Сырье крупных месторождений нефти и газа, характеризуются высоким содержанием кислых компонентов (H2S и СО2) и сероорганических соединений. Применение в данном случае традиционных процессов очистки сопряжено с большими удельными капитальными и эксплуатационными затратами. Это поставило проблему разработки и промышленного освоения новых, экономичных и безотходных технологий, обеспечивающих полное и квалифицированное использование всех компонентов перерабатываемого сырья с учетом возрастающих требований по экологической безопасности и энергоресурсосбережению.
Основным направлением интенсификации процессов очистки природного газа от H2S и СО2 и сероорганических соединений является применение водно-неводных абсорбентов на основе диэтаноламина и метилдиэтаноламина. Это позволяет в зависимости от конкретных условий решать различные задачи: селективное извлечение сероводорода из смеси с диоксидом углерода, комплексная очистка газа от кислых компонентов и сероорганических соединений и др.
В результате был разработан ряд новых эффективных и экономических процессов:
процесс сероочистки газа высококонцентрированными растворами диэтаноламина (40 % мас.);
процесс селективной очистки газа от сероводорода с использованием растворов МДЭА;
процесс очистки газа с применением водных растворов смеси МДЭА и ДЭА;
процесс одновременной очистки газа от кислых компонентов и сероорганических соединений абсорбентом физико-химического действия.
Повышение концентрации амина позволяет снизить количество циркулирующего раствора при сохранении нагрузки по сырому газу, и, следовательно, сократить затраты теплоты на регенерацию насыщенных растворов, а также потребление электроэнергии на перекачку раствора амина.
Испытания проводили на одной установке III очереди ОГПЗ. Установка состоит из двух идентичных параллельно работающих ниток, каждая из которых включает один абсорбер с диаметром Nн = 3,8 м и один десорбер переменного сечения Nн = 2,7/3,7 м (верх/низ) с соответствующим теплообменным и холодильным оборудованием.
Абсорбер и десорбероснащеныситчатыми тарелками провального типа. В абсорбере установлено 25 тарелок, в десорбере — 33 тарелки (в отпарной — нижней части — 22 тарелки, в верхней — кондиционно-охладительной — 10 тарелок). Питание абсорбера — двухпоточное с одинаковой степенью регенерации раствора на 15 и 25 тарелки с соотношением потоков — 40/60 % от общего количества циркулирующего раствора.
Испытания проводились при соблюдении основных норм, заложенных в технологическом регламенте на эксплуатацию установок сероочистки газа.
Из полученных данных следует, что повышение концентрации ДЭА с проектного значения 25 % мас. до 40 % мас. позволило примерно в 1,5 раза сократить кратность циркуляции абсорбента при одновременном сокращении расхода пара на регенерацию более 10 %. Кроме того, это дает возможность увеличить долю более крепкого по H2S и СО2 газа КГКМ в смеси с газом ОГКМ с 70 до 110 тыс. м3/ч при сохранении общей загрузке абсорбера сырым газом на уровне 300 тыс. м3/ч.
Одним из путей интенсификации процесса очистки газа, когда содержание СО2 в очищенном газе не регламентируется, является проведение селективной абсорбции H2S с использованием третичных аминов. Из опробированных в промышленном масштабе третичных аминов наилучшие характеристики имеет метилдиэтаноламин.
МДЭА относится к тому же классу абсорбентов, что и ДЭА, и имеет близкие к ДЭА физико-химические характеристики. Токсикологические свойства МДЭА такие же, как и у ДЭА. Из литературных данных и экспериментально было установлено, что коррозионная агрессивность растворов МДЭА такая же или меньше, чем растворов ДЭА. Пенообразующие характеристики МДЭА идентичны ДЭА.
МДЭА имеет ряд важных преимуществ по сравнению с ДЭА. Он обладает меньшей реакционной способностью по отношению к СО2 и меньшей теплотой реакции с H2S и СО2, что позволяет за счет неполного извлечения СО2 повысить мощность установок сероочистки газа и/или снизить затраты тепла на регенерацию абсорбента. Кроме того, селективная очистка дает возможность увеличить содержание H2S в кислых газах, что облегчает последующую переработку их с получением серы.
До последнего времени в мировой практике МДЭА — процесс использовался исключительно для очистки малосернистых газов. Сырьем установки служил газ КГКМ и смешанный газ ОГКМ+КГКМ. Предварительно проводился контрольный пробег установки на ДЭА.
Селективность характеризовали величиной γ = (ёвых/ёвх) х 100, % — доля непоглощенного диоксида углерода (проскок СО2 в очищенном газе) при практически полном извлечении H2S из газа.
Установлено, что при использовании ДЭА для получения кондиционного по H2S очищенного газа нагрузка абсорбера по сырьевому газу КГКМ составляет не более 160–165 тыс. м3/ч или 50 % от номинальной производительности.
В случае использования МДЭА расход газа КГКМ на абсорбер достигал 250 тыс. м3/ч (80 % номинальной производительности). Сохранение проектной номинальной производительности было достигнуто при селективной очистке МДЭА смешанного газа ОГКМ и КГКМ. При этом доля газа КГКМ в смешанном потоке была примерно на 25 % больше, чем для ДЭА. Содержание СО2в очищенном газе было на уровне 20 % от исходного при очистке от H2S не более 20 мг/м3. Вследствие этого увеличилось содержание H2S в кислых газах регенерации абсорбента на 5–10 % по сравнению с ДЭА — очисткой, что привело к повышению степени конверсии H2S в серу на установках Клауса.
В результате промышленных испытаний получены данные о влиянии удельного орошения, концентрации МДЭА в растворе, степени насыщения амина кислыми газами и температуры абсорбции на селективность процесса очистки газа.
Показано, что селективность снижается с увеличением удельного орошения и возрастает при уменьшении концентрации МДЭА в растворе и при увеличении насыщения амина кислыми газами. Наибольшее влияние на селективность МДЭА оказывает температура регенерированного раствора, подаваемого в абсорбер. Повышение температуры регенерированного амина на 10–15 °С приводит к снижению в 1,3–1,5 раза селективности МДЭА.
Возможно увеличить селективность МДЭА за счет ввода в раствор различных органических добавок. В качестве таких добавок рекомендованы, например, моно- или диэтиленгликоль. Экспериментально было установлено, что использование таких абсорбентов позволяет в 1,2–1,4 раза снизить скорость поглощения СО2 по сравнению с водным раствором МДЭА, в результате чего в промышленных условиях содержание СО2 в очищенном газе (проскок СО2) может быть увеличено до 30 % от исходной величины.
Литература:
- Переработка природного газа и конденсата: Справочник: В 2ч. — М: ООО «Недрабизнесцентр», 2002. — 517 с.
- Рябова T. C., Чемодуров П. А. Очистка природного газа от сероводорода. М.:ВНМИГазпром,1997.
- Морева Н. П. Разработкапроцессаочисткиприродногогазаот сернистых соединений. 1998 г.
- Собуров К. А. Разработка способа очистки газов от кислых компонентов. 2001 г.
