4.3. Основы технологии очистки газа физическими абсорбентами

Процессы физической абсорбции основаны на растворении компонентов газа в жидкости, происходящем по закону Генри (объем поглощаемого компонента пропорционален его парциальному давлению в газовой смеси).

Растворимость кислых компонентов в физических абсорбентах при различных температурах описывается уравнением [14]:

ln К = D₁ + D₂Т + D₃/Т + D₄lnТ, (4.13)

где К - константа Генри;

D₁-D₄ - коэффициенты, определяемые по Приложению 8;

Т- температура контакта, К.

Растворители, применяемые в процессах физической абсорбции, приведены в разделе 4.1 настоящего пособия. Из этих растворителей наиболее эффективными для очистки природных газов от Н₂S, СО₂ и других сероорганических соединений являются моно- и диалкиловые эфиры полиэтиленгликолей (ПЭГ), имеющие фирменное название "Селексол" и "Сепасолв".

В качестве абсорбента используется концентрированный (содержание воды – 0-5 % мас.) диметиловый эфир полиэтиленгликоля, который хорошо поглощает все сернистые соединения, диоксид углерода и воду. Этот абсорбент используется для селективной очистки природного газа от сероводорода в присутствии диоксида углерода, так как растворимость Н₂S в нем в 7-10 раз выше растворимости СО₂. Одновременно процесс используется и для осушки газа. По поглотительной способности селексола различные компоненты газа располагаются в следующем ряду:

Н₂О> СS₂>СН₃SН> Н₂S> С₅Н₁₂> С₄Н₁₀> С₃Н₈>СО₂> С₂Н₆

Селективное выделение сероводорода из природного газа позволяет получить кислый газ – сырье производства элементной серы с малым содержанием других компонентов, что значительно улучшает показатели процесса Клауса (см. главу 7).

В технологическую схему процесса "Селексол" входят абсорбер, регенератор, выветриватели, теплообменники и насосы.

Принципиальная схема процесса приведена на рис. 4.3. Давление абсорбции – 7,0-7,5 МПа, температура – 25-35 ⁰С, кратность подачи абсорбента – 1,5-2,5 л/м³ газа.

Регенерация абсорбента осуществляется понижением давления в выветривателях и десорбере и отдувкой топливным или инертным газом, а также подводом тепла в куб десорбера.

Другой разновидностью абсорбента на основе диалкиловых эфиров полиэтиленгликолей является смесь метилизопропиловых эфиров ПЭГ - "Сепасолв-МПЕ". По растворимости Н₂S и СО₂ абсорбенты "Селексол" и "Сепасолв-МПЕ" практически идентичны. "Сепасолв-МПЕ" обладает меньшей вязкостью и меньшим давлением насыщенных паров. Регенерация абсорбента осуществляется при температуре около 140 ⁰С с подачей или без подачи отдувочного газа (во втором случае абсорбент содержит 3-5 % мас. воды).

Очистку природных газов гликолями (ДЭГ, ТЭГ) применяют обычно на промыслах в тех случаях, когда газ содержит большое количество кислых компонентов, но его не требуется глубоко очищать до требований стандарта на газ, направляемому потребителям. В этом случае очищенный газ используется как топливный для нужд промысла или закачивается в пласт для поддержания пластового давления.

Метанол используется в процессе "Ректизол" – одном из первых абсорбционных процессов для очистки природного газа. Абсорбция проходит при давлении 2,0-7,5 МПа, температуре – минус 35 – минус 70 ⁰С, кратность подачи метанола – 0,3-0,5 л/м³ газа. Десорбция осуществляется ступенчатым понижением давления, а на последней ступени может применяться тепловая регенерация.

Рис. 4.3. Принципиальная технологическая схема процесса Селексол:

1 – абсорбер; 2,3 – гидравлические турбины; 4,5 – выветриватели;

6,7 – компрессоры; 8,9,10,11 – конденсаторы-холодильники;

12 – теплообменники; 13 – десорбер; 14,16 – сепараторы; 15 – рибойлер;

I – сырьевой газ; II – очищенный газ; III – кислый газ;

IV – регенерированный абсорбент; V – частично разгазированный абсорбент

N- метилпирролидон используется в качестве абсорбента в процессе "Пуризол". Этот абсорбент хорошо поглощает сероводород и меркаптаны и хуже диоксид углерода. N- метилпирролидон легко регенерируется снижением давления до атмосферного. Для его глубокой регенерации достаточно повысить температуру в кубе десорбера до 100-130 ⁰С.

В "Сульфинол"-процессе в качестве абсорбента используется комбинированный поглотитель: сульфолан – физический и диизопропаноламин (ДИПА) – химический растворитель. В состав "Сульфинол"-смеси входят сульфолан (40-60 %), ДИПА (30-45 %) и вода (5-15 %). Этим абсорбентом обеспечивается глубокое извлечение Н₂S, СО₂, СОS, CS₂, RSH и RSR. Основное количество компонентов поглощается физическим растворителем, тонкая очистка осуществляется ДИПА. Процесс абсорбции проводят при давлении газа (0,2-7,0 МПа), температуре окружающей среды и кратности циркуляции абсорбента – 1,5-2,5 л/м³ газа. Десорбция проходит в две ступени - снижением давления в выветривателе и подводом тепла (температура 65-70 ⁰С) в регенератор. В целом технологические схемы процессов "Сульфинол" и этаноламинной очистки одинаковы.