммиак, ртуть и ароматические углеводороды в виде следов или меток. Цеолиты можно регенерировать с помощью газового потока, который затем обрабатывают для удаления частиц серы. Это может быть проблематично, поскольку мы имеем дело с потоком газа, богатого сероводородом. Большой размер резервуара, ограниченная емкость и необходимость параллельного процесса восстановления в процессе эксплуатации могут увеличить инвестиционные затраты. Кроме того, удаление серных стоков приведет к потенциальным эксплуатационным расходам.
Жидкие адсорбенты
Жидкие адсорбенты занимают меньше места и веса, чем твердые адсорбенты, но гораздо менее эффективны. При жидких адсорбентах эксплуатационные расходы увеличиваются по сравнению с твердыми, но жидкие адсорбенты предлагают больше возможностей для дополнения существующих установок. Адсорбенты делятся на две общие категории: регенеративные и нерегенеративные, в зависимости от типа структуры и механизмов удаления сероводорода.
Регенеративный адсорбент сероводорода
Во многих производственных процессах экономичным решением для удаления сероводорода во время газового процесса является установка регенеративной системы для подготовки кислого газа. Использование аминов – наиболее распространенный метод очистки газа от серы. Кислый газ проходит через колонку, заполненную раствором амина. Амин быстро реагирует с сероводородом с образованием кислотно-основных солей в полностью обратимой реакции, но диоксид углерода также может реагировать с амином. Раствор амина, используемый для нагрева и снижения давления, направляют в восстановительную колонну для выпуска кислых газов и получения свежих аминов. Свежие или регенерированные амины возвращаются в колонну. Этот процесс в основном используется для удаления большого количества сероводорода или в больших объемных газовых потоках.
Отделенный сероводород (кислый газ от аминового восстановления) перерабатывается на установке рециркуляции серы типа Клаус. В качестве адсорбентов могут использоваться различные типы аминов в зависимости от характеристик высокосернистого газа. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых аминов:
- Моноэтаноламин (МЭА)
- Диэтаноламин (ДЭА)
- Диизопропиламин
Новейшие амины, используемые в процессе опреснения газа, представляют собой амины на основе MDEA, которые обычно поглощают только сероводород. Помимо H۲S, моноэтаноламин и диэтаноламины поглощают и другие кислые газы, такие как CO2.
Нерегенеративные адсорбенты сероводорода
Триазин является наиболее распространенным нерегенеративным жидким поглотителем кислорода, используемым в промышленности. Побочные продукты реакции разлагаются и могут попадать в грунтовые воды. Непрореагировавший триазин очень токсичен для водных животных, и его следует максимально снизить путем повторной обработки. Продукты реакции в водной или нефтяной фазе растворимы. В водах с высоким содержанием кальция триазин вызывает отложение карбонатов из-за увеличения pH системы.
- Твердые адсорбенты (обычно на основе цинка или железа)
- Окисляющие химикаты (NaClO2), NaBrO3, NaNO2
- Альдегиды
Наиболее часто используемый альдегид – это формальдегид; Альтернативы включают глиоксаль, акролеин и глютраальдегид. Как правило, альдегиды не используются из-за их токсичности, взрывоопасности и канцерогенности. Глиоксаль оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие альдегиды, и может использоваться в нейтральной, кислой и щелочной среде. Глиоксаль не увеличивает вероятность образования осадка, но время их реакции намного медленнее, чем у триазина, и также известно, что он вызывает образование гидратов.
Карбоксилаты и хелаты металлов
Хелаты металлов или нефти с высокой растворимостью используются в качестве поглотителей сероводорода для восстановления буровых растворов и загрязненных водных и нефтяных потоков.
Биологические адсорбенты
Биологические процессы избирательно превращают сероводород в меркаптаны или серу и сульфат с использованием бактериального дыхания. Диапазон рабочих температур очень ограничен из-за биологической природы процесса.
Несмотря на существование нескольких методов удаления сероводорода и с учетом недостатков и преимуществ каждого метода, в настоящее время наиболее распространенным в промышленности методом отделения кислых газов, включая сероводород, является адсорбция растворами аминов.
Химическая компания Тасфие, наняв опытный персонал в свою исследовательскую группу, смогла предоставить высокоэффективные scavenger H۲S. Продукты Tachem 3040 и Tachem 3045 разработаны и составлены для эффективного использования газа H۲S. Одной из наиболее важных характеристик scavenger H۲S, разработанного химической компанией Тасфие, является совместимость этого продукта с другими химическими веществами, используемыми в нефтяных и газовых месторождениях, такими как антикоррозионные материалы, деэмульгаторы и т.д.
Основные преимущества использования продуктов scavenger H۲S, разработанных химической компанией Тасфие, включают следующее:
- Инициирование быстрой и необратимой реакции для удаления H۲S, не влияя на качество нефти, газа и топлива.
- Повышение безопасности людей
- Снижение коррозионного потенциала оборудования и трубопроводов.
- Сохранение целостности и снижение затрат на оборудование, техническое обслуживание и замену
- Гарантия спецификации нефти
- Повышение качества продукции