Классификация сернистых газов и процессов их очистки

Классификация сернистых газов. Содержание сероводорода и других серосодержащих компонентов в газе изменяется в ши­роком интервале. При этом основным компонентом, влияющим на технико-экономические показатели переработки сернистых тазов, является H₂S.

Несмотря на большой опыт переработки сернистых газов до настоящего времени как за рубежом, так и в СССР нет их общепринятой классификации.

Согласно классификации, предложенной в работе, га­зы делятся на слабосернистые, малосернистые, сернистые и высокосернистые. Одновременно эти понятия увязаны с кон­центрацией серосодержащих компонентов в исходном газе и в газах, получаемых при регенерации абсорбентов. Учитывается также экономическая целесообразность производства серы из газов регенерации.

К слабосернистым отнесены те газы, в которых содержание сероводорода и тиоловой серы не превышает 20 и 36 мг/м³, то есть ниже допустимых норм по отраслевому стандарту ОСТ 51.40—83. Очистка таких газов от сероводорода не произво­дится. Перед подачей в магистральные газопроводы такие газы обрабатывают с целью доведения их точки росы по воде и углеводородам до норм упомянутого стандарта.

К малосернистым отнесены те газы, при переработке кото­рых для утилизации газов регенерации поглотителей строи­тельство установок производства серы является экономически: нецелесообразным. Целью переработки таких газов является доведение в них содержания сернистых соединений, углеводо­родов и воды до норм отраслевого стандарта. Кислые газы, по­лучаемые при регенерации поглотителей на установках перера­ботки малосернистых газов, как правило, сжигаются на факе­лах.

При очистке малосернистых газов не ставится задача глубо­кой очистки газа от диоксида углерода, за исключением тех случаев, когда газ подается на установки выделения гелия.

К сернистым отнесены газы, при переработке которых для утилизации газов регенерации абсорбентов строительство устано­вок производства газовой серы экономически целесообразно.

К месторождениям с высоким содержанием сернистых со­единений отнесены такие, эксплуатация которых даже только для производства газовой серы является экономически целесо­образной, например Астраханское газоконденсатное месторож­дение. актер и зависит не только от их состава, но и от уровня развития техники и технологии. Следует отметить, что по мере развития техники и технологии переработки газа и изменения-конъюнктуры газ из одной группы может перейти в другую.

Практически все показатели природных газов подчиняются правилу аддитивности. Следовательно содержание в газе кис­лых компонентов влияет на его термодинамические параметры.

Из кислых компонентов газа на его показатели заметное влияние оказывают сероводород и диоксид углерода, так как концентрации остальных компонентов — серооксида углерода, сероуглерода, тиолов и т. д. незначительны.

С увеличением концентрации сероводорода и диоксида угле­рода повышается температура гидратообразования газа и по­нижается его коэффициент сжимаемости.

Присутствие H₂S и СО₂ увеличивает растворимость природ­ных газов в воде и реагентах, применяемых в процессах про­мысловой и заводской обработки газа. Это связано с тем, что растворимость H₂S и СО₂ в этих реагентах и в воде выше, по сравнению с растворимостью углеводородов.

Другие сернистые соединения (COS, CS₂, R—SH, R—S—R, R—S₂—R)₎ не оказывая заметного влияния на темпера­туру гидратообразования, влагоемкость, коэффициент -сжимае­мости и коррозионность газа, существенно влияют на качество ингибиторов гидратообразования, абсорбентов и на процесс их регенерации.

Как говорилось выше, перед подачей в магистральные газо­проводы газы подвергают очистке от сернистых соединений. Содержание H₂S и тиоловой серы в товарном газе допускается не более 20 и 36 мг/м³ соответственно.

Нормы на содержание диоксида углерода в соста­ве газов не установлены. Однако при переработке газов надо иметь ввиду, что СО₂₎ являясь балластом, снижает теплотвор­ную способность газа и эффективность работы газотранспорт­ных систем.

В настоящее время не установлены также нормы на содер­жание COS, CS₂ и других сернистых соединений в товарном газе, что вызывает ряд затруднений при выборе технологиче­ских схем очистки газов от кислых компонентов.

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

Жидкостные процессы условно можно разделить на следую­щие группы:

1. Хемосорбционные процессы — процессы, основанные пре­имущественно на химическом воздействии H₂S и СО₂ 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, трибу-тилфосфат, 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 распространение получил процесс Сульфинол, где 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.

Способ очистки газа выбирают с учетом таких факторов, как состав сырьевого газа, область применения товарного га­за (бытовое или моторное топливо, сырье для производства химических продуктов и т. д.), наличие определенной марки поглотителя и т. д. При этом основным фактором, определяющим способ и технологическую схему очистки газа, является концентрация в сырьевом газе H₂S, CO₂ и сероорганических соединений.

При выборе способа очистки газов необходимо иметь в виду также то, что наряду с H₂S регламентируется также концентра­ция углеводородов в газе, подаваемом на установку Клауса. Со­держание углеводородов в газах регенерации более 2—4% приво­дит к снижению активности катализатора установок Клауса и ухудшению качества серы.

Применение физических поглотителей предпочтительно при высоких парциальных давлениях кислых компонентов в сырье­вом газе. Повышение давления абсорбции приводит к сниже­нию количества циркулирующего в системе абсорбента и, как следствие, к уменьшению расхода тепла в блоке регенерации.

Основным недостатком физических поглотителей является их низкая избирательность в отношении углеводородов. Поэто­му нередко возникает вопрос о предварительной очистке сырье­вого газа от тяжелых углеводородов.

При низких парциальных давлениях H₂S в газе предпочти­тельными являются окислительные процессы, а при средних — хемосорбционные процессы с использованием различных аминов.