从硫化氢中提纯胺气：原理、有效选择和装置方案

化石燃料提纯的目的

天然气是最流行的燃料类型。它以最实惠的价格吸引人，对环境造成的破坏最小。不可否认的优势包括易于控制燃烧过程以及在获得热能的过程中确保燃料加工的所有阶段的能力。

然而，天然气化石不是以其纯净形式开采的，因为。伴随的有机化合物在从井中抽出气体的同时被抽出。其中最常见的是硫化氢，其含量从百分之十到百分之十或更多不等，具体取决于沉积物。

硫化氢有毒，对环境有害，对气体处理中使用的催化剂有害。正如我们已经注意到的，这种有机化合物对钢管和金属阀门具有极强的腐蚀性。

自然地，硫化氢腐蚀私人系统和主要天然气管道，导致蓝色燃料泄漏以及与此事实相关的极其负面、危险的情况。为了保护消费者，甚至在将气体燃料输送到高速公路之前，就已经从气体燃料的成分中去除了对健康有害的化合物。

按照管道输送气体中硫化氢化合物的标准，不能超过0.02g/m³。然而，事实上，它们还有很多。为了达到 GOST 5542-2014 规定的值，需要进行清洁。

使用醇胺进行清洁的四种选择

烷醇胺或氨基醇是不仅含有胺基而且还含有羟基的物质。

用链烷醇胺净化天然气的装置和技术的设计主要在吸收剂的供应方式上有所不同。大多数情况下，四种主要方法用于使用这种类型的胺进行气体净化。

第一种方式。从上方预先确定一个流中活性溶液的供应。吸收剂的全部体积被送到装置的顶板。清洁过程在不高于 40ºС 的温度背景下进行。

最简单的清洁方法包括在一个流中提供活性溶液。如果气体中含有少量杂质，则使用此技术

该技术通常用于硫化氢化合物和二氧化碳的轻微污染。在这种情况下，获得商业气体的总热效应通常较低。

第二种方式。当气体燃料中硫化氢化合物的含量很高时，使用此净化选项。

在这种情况下，反应溶液被送入两个流中。第一个，体积约为总质量的 65-75%，被送到装置的中间，第二个从上方输送。

胺溶液沿塔板向下流动并遇到上升的气流，这些气流被强制流到吸收器的底部塔板上。上菜前，将溶液加热至不超过 40ºС，但在气体与胺的相互作用期间，温度会显着升高。

为了使清洗效率不因温度升高而降低，多余的热量与硫化氢饱和的废液一起被带走。并且在装置的顶部，流体被冷却，以便与冷凝液一起提取剩余的酸性成分。

所述方法中的第二种和第三种方法预先确定了吸收剂溶液在两股流中的供应。在第一种情况下，试剂在相同的温度下提供，在第二种情况下 - 在不同的温度下提供。

这是一种减少能源消耗和活性溶液消耗的经济方式。在任何阶段都不进行额外的加热。从技术上讲，它是一个二级净化，它提供了一个机会，以最小的损失准备可销售的天然气供应给管道。

第三种方式。它涉及以两种不同温度的流向清洁设备供应吸收剂。如果原料气中除硫化氢和二氧化碳外，还含有 CS，则应用该技术₂，和COS。

吸收器的主要部分，大约 70-75%，被加热到 60-70ºС，其余部分仅高达 40ºС。料流以与上述情况相同的方式进入吸收器：从上方进入中间。

高温区的形成使得可以快速有效地从净化塔底部的气团中提取有机污染物。并且在顶部，二氧化碳和硫化氢被标准温度的胺沉淀。

第四种方式。该技术预先确定了两种不同再生程度的胺水溶液的供应。也就是说，一种以未纯化的形式提供，含有硫化氢夹杂物，第二种 - 没有它们。

第一流不能称为完全污染。它仅部分含有酸性成分，因为其中一些在热交换器中冷却至 +50º/+60ºС 时会被去除。该溶液流从解吸器的底部喷嘴取出，冷却并送至塔的中部。

由于气体燃料中硫化氢和二氧化碳成分含量很高，因此使用两股具有不同再生程度的溶液流进行清洁

深度清洁仅通过注入装置上部区域的那部分溶液。该溪流的温度通常不超过 50ºС。气体燃料的精细清洁在这里进行。该方案允许您通过减少蒸汽消耗将成本降低至少 10%。

很明显，清洁方法的选择是基于有机污染物的存在和经济可行性。无论如何，多种技术可以让您选择最佳方案。在同一个胺气体处理厂，可以改变净化程度，获得具有燃气锅炉、火炉和加热器运行所需特性的蓝色燃料。

现有装置

目前，主要的硫磺生产商是天然气加工厂（GPPs）、炼油厂（ORs）和石化联合企业（OGCC）。这些企业的硫是由高硫烃原料胺处理过程中形成的酸性气体生产的。绝大多数气态硫是通过众所周知的克劳斯法生产的。

硫磺生产厂。奥尔斯克炼油厂

从表 1-3 中的数据可以看出，目前俄罗斯硫磺生产企业生产了哪些类型的商业硫磺。

表 1 - 生产硫磺的俄罗斯炼油厂

表 2 - 俄罗斯生产硫磺的石油和天然气化工联合体

表 3 - 生产硫磺的俄罗斯天然气加工厂

典型安装的工作原理

相对于 H 的最大吸收容量₂S的特征是单乙醇胺溶液。然而，这种试剂有几个明显的缺点。它的特点是相当高的压力和在胺气处理厂运行期间与硫化碳产生不可逆化合物的能力。

第一个减号通过洗涤消除，因此胺蒸气被部分吸收。第二种在现场气体处理过程中很少遇到。

单乙醇胺水溶液的浓度是根据经验选择的，在进行的研究的基础上，用于净化来自某个领域的气体。在选择试剂的百分比时，要考虑其承受硫化氢对系统金属成分的侵蚀性影响的能力。

吸收剂的标准含量通常在 15% 到 20% 的范围内。但是，经常会发生浓度增加到30％或降低到10％的情况，这取决于净化程度应该有多高。那些。出于什么目的，在加热或聚合物化合物的生产中，将使用气体。

请注意，随着胺化合物浓度的增加，硫化氢的腐蚀性会降低。但必须考虑到在这种情况下试剂的消耗量会增加。因此，纯化的商业气体的成本增加。

清洁设备的主要单元是板形或安装型吸收器。这是一种垂直定向的、外部类似试管装置，内部带有喷嘴或板。在其下部有一个用于供应未经处理的气体混合物的入口，在顶部有一个通向洗涤器的出口。

如果要在工厂中纯化的气体处于足以使试剂进入热交换器然后进入汽提塔的压力下，则该过程在没有泵参与的情况下进行。如果压力不足以使过程流动，则通过泵送技术刺激流出

通过入口分离器后的气流被注入吸收器的下部。然后它通过位于身体中间的板或喷嘴，污染物沉淀在上面。用胺溶液完全润湿的喷嘴通过光栅相互隔开，以使试剂均匀分布。

此外，从污染中净化的蓝色燃料被送到洗涤器。该装置可以连接在吸收器之后的处理电路中，也可以位于吸收器的上部。

用过的溶液流下吸收器的壁并被送到一个汽提塔 - 一个带有锅炉的解吸器。在那里，当水沸腾返回装置时，溶液会清除吸收的污染物，并释放蒸汽。

再生，即除去硫化氢化合物后，溶液流入热交换器。在其中，液体在将热量传递给下一部分受污染溶液的过程中被冷却，然后通过泵将其泵入冰箱进行充分冷却和蒸汽冷凝。

冷却的吸收剂溶液被送回吸收器。这就是试剂在植物中循环的方式。它的蒸汽也被冷却并清除酸性杂质，然后补充试剂的供应。

大多数情况下，单乙醇胺和二乙醇胺方案用于气体净化。这些试剂不仅可以从蓝色燃料的成分中提取硫化氢，还可以提取二氧化碳

如果需要同时从处理过的气体中去除 CO₂ 和 H₂S、进行两级清洗。它包括使用两种浓度不同的溶液。此选项比单级清洁更经济。

首先，使用试剂含量为 25-35% 的强成分清洁气体燃料。然后用弱水溶液处理气体，其中活性物质只有5-12%。因此，粗清洗和细清洗都以最少的溶液消耗和合理利用产生的热量进行。

技术体系

用再生吸收剂处理酸性气体的典型工艺设备示意图

吸收器

用于净化的酸性气体进入吸收器的下部。该设备通常包含 20 到 24 个塔板，但对于较小的装置，它可能是填充塔。胺水溶液进入吸收器的顶部。当溶液沿塔板向下流动时，它与酸性气体接触，因为气体向上移动通过每个塔板上的液体层。当气体到达容器顶部时，几乎所有的 H₂S 并且，根据使用的吸收剂，所有 CO₂ 从气流中除去。纯化气体符合 H 含量规范₂小号，一氧化碳₂，普通硫磺。

饱和胺的分离加热

饱和胺溶液在底部离开吸收器并通过减压阀，提供大约 4 kgf/cm2 的压降。减压后，富集溶液进入分离器，大部分溶解的烃类气体和一些酸性气体被释放出来。然后溶液流过热交换器，由热再生胺流的热量加热。

解吸器

饱和吸收剂进入装置，吸收剂在约 0.8-1 kgf/cm2 的压力和溶液的沸点下再生。热量由外部来源提供，例如再沸器。汽提后的酸性气体和任何未在分离器中汽化的烃类气体与少量吸收剂和大量蒸汽一起从汽提塔顶部排出。该蒸汽流通过冷凝器，通常是空气冷却器，以冷凝吸收剂和水蒸汽。

液体和气体的混合物进入分离器，通常称为回流罐（回流蓄能器），酸性气体在此与冷凝液体分离。分离器的液相作为回流返回解吸器的顶部。主要由 H 组成的气流₂S和CO₂，通常被送到硫磺回收装置。再生溶液从再沸器通过饱和/再生胺溶液换热器流到空气冷却器，然后到膨胀罐。然后通过高压泵将流泵送回吸收器顶部以继续洗涤酸性气体。

过滤系统

大多数吸收系统都有过滤溶液的方法。这是通过使来自分离器的饱和胺溶液通过微粒过滤器，有时通过碳过滤器来实现的。目的是保持溶液的高纯度以避免溶液起泡。一些吸收剂系统还具有去除分解产物的方法，其中包括在连接再生设备时为此目的维护一个额外的再沸器。

气体净化膜法

目前，技术最先进的气体脱硫方法之一是膜法。这种清洁方法不仅可以去除酸性杂质，还可以同时干燥、汽提原料气并去除其中的惰性成分。当无法使用更传统的方法去除硫排放时，使用膜气脱硫。

膜气体脱硫技术不需要大量的资本投资，也不需要高昂的安装成本。这些设备的使用和维护成本更低。膜式气体脱硫的主要优点包括：

• 没有活动部件。由于此功能，安装可以远程自动进行，无需人工干预；
• 高效的布局确保了重量和面积的最小化，这使得这些设备在海上平台上非常受欢迎；
• 该设计考虑到了最小的细节，可以最大程度地进行脱硫和释放碳氢化合物；
• 气体的膜脱硫为商业产品提供了规范的参数；
• 易于安装工作。整个综合体安装在一个框架上，这使得它可以在短短几个小时内包含在技术方案中。

化学吸附气体净化

化学吸附工艺的主要优点是从酸性组分中高度可靠地净化气体，同时对原料气中烃组分的吸收率低。

苛性钠和钾、碱金属碳酸盐和最广泛使用的链烷醇胺用作化学吸附剂。

用链烷醇胺溶液净化气体

自 1930 年以来，胺工艺一直在工业中使用，当时以苯肼作为吸收剂的胺工厂方案在美国首次开发并获得专利。

通过使用链烷醇胺的水溶液作为清除剂，该工艺得到了改进。链烷醇胺是弱碱，与酸性气体 H 反应₂S和CO₂，因此气体被净化。当加热饱和溶液时，生成的盐很容易分解。

用于气体净化过程的最著名的乙醇胺来自 H₂S和CO₂ 分别是：单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二甘醇胺（DGA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）。

迄今为止，在工业中，在酸性气体处理厂中，单乙醇胺 (MEA) 和二乙醇胺 (DEA) 主要用作吸收剂。然而，近年来出现了用更有效的吸收剂甲基二乙醇胺 (MDEA) 代替 MEA 的趋势。

该图显示了使用乙醇胺溶液进行吸收气体清洁的主要单流程方案。提供用于净化的气体以向上流动的方式通过吸收器朝向溶液流。来自吸收器底部的被酸性气体饱和的溶液在热交换器中被来自解吸器的再生溶液加热并送入解吸器顶部。

在热交换器中部分冷却后，再生溶液再用水或空气冷却并送入吸收器顶部。

来自汽提塔的酸性气体被冷却以冷凝水蒸气。回流冷凝物连续返回系统以保持胺溶液的所需浓度。

碱性（碳酸盐）气体净化方法

使用胺溶液清洁低 H 含量的气体₂S（小于 0.5% vol.）和高 CO₂ 到 H₂S 被认为是不合理的，因为 H 的内容₂再生气体中的 S 为 3–5% vol。在标准工厂中从这些气体中获取硫实际上是不可能的，它们必须燃烧，这会导致大气污染。

用于净化含有少量 H 的气体₂S和CO₂，工业上使用碱性（碳酸盐）清洗方法。使用碱溶液（碳酸盐）作为吸收剂会增加 H 的浓度₂S 在再生气体中，并简化了硫或硫酸工厂的布局。

天然气碱提纯工业工艺具有以下优点：

• 从主要含硫化合物中精细净化气体；
• 在二氧化碳存在下对硫化氢的高选择性；
• 吸收剂的高反应性和耐化学性；
• 吸收器的可用性和低成本；
• 运营成本低。

在现场条件下，也建议使用碱性气体清洁方法来清洁少量原料气和气体中含有少量 H 的气体₂S。

目的

硫生产单位转化 H₂来自胺回收厂和酸性碱性废水中和厂的酸性气流中所含的硫转化为液态硫。通常，两步或三步克劳斯工艺可回收超过 92% 的 H₂S为元素硫。

大多数炼油厂要求硫回收率超过 98.5%，因此第三个克劳斯阶段在硫露点以下运行。第三阶段可能包含选择性氧化催化剂，否则硫生产单元必须包括尾气加力燃烧器。对产生的熔融硫进行脱气正变得越来越流行。大公司提供将熔融硫脱气至 10-20 wt 的专有工艺。 ppmH₂S。

的优点和缺点

优点

1. 安装技术设计的简单性。
2. 从燃烧气体中去除 H2S，从而符合企业的环境标准。

硫磺回收厂的管道腐蚀

缺陷

1. 硫的意外冷凝和积聚会导致诸如工艺气流阻塞、固体硫堵塞、火灾和设备损坏等问题。
2. 市场上的硫磺供过于求。
3. 由于氨、H2S、CO2 的存在可能形成硫酸而腐蚀和污染设备。

清洗过程中吸收剂的选择

吸收剂的所需特性是：

• 需要去除硫化氢H₂S 和其他硫化合物。
• 碳氢化合物的吸收率应该很低。
• 吸收剂的蒸气压必须低以使吸收剂损失最小化。
• 溶剂和酸性气体之间的反应必须是可逆的，以防止吸收剂降解。
• 吸收剂必须是热稳定的。
• 降解产物的去除应该很简单。
• 单位循环吸收剂的酸性气体吸收量应该很高。
• 再生或去除吸收剂所需的热量应该很低。
• 吸收剂必须是非腐蚀性的。
• 吸收剂不得在吸收器或解吸器中起泡。
• 选择性去除酸性气体是可取的。
• 吸收剂必须便宜且容易获得。

不幸的是，没有一种单一的吸收剂具有所有所需的特性。这需要从各种可用的吸收剂中选择最适合处理特定酸性气体混合物的吸收剂。酸性天然气混合物在以下方面有所不同：

• H的含量和比例₂S和CO₂
• 重质或芳香族化合物的含量
• 内容 COS, CS₂ 和硫醇

虽然酸性气体主要用吸收剂处理，但对于弱酸性气体，使用吸收剂或固体试剂可能更经济。在这样的过程中，化合物与 H 发生化学反应₂S 和在清洗过程中消耗，需要定期更换清洗组件。

过程化学

基本反应

该工艺包括根据以下一般反应对硫化氢进行多级催化氧化：

2H₂S+O₂ → 2S+2H₂○

克劳斯工艺包括在反应炉中用空气燃烧三分之一的 H2S，根据以下反应形成二氧化硫 (SO2)：

2H₂S+3O₂ → 2SO₂+2H₂○

剩余未燃烧的三分之二的硫化氢经过克劳斯反应（与 SO2 反应）形成元素硫，如下所示：

2H₂S+SO₂ ←→ 3S + 2H₂○

不良反应

氢气的产生：

2H₂S→S₂ + 2H2

甲烷₄ + 2小时₂O→CO₂ + 4小时₂

羰基硫的形成：

H₂S+CO₂ → S=C=O + H₂○

二硫化碳的形成：

甲烷₄ + 2S₂ → S=C=S+2H₂小号

NPK“Grasys”膜的主要优点及其应用范围

Grasys 气体脱硫方法避免了不必要的财务成本。创新产品不同于类似产品：

• 中空纤维配置；
• 气体混合物成分渗透的速度分量的全新序列；
• 对烃流的大多数组分增加耐化学性；
• 优良的选择性。

在制备天然及伴生气的工艺过程中，所有要去除的杂质都集中在低品位气流中，而符合规定标准的纯化气体以与入口几乎相同的压力排出。

我公司开发的碳氢化合物膜的主要用途是气体脱硫。但这些远非我们创新产品的所有应用。有了它，您可以：

• 通过消除气体燃烧解决许多环境问题，即将污染环境的有害排放减少到零；
• 直接在生产设施中制备、干燥和利用气体；
• 确保设备完全独立于运输计划、基础设施以及能源载体。产生的气体可用作燃气轮机发电厂、锅炉房以及供暖更换房的燃料。有燃气，热水、取暖不用进口煤；
• 去除硫磺，干燥并准备供应给主要天然气管道的气体（标准 STO Gazprom 089-2010）；
• 由于工艺流程的优化，节省了材料资源。

RPC“Grasys”可以为每个客户提供最佳的工程解决方案，考虑到进入的原料气流的参数、脱硫程度的要求、水和碳氢化合物的露点、商业产品的体积及其成分组成。

关于该主题的结论和有用的视频

以下视频将让您了解从油井与石油一起生产的伴生气中提取硫化氢的细节：

视频将介绍从硫化氢中提纯蓝色燃料并生产元素硫以进行进一步加工的装置：

这个视频的作者将告诉你如何在家里摆脱硫化氢中的沼气：

气体净化方法的选择主要集中在解决特定问题上。表演者有两条路：遵循经过验证的模式或喜欢新的东西。然而，主要指导方针仍然应该是经济可行性，同时保持质量并获得所需的加工程度。