Очистка природного газа от меркап и серных растворов

АННОТАЦИЯ

Основная масса серосодержащих соединений природного газа перед подачей в магистральные трубопроводы обрабатывается на газоперерабатывающих заводах для предотвращения коррозии труб и получения технической серы. Приведена информация о технологии снижения количества серы до необходимого уровня. Какие инструменты используются для достижения этой цели?

ABSTRACT

The bulk of sulfur-containing compounds of natural gas is processed at gas processing plants before being fed into main pipelines to prevent pipe corrosion and obtain technical sulfur. Information on the technology for reducing the amount of sulfur to the required level is given. What tools are used to achieve this goal?

Ключевые слова: адсорбер, абсорбер, хемосорбция, меркаптан, каталитический, гидрирование, сепаратор, адсорбент.

Keywords: adsorber, absorber, chemisorption, mercaptan, catalytic, hydrogenation, separator, adsorbent.

Введение

Сегодня нефтегазовая промышленность Узбекистана превратилась не только в систему подземных горных работ, но и в систему переработки сырья и продукции. Эта высокоразвитая отрасль объединила ряд крупных предприятий для производства и продажи продукции, пользующейся большим спросом на внутреннем и внешнем рынках.

На современном этапе одним из основных экономических направлений отрасли является глубокая переработка углеводородов и производство продукции с добавленной стоимостью, привлечение иностранных инвестиций и расширение географии экспорта. Для реализации проектов в этой сфере в нашу страну привлекается ряд ведущих зарубежных компаний по добыче нефти и газа. Один из них - Кандымский газоперерабатывающий комплекс, построенный в сотрудничестве с российской нефтяной компанией «Лукойл» в рамках соглашения о разделе продукции Кандым-Хаузак-Шади-Кунград.

Отметим, что Кандымский газоперерабатывающий комплекс завершен с опережением графика на 8 месяцев. Ровно два года назад, 19 апреля 2016 года, состоялась торжественная церемония начала строительства Кандымского газоперерабатывающего комплекса. В нем принял участие Шавкат Мирзиёев. В строительстве комплекса и объектов инфраструктуры приняли участие около 10 тысяч рабочих и специалистов [1].

Мубарекский газоперерабатывающий завод - крупнейшее предприятие топливно-энергетической отрасли Узбекистана. Он расположен в селе Мубарек Кашкадарьинской области. Входит в состав Узгеонефтегазпрома Национальной холдинговой компании «Узбекнефтегаз». В основном производит переработанный природный газ, твердую и жидкую серу, стабилизированный газовый конденсат, сжиженный газ (пропановая и бутановая фракции) [2, 3]. 10 сентября 1965 года в 12 км к юго-востоку от Мубарека началось строительство Мубаракского серного завода (с 1972 года - Мубарекский газоперерабатывающий завод). По состоянию на 31 декабря 1971 года на месторождении Ортабулак группа Мубарек добывала 5 миллиардов долларов в год. м³ серы и 3,7 млрд. м³ бессернистой установки по очистке природного газа. В 1976 году реконструирована первая очередь сероочистных сооружений завода мощностью 6,2 млрд тонн в год. м3. В 1978-80 годах были проведены второй и третий этапы расширения завода общей мощностью 10 млрд тонн в год. м3. В 1984 году была сдана 4-я очередь завода. В марте этого года запущена 4-я очередь производства серы. Его годовая производственная мощность составляет 183 тысячи тонн [4, 5].

Абсорбционные и адсорбционные методы.

Когда меркаптаны подвергаются воздействию гидроксида RSH в присутствии O₂ и CO₂, они всегда образуют ди- и полисульфиды, которые плохо растворяются в газах, абсорбентах, хотя и в небольших количествах. Сульфид углерода, который является нейтральным по природе, органические сульфиды RSR (и ряд других соединений) растворимы в этих поглотителях, но их абсорбционная способность намного ниже, чем у RSH. Присутствие CO₂ в газах выше 0,1-0,3% приводит к его преимущественному растворению и значительно снижает абсорбцию RSH. Природные газы имеют содержание CO₂ более 0,2%, что затрудняет использование этих методов для тонкой очистки. Методы очистки от тиофена C₄H₄S и его производных также неэффективны.

Растворы моно- и диэтаноламина с различными активирующими добавками, такими как N-метилпирролидон-2, дипропаноламин и другие, широко используются для очистки от кислотно-серных веществ [6, 7].

Широко используются адсорбционные методы. В их основе лежит избирательная абсорбция (адсорбция) соединений серы твердыми сорбентами. Как правило, адсорбция проводится при температуре 20-50 °С и повышенном давлении, регенерация (десорбция) адсорбента, насыщенного серой, осуществляется при низком давлении и температуре 110-350 °С. Любые инертные газы, природный или нефтяной газ с низким содержанием серы, водяной пар и др. Переносятся из слоя адсорбента на регенерацию [8].

В некоторых случаях каталитические реакции происходят одновременно с адсорбцией, что приводит к превращению сернистых веществ в элементарную серу, которая восстанавливается во время регенерации и затем используется.

В качестве адсорбента использовался уголь с активированным углем АР-3, СКТ-1 и другие марки, а также с добавками щелочей. В этом случае, помимо очистки от сернистых веществ, из газов также извлекаются бензол и толуол, которые затем выделяются при регенерации.

Полисерные молекулярные сита (цеолиты) марок CaA и особенно NaX широко используются в качестве адсорбентов для очистки природных и нефтяных газов. Их адсорбционная способность во многом зависит от содержания H₂O, CO₂ и более высоких углеводородов в газах, рабочих условий и степени очистки и составляет от 2 до 18% [9, 10].

Присутствие в газе паров тяжелых углеводородов существенно влияет на стойкость цеолитов к соединениям серы. В цеолитах соединения, составляющие природный газ, по скорости сорбции можно расположить в следующем порядке:

H₂O> RSH> H2S> COS> CO₂.

Основная проблема очистки адсорбционного газа в цеолитах от сероводорода в присутствии CO₂ заключается в том, что при адсорбции CO₂ и H₂S образуется сероуглерод (COS):

CO₂ + H₂S ---- COS + H₂O.

Хотя константа равновесия этой реакции мала и составляет 6,6 10^-6 при 298 К, почти полное выделение паров H₂O во фронтальном слое цеолита смещает равновесие вправо и приводит к его образованию. COS. Обновление цеолитов осуществляется с меньшим количеством природного азота, серы или нефтяного газа, а количество серы в регенерационных газах (обновленных) в 5-10 раз выше, чем в первом. Помимо угля и цеолитов, в процессе очистки используются оксид алюминия, бокситы, алюмосиликаты и т. Д. Преимущество адсорбционных методов заключается в возможности проводить этот процесс при низких температурах. Трудно удалить такие вещества, как их производные [11].

У этого метода также есть ряд важных недостатков. Практически все газы содержат определенное количество H₂O, паров CO₂, углеводородов с высоким содержанием углеводородов, которые хорошо адсорбируются углем и цеолитами, что снижает содержание серы в адсорбентах. Периодический процесс очистки требует установки нескольких параллельно работающих колонн: некоторые из них абсорбируют серу (фаза адсорбции), другие регенерируют адсорбенты.

Хемосорбционные и каталитические методы

Недостатки, присущие абсорбционным и адсорбционным методам, заставляют использовать больше каталитических и хемосорбционных методов.

Их можно разделить на следующие группы:

а) каталитический: серные органические вещества гидрируются до насыщенных углеводородов CnH₂n + 2 и H₂S, разрушаются (расщепляются) с образованием непредельных углеводородов CnH₂n и H₂S, гидролизуются путем окисления H₂S и его SO₂;

б) хемосорбция: происходит взаимодействие сернистых веществ с металлами или их оксидами с образованием сульфидов металлов;

в) хемосорбционно-каталитический: процессы хемосорбции на первой стадии, во-вторых, после частичного сульфидирования контакта, одновременные хемосорбционные и каталитические процессы в качестве катализатора в образующихся сульфидах металлов, а в третьей - только каталитические после процессов полного сульфатирования. процессы.

Среди каталитических методов наиболее распространены методы гидролиза сернистых веществ [12]. Для этого широко используются катализаторы на основе Ni, Mo, Co, W и др. При этом в интервале температур 300-450 ° C могут протекать следующие реакции:

RSH + H₂ --- RH + H₂S,

RSR + 2H₂ --- RH + RH + H₂S,

C₄H₄S + 4H₂ --- C₄H₁₀ + H₂S,

COS + H₂ --- CO + H₂S,

COS + 4H₂-CH₄ + H₂O + H₂S,

CS₂ + 2H₂ --- C + 2H₂S,

CS₂ + 4H₂-CH₄ + 2H₂S.

Катализаторы на основе элементов VI и VIII групп широко используются для гидроксисульфуризации. Используются Co или более дешевые Ni (3-5%) и Mo (10-15%), которые в основном содержатся в активном b-Al₂O₃. Для стабильной работы катализаторов газ должен содержать не менее 5% (желательно 9-11%) водорода. Наличие в очищаемом газе СО и СО₂ в количестве 1-2% не влияет на процесс очистки.

В последние годы процесс Клауса становится все более распространенным при очистке газов от сероводородсодержащих газов (природного газа с месторождений, газов, связанных с добычей нефти и газов нефтепереработки и т. Д.) [13, 14]. Он состоит из двух этапов:

I этап - термическое окисление сероводорода до диоксида серы воздухом при 900-1350 ° С:

2H₂S + 3O₂ --- 2SO₂ + 2H₂O.

На этом этапе до 70%. сероводород и выделяется большое количество тепла, которое необходимо использовать до каталитической стадии.

Этап II - Каталитическая конверсия сероводорода и диоксида серы при 220-250 ° C (реакция Клауса):

2H₂S + SO2 --- 3S + 2H₂O.

Катализаторы состоят из оксида алюминия, оксида титана и их смесей. Образование серы в процессе Клауса также возможно при прямом окислении сероводорода:

2H₂S + O₂ --- 2S + 2H₂O.

Установки очистки промышленности от соединений серы

Расчетный объем загруженного катализатора и абсорбера был получен исходя из содержания серы (до 80 мг / м³) в основном природном газе.

Поскольку количество серы в основном природном газе в последнее время значительно снизилось, нагрузка на установку обессеривания может быть значительно снижена, особенно при длительной эксплуатации абсорбера (задние слои серы в нем могут быть значительно уменьшены.

В настоящее время как в России, так и за рубежом имеется опыт использования катализаторов гидрирования, например, на производственных площадках Terra Nitrogen (Великобритания), принадлежащих CF Fertilizers (США), Severnside and Billingham (Великобритания).

Рисунок 1. Технологическая схема обессеривания газов адсорбцией.

Вывод

Вывод данной статьи состоит в том, что в основном очистка газов от соединений серы и их содержания превышает требования ГОСТа, газы создают коррозионную среду во всех перемещаемых и хранимых контейнерах и резервуарах. Поэтому представлена ​​информация о преимуществах и методах наиболее эффективных методов очистки газов абсорбцией и адсорбцией.

Список литературы:

1. Khamidov Jalil Abdurasulovich, Khujjiev Mamurjon Yangiboevich, Alimov Azam Anvarovich, Gafforov Alisher Xolmurodovich, Khamidov Odil Abdurasulovich. "Opportunities and results to increase the effectiveness of multimedia teaching in higher education." Journal of Critical Reviews 7 (2020), 89-93. doi:10.31838/jcr.07.14.13
2. Хўжжиев, М. Я. (2020). Возможности повышения эффективности мультимедиа в процессе урока. Universum: психология и образование, (1), 10-13.
3. Alimov, Azam A., Kakhramon T. Olimov, and AlisherKhGaffarov. "Preparing Future Teachers of Vocational Education for Innovative Activity in Uzbekistan." EasternEuropeanScientificJournal 2 (2018).
4. Мирзаев, С. С., Кодирова, Н. Д., Нуруллаев, М. М., & Хужжиев, М. Я. (2013). Изучение энергозатрат при плазмохимической диссоциации сероводорода. Молодой ученый, (2), 49-52.
5. Alimov, Azam A. "Improving the Training the Future Teachers of Special Disciplines in Uzbekistan." EasternEuropeanScientificJournal 1 (2016): 113-117
6. Давронов, Ф. Ф. У., & Хужжиев, М. Я. (2018). Изучение процесса очистки газов физической абсорбцией. Вопросы науки и образования, (3 (15)).
7. Хужжиев, М. Я. (2018). Изучение методов конверсии метана в синтез-газ. Научный аспект, 7(4), 852-854.
8. Усанбоев, Ш. Х. У., & Хужжиев, М. Я. (2017). Основные свойства катализаторов гидроочистки. Вопросы науки и образования, (5 (6)).
9. Кобилов, А. Б. У., & Хужжиев, М. Я. (2017). Механизм поглощения H2S, CO2 и других сернистых компонентов водными растворами аминов. Вопросы науки и образования, (11 (12)).
10. Бурхонов, И. У., & Хужжиев, М. Я. (2017). Сравнительный анализ эффективности работы аппаратов воздушного и водяного охлаждения нефтеперерабатывающих заводов.Вопросы науки и образования, (2 (3)).
11. Ризаев, Д. Б., & Хужжиев, М. Я. (2017). Очистка газовых выбросов. Вопросы науки и образования, (5 (6)).
12. Алимов, Анвар Танзилович, Каюм Бешимович Хаджиев, andАъзамАнварович Алимов. "Применение метода единичных случаев в лабораторном обучении." Молодой ученый 4 (2013): 506-507.
13. Хужжиев, М. Я. (2016). Очистка и осушка газов растворами гликолей. Наука и образование сегодня, (3), 33-34.
14. Хужжиев, М. Я. (2016). Изучение процесса риформинга и подготовки нефтепродукта. Наука и образование сегодня, (3 (4)).