Аминовая очистка газа от сероводорода: принцип, эффективные варианты и схемы установок  

Различные методы

Есть три группы методов, которые эффективнее всего удаляют сероводород:

• физические – аэрация;
• химические – окисление пероксидом водорода, гипохлоритом натрия, озоном;
• физико-химические – сорбция каталитическим активированным углем, марганцевокислым зеленым песком и другими фильтрующими загрузками.

Первая помощь

Если вы почувствовали запах и привкус сероводорода, сначала выполните такие действия:

1. Удалите ил на дне скважины и со стенок труб. Такую чистку выполняйте 1 раз в 2 года.
2. Прокачайте скважину.
3. Удалите слой глины и песка.
4. Выполните герметизацию труб или замените их.
5. Очистите водонагревательные приборы (бойлер).

Этим вы удалите питательную среду для сульфатредуцирующих бактерий и приостановите образование сероводорода. После можно приступать к непосредственной очистке от сероводорода.

Аэрация

Метод подходит для удаления молекулярного сероводорода H2S. Ионы НS- фильтруются частично, а S2- остаются.

Эффективность аэрации средняя – способ растворяет 65-70% сероводорода. Полное удаление возможно только при подкислении воды до рН меньше 5.

Суть метода: вода насыщается кислородом, который реагирует с сероводородом и расщепляет его на серу и воду. Также параллельно окисляется железо, марганец, аммоний.

Есть 2 типа установок для аэрации:

1. Безнапорные – контактные емкостис распылителями, работающие по типу душа. Кислород равномерно растворяется в каплях воды и реагирует с большей частью сероводорода.Система может быть оборудована маломощным компрессором, который перемешивает воду для донасыщения ее кислородом. Окисленные вещества выпадают в осадок, поэтому накопительную емкость нужно чистить 2-4 раза в год.
2. Напорные – специальные колонны или статические миксеры, в которые под давлением подается кислородная смесь.После механической фильтрациивода попадает в напорную установку, и там происходит интенсивное окисление. При этом погибают анаэробные бактерии.

Плюсы данного метода в следующем:

• дешевизна;
• неплохая эффективность.

Минусы:

• системы громоздкие, занимают много места;
• их нужно регулярно очищать;
• в помещении, где происходит аэрация, неприятно пахнет.

Окисление

Дозирующие установки с определенной периодичностью подают в фильтрующую колонну один из сильных окислителей:

1. Гипохлорит натрия. Соединение расщепляет сероводород до серной кислоты и серы, преобразовывает органические соединения, окисляет железо и марганец. Недостаток метода: концентрат гипохлорита нужно разбавлять только дистиллированной водой, также вещество образует токсичные хлорпроизводные.
2. Перекись водорода. Безопасный и эффективный бытовой окислитель, который подается станцией дозирования реактивов.
3. Озон. Вырабатывается из воздуха специальными системами, которые подключаются к водопроводу.

Озон окисляет почти 90% сероводорода, растворенного железа, превращая их в нерастворимый осадок. Также он убивает вирусы и бактерии.

Плюсы метода:

• высокая эффективность очистки;
• безопасность при соблюдении всех правил.

Минусы:

• нужно периодически покупать реактивы, а они недешевые;
• установки дорогие и энергозатратные.

Сорбция

Воду под напором пропускают через древесный или активированный уголь. На поверхности этих материалов происходят обменные реакции, вследствие чего молекулы H2S окисляются и распадаются на безопасные вещества (серу и ее соединения), а все вредные соединения поглощаются пористой поверхностью.

Один из самых популярных фильтрующих материалов – каталитический уголь Centaur(США). Он очищает воду от:

• сероводорода,
• железа,
• хлораминов,
• нефтепродуктов.

Уголь придает воде приятный вкус и запах. Centaur используют, если концентрация сероводорода в воде не больше 6,0 мг/л. Загрузка удаляет почти весь сероводород, но время контакта должно быть минимум 3 минуты.

Перед подачей воды в фильтр воду нужно аэрировать, для этого используют компрессоры или эжекторы. Промывка загрузки осуществляется противотоком воды, специальных восстановителей не нужно.

Еще одна хорошая фильтрующая загрузка – марганцевокислый зеленый песок (ManganeseGreensand).

Это марганцевый цеолит, который получают при обработке природного минерала глауконита.

На активной поверхности происходит окисление сероводорода до серы и сульфатов. Образовавшийся остаток отфильтровывается слоем гранулированного материала. Мешка на 28 л хватает на 3 года и больше.

Плюсы метода:

• извлечение 98% сероводорода;
• комплексная очистка и дезодорация воды;
• обработка большого объема жидкости.

Минусы:

• сорбенты дорогие;
• нужно много воды на промывку;
• низкая скорость фильтрации.

Использует

В частном случае промышленного синтеза аммиак, для паровой риформинг процесс углеводородов для производства газообразных водород Обработка амином является одним из обычно используемых процессов для удаления избытка диоксида углерода при окончательной очистке газообразного водорода.

в биогаз при производстве иногда необходимо удалить из биогаза двуокись углерода, чтобы сделать его сопоставимым с природным. Удаление иногда высокого содержания сероводорода необходимо для предотвращения коррозии металлических деталей после сжигания биогаза.

Улавливание и хранение углерода

Амины используются для удаления CO₂ в различных областях, от добычи природного газа до пищевой промышленности и производства напитков, и существует уже более шестидесяти лет.

Существует несколько классификаций аминов, каждая из которых имеет разные характеристики, относящиеся к CO.₂ захватывать. Например, моноэтаноламин (MEA) сильно реагирует с кислыми газами, такими как CO.₂ и имеет быстрое время реакции и способность удалять высокий процент CO₂, даже при низком уровне CO₂ концентрации. Как правило, моноэтаноламин (МЭА) может улавливать от 85% до 90% CO.₂ из дымовых газов угольной электростанции, который является одним из наиболее эффективных растворителей для улавливания CO₂.

Проблемы улавливания углерода с использованием амина включают:

• Газ под низким давлением увеличивает трудность переноса CO.₂ из газа в амин
• Содержание кислорода в газе может вызывать разложение амина и образование кислоты.
• CO₂ разложение первичных (и вторичных) аминов
• Высокое потребление энергии
• Очень большие помещения
• Поиск подходящего места для удаленного СО₂

Парциальное давление является движущей силой переноса CO₂ в жидкую фазу. При низком давлении такой передачи трудно достичь без увеличения тепловой нагрузки ребойлера, что приведет к увеличению затрат.

Первичные и вторичные амины, например MEA и DEA, будут реагировать с CO.₂ и образуют продукты разложения. О₂ от входящего газа также вызовет деградацию. Разложившийся амин больше не может улавливать CO.₂, что снижает общую эффективность улавливания углерода.

В настоящее время синтезируются и тестируются различные смеси аминов для достижения более желательного набора общих свойств для использования в CO.₂ системы захвата. Одно из основных направлений деятельности – снижение энергии, необходимой для регенерации растворителя, что существенно влияет на стоимость процесса. Однако необходимо учитывать компромиссы. Например, энергия, необходимая для регенерации, обычно связана с движущими силами для достижения высокой улавливающей способности. Таким образом, уменьшение энергии регенерации может снизить движущую силу и тем самым увеличить количество растворителя и размер абсорбера, необходимые для захвата заданного количества CO.₂, таким образом, увеличивая капитальные затраты.

Технические характеристики установки для очистки газов от сероводорода

• Производительность, с которой выполняется очистка попутного газа: 20/100/200 нм3/ч
• Исходная концентрация сероводорода (H2S) на входе: до 5% об.
• Концентрация сероводорода на выходе после сероочистки: не более 0,01% об.
• Энергопотребление в рабочем режиме: 3 кВт/ч
• Возможная пиковая нагрузка до 5 кВт
• Сопротивление установки 20 кПа.
• Объём рабочего раствора рассчитан на 2 месяца работы
• Срок службы установки 5 лет.
• Масса: 1 450 кг.

Внешние габариты рамы:

Длина 6000 мм, Высота 2200 мм, ширина 2000 мм

+ёмкость раствора 10 м3 (3 Х 2 м) + Ёмкость приёма серы (2 Х 2 м)

Возможен монтаж в контейнер для установки и система вентиляции, при необходимости.

Хемосорбционная очистка газа

Основным преимуществом хемосорбционных процессов является высокая и надежная степень очистки газа от кислых компонентов при низкой абсорбции углеводородных компонентов сырьевого газа.

В качестве хемосорбентов применяют едкий натрий и калий, карбонаты щелочных металлов и наиболее широко — алканоламины.

Очистка газа растворами алканоламинов

Аминовые процессы применяют в промышленности, начиная с 1930-го года, когда впервые была разработана и запатентована в США схема аминовой установки с фенилгидразином в качестве абсорбента.

Процесс был усовершенствован применением в качестве поглотителя водных растворов алканоламинов. Алканоламины, являясь слабыми основаниями, вступают в реакцию с кислыми газами H₂S и СО₂, за счет чего происходит очистка газа. Образующиеся соли при нагревании насыщенного раствора легко разлагаются.

Наиболее известными этаноламинами, используемыми в процессах очистки газа от H₂S и СО₂ являются: моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), триэтаноламин (ТЭА), дигликольамин (ДГА), диизопропаноламин (ДИПА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

До настоящего времени в промышленности на установках по очистке кислых газов в качестве абсорбента, в основном, применяется моноэтаноламин (МЭА), а также диэтаноламин (ДЭА). Однако в последние годы наблюдается тенденция по замене МЭА на более эффективный абсорбент — метилдиэтаноламин (МДЭА).

На риснке показана основная однопоточная схема абсорбционной очистки газа растворами этаноламинов. Поступающий на очистку газ проходит восходящим потоком через абсорбер навстречу потоку раствора. Насыщенный кислыми газами раствор с низа абсорбера подогревается в теплообменнике регенерированным раствором из десорбера и подается на верх десорбера.

После частичного охлаждения в теплообменнике регенерированный раствор дополнительно охлаждается водой или воздухом и подается на верх абсорбера.

Кислый газ из десорбера охлаждается для конденсации водяных паров. Конденсат в виде флегмы непрерывно возвращается обратно в систему для поддержания заданной концентрации раствора амина.

Щелочные (карбонатные) способы очистки газа

Применение растворов аминов для очистки газов с малым содержанием H₂S (менее 0,5% об.) и высоким соотношением СО₂ к H₂S считается нерациональным, так как содержание H₂S в газах регенерации составляет 3–5% об. Получение серы из таких газов на типовых установках практически невозможно, и их приходится сжигать на факелах, что приводит к загрязнению атмосферы.

Для очистки газов, содержащих незначительные количества H₂S и CO₂, в промышленности используют щелочные (карбонатные) способы очистки. Применение растворов щелочей (карбонатов) в качестве поглотителя повышает концентрацию H₂S в газах регенерации и упрощает схемы установок по производству серы или серной кислоты.

Промышленный процесс щелочной очистки природного газа имеет следующие преимущества:

• тонкая очистка газа от основных серосодержащих соединений;
• высокая избирательность к сероводороду в присутствии диоксида углерода;
• высокая реакционноспособность и химическая стойкость поглотителя;
• доступность и дешевизна поглотителя;
• низкие эксплутационные затраты.

Применение щелочных способов очистки газа также целесообразно в промысловых условиях для очистки небольших количеств сырьевого газа и при небольшом содержании в газе H₂S.

Перечень лучших фильтров

Существует большой выбор систем для очистки воды от сероводорода, но можно выделить 3 наиболее удачные.

Комплект аэрации РосВода LP-13

Комплексная система состоит из корпуса-баллона Canature 1354, воздушного компрессора LP12, дренажно-распределительной системы 13-14, оголовка аэрации и контроллера давления.

Установка используется в водоочистительных системах коттеджей и домов, она совместима с большинством фильтров тонкой очистки. Емкость для воды пропускает 2 м3/час. Максимальное давление в системе – 1 МПа, максимальная рабочая температура – 55°С.

После очистки концентрация железа не превышает 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л. Показателей по сероводороду нет, но до концентраций, близких к ПДК, установка очищать должна. Цена: 40 600 руб.

Плюсы:

• корпус сделан из прочного композита, устойчивого к ржавчине;
• у системы хорошая пропускная способность;
• она устойчива к перепадам давления, ведь контроллер выравнивает показатели.

Гейзер «Аэрация и обезжелезивание»

Установка очищает воду из скважин от железа, солей жесткости и сероводорода. Она обеспечивает пять ступеней очистки.

Первый фильтр – дисковый – задерживает механические примеси размером от 130 мкм.

Вторая стадия – аэрация. На этом этапе частично удаляется сероводород, железо и магний. Затем вода поступает в фильтр с каталитической загрузкой Экофер, где окисляются ионы железа и марганца.

Последний картридж механической очистки осаждает нерастворимые частицы размером от 10 мкм. Цена: 80 000 руб.

Плюсы:

• эффективно удаляет запах сероводорода;
• не требует реактивов для регенерации;
• служит не меньше 5 лет;
• работает в автоматическом режиме.

К минусам можно отнести высокую стоимость.

Система для загородного дома Экодар

Установка снижает концентрацию:

1. железа,
2. сероводорода,
3. марганца,
4. механических примесей,
5. делает воду прозрачной,
6. избавляет от неприятного запаха,
7. устраняет бактерии.

После очистки воду можно пить без опасений. Эта компактная система состоит из:

• аэрационной колонны,
• воздушного компрессора,
• фильтра-умягчителя,
• промывного грязевого фильтра,
• фильтра тонкой очистки,
• УФ-стерилизатора,
• регулятора жесткости воды,
• других комплектующих.

Производительность системы – 1,5-3,5 куб.м/час, рабочий диапазон температур – 2-37°С, давление – 2,5-8,2 атм. Цена: от 255 500 руб.

Плюсы:

• система автоматизированная;
• оборудование состоит из надежных европейских и американских комплектующих;
• занимает мало места по сравнению с похожими установками;
• работает даже при низком давлении в водопроводе;
• не требует использования реагентов;
• срок службы – до 10 лет, при этом гарантия – 4 года, а на чистую воду после установки – 12 месяцев.

Минусы:

• нужен большой объем воды для обратной промывки картриджа – 600-1000 л;
• оборудование дорогое.

Экономическая целесообразность

Выбранный процесс должен быть экономически эффективным в соответствии с различными спецификациями и требованиями. Во всем мире правила обычно ограничивают сжигание H₂S.

Очистить газовые потоки, содержащие очень низкие концентрации H₂S, можно разными способами, в зависимости от общих условий. Если поток кислого газа содержит более 30-45 кг серы в день в форме H₂S в сырьевом, для очистки потока кислого газа обычно выбирают регенеративный химический абсорбент. Для кислого газа, имеющего очень низкое содержание H₂S , обычно используется химический нейтрализатор. В таких случаях химическое вещество расходуется, и метод окончательного удаления отработанного химического вещества является предметом обсуждения.

Перечень лучших фильтров

Существует большой выбор систем для очистки воды от сероводорода, но можно выделить 3 наиболее удачные.

Комплект аэрации РосВода LP-13

Комплексная система состоит из корпуса-баллона Canature 1354, воздушного компрессора LP12, дренажно-распределительной системы 13-14, оголовка аэрации и контроллера давления.

Установка используется в водоочистительных системах коттеджей и домов, она совместима с большинством фильтров тонкой очистки. Емкость для воды пропускает 2 м3/час. Максимальное давление в системе – 1 МПа, максимальная рабочая температура – 55°С.

После очистки концентрация железа не превышает 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л. Показателей по сероводороду нет, но до концентраций, близких к ПДК, установка очищать должна. Цена: 40 600 руб.

Плюсы:

• корпус сделан из прочного композита, устойчивого к ржавчине;
• у системы хорошая пропускная способность;
• она устойчива к перепадам давления, ведь контроллер выравнивает показатели.

Гейзер «Аэрация и обезжелезивание»

Установка очищает воду из скважин от железа, солей жесткости и сероводорода. Она обеспечивает пять ступеней очистки.

Первый фильтр – дисковый – задерживает механические примеси размером от 130 мкм.

Вторая стадия – аэрация. На этом этапе частично удаляется сероводород, железо и магний. Затем вода поступает в фильтр с каталитической загрузкой Экофер, где окисляются ионы железа и марганца.

Последний картридж механической очистки осаждает нерастворимые частицы размером от 10 мкм. Цена: 80 000 руб.

Плюсы:

• эффективно удаляет запах сероводорода;
• не требует реактивов для регенерации;
• служит не меньше 5 лет;
• работает в автоматическом режиме.

К минусам можно отнести высокую стоимость.

Система для загородного дома Экодар

Установка снижает концентрацию:

1. железа,
2. сероводорода,
3. марганца,
4. механических примесей,
5. делает воду прозрачной,
6. избавляет от неприятного запаха,
7. устраняет бактерии.

После очистки воду можно пить без опасений. Эта компактная система состоит из:

• аэрационной колонны,
• воздушного компрессора,
• фильтра-умягчителя,
• промывного грязевого фильтра,
• фильтра тонкой очистки,
• УФ-стерилизатора,
• регулятора жесткости воды,
• других комплектующих.

Производительность системы – 1,5-3,5 куб.м/час, рабочий диапазон температур – 2-37°С, давление – 2,5-8,2 атм. Цена: от 255 500 руб.

Плюсы:

• система автоматизированная;
• оборудование состоит из надежных европейских и американских комплектующих;
• занимает мало места по сравнению с похожими установками;
• работает даже при низком давлении в водопроводе;
• не требует использования реагентов;
• срок службы – до 10 лет, при этом гарантия – 4 года, а на чистую воду после установки – 12 месяцев.

Минусы:

• нужен большой объем воды для обратной промывки картриджа – 600-1000 л;
• оборудование дорогое.

Характеристики исходного газа:

• Температура на входе в установку 20С
• Давление избыточное 6 кПа (0,05 атм.)
• Объёмный расход газа 20/100/200 нм3/час
• Концентрация сероводорода (H2S) до 0,05 об. (5% об.)

Пример типичного общего химического состава, когда происходит утилизация попутного газа:

№	Наименование вещества	Молярные доли, %	Массовые доли, %
1	Кислород (О2)	1,3881	1,7149
2	Азот (N2)	5,8661	6,3419
3	Метан (CH4)	61,1161	37,8950
4	Углекислый газ (СО2)	31,6161	54,0100
5	Пропан (С3Н8)	0,0018	0,0031
6	Изобутан (С4Н10)	0,0010	0,0023
7	Н-бутан (С4Н10)	0,0024	0,0055
8	Изопентан (С5Н12)	0,0014	0,0041
9	Н-пентан (С5Н12)	0,0015	0,0046
10	Гексан (С6Н14)	0,0055	0,0182

Амины [ править ]

Концентрация амина в абсорбирующем водном растворе является важным параметром при разработке и функционировании процесса обработки аминного газа. В зависимости от того, для какого из следующих четырех аминов устройство было разработано, и для каких газов оно предназначено для удаления, это некоторые типичные концентрации амина, выраженные в процентах по массе чистого амина в водном растворе:

• Моноэтаноламин: около 20% для удаления H ₂ S и CO ₂ и около 32% для удаления только CO ₂ .
• Диэтаноламин: около 20-25% для удаления H ₂ S и CO _2.
• Метилдиэтаноламин: от 30 до 55% для удаления H ₂ S и CO _2.
• Дигликоламин: около 50% для удаления H ₂ S и CO _2.

Выбор концентрации амина в циркулирующем водном растворе зависит от ряда факторов и может быть совершенно произвольным. Обычно это делается просто на основе опыта. Участвующие факторы включают в себя то, обрабатывает ли установка аминов неочищенный природный газ или побочные продукты нефтепереработки , которые содержат относительно низкие концентрации как H ₂ S, так и CO _2, или обрабатывает ли установка газы с высоким процентным содержанием CO _2, такие как отходящий газ из процесса риформинга пара , используемого в производстве аммиака или дымовых газов от электростанций .

И H ₂ S, и CO ₂ являются кислыми газами и, следовательно, вызывают коррозию углеродистой стали . Однако в установке аминовой обработки CO ₂ является более сильной кислотой из двух. H ₂ S образует пленку сульфида железа на поверхности стали, которая защищает сталь. При обработке газов с высоким содержанием CO ₂ часто используются ингибиторы коррозии, что позволяет использовать более высокие концентрации амина в циркулирующем растворе.

Другим фактором, влияющим на выбор концентрации амина, является относительная растворимость H ₂ S и CO ₂ в выбранном амине. Выбор типа амина повлияет на требуемую скорость циркуляции раствора амина, потребление энергии для регенерации и способность выборочно удалять либо только H ₂ S, либо только CO _2, если желательно. Дополнительные сведения о выборе концентрации амина можно найти в книге Коля и Нильсена.

MEA и DEA править

МЭА и ДЭА представляют собой первичные и вторичные амины. Они очень реактивны и могут эффективно удалять большой объем газа из-за высокой скорости реакции. Однако из-за стехиометрии загрузочная способность ограничена 0,5 моль CO ₂ на моль амина. MEA и DEA также требуют большого количества энергии для удаления CO ₂ во время регенерации, что может составлять до 70% от общих эксплуатационных расходов. Они также более агрессивны и химически нестабильны по сравнению с другими аминами.

Промышленное использование

На нефтеперерабатывающих заводах высокосернистый газ, который требуется удалить, обычно представляет собой H ₂ S.. Обработка газа аминами составляет стадию обессеривания . Пары амина в сочетании с серой, которые выходят из регенератора, обычно обрабатываются в процессе Клауса , где они превращаются в чистую серу . Большая часть из 64 000 тонн чистой серы, произведенной во всем мире в 2005 году, является побочным продуктом этого процесса. Альтернативой процессу Клауса является процесс влажной сернистой кислоты  (fr), который восстанавливает серу в форме серной кислоты (H ₂ SO ₄) концентрированный. У некоторых растений регенератор связан с несколькими поглотителями.

При синтезе аммиака из природного газа, то газообразный водород в результате из углеводородного сырья , освобождаются от CO _2. который он содержит обработкой аминами.

Одно из приложений , которые могли бы быть разработаны является снижение выбросов парниковых газов , испускаемых тепловых электростанций , где лечение с аминами представляет собой подходящую технологию и альтернативой адсорбции методом инверсии давления .

Стали промышленность оценки, по тем же причинам, лечение его технологических газов с аминами или другим процессом. Так, японская компания Nippon Steel , а также ее корейский конкурент POSCO испытали очистку доменного газа , богатого CO _2., аминами. Эффективность, как и чистота, процессов прямого восстановления также может быть улучшена путем обработки их газа аминами. Однако в 2014 году только адсорбция с реверсивным давлением , процесс с аналогичной производительностью, работала в промышленных масштабах на нескольких установках прямого восстановления.

Промывка амином – одна из доступных технологий очистки биогаза до биометана .

Выводы и полезное видео по теме

Со спецификой извлечения сероводорода из попутного газа, добываемого вместе с нефтью нефтяной скважиной, ознакомит следующий ролик:

Установку очистки голубого топлива от сероводорода с получением элементарной серы для дальнейшей переработки представит видео:

О том, как в домашних условиях избавить от сероводорода биогаз, расскажет автор этого видеоролика:

Выбор способа очистки газа, прежде всего, ориентируется на решение определенной задачи. У исполнителя есть два пути: следовать проверенной схеме или предпочесть что-либо новое. Однако главным ориентиром должна быть все же экономическая целесообразность при сохранении качества и получении нужной степени обработки.