황화수소로부터의 아민 가스 정화: 원리, 효과적인 옵션 및 플랜트 다이어그램

파이프라인을 통해 소비자에게 전달하기 위해 들판에서 추출한 천연 가스에는 다양한 비율의 황 화합물이 포함되어 있습니다.제거하지 않으면 공격적인 물질로 인해 파이프라인이 파괴되고 피팅을 사용할 수 없게 됩니다. 또한, 오염된 청색연료가 연소되면 독소가 방출됩니다.

부정적인 결과를 피하기 위해 황화수소로부터 아민 가스 정화가 수행됩니다. 이는 화석 연료에서 유해 성분을 분리하는 가장 간단하고 저렴한 방법입니다. 황 함유물 분리 과정이 어떻게 진행되는지, 정화 시설이 어떻게 설계되고 운영되는지 알려 드리겠습니다.

화석연료 정화의 목적

가스는 가장 널리 사용되는 연료 유형입니다. 가장 저렴한 가격으로 매력을 느끼고 환경 상황에 대한 피해를 최소화합니다. 부인할 수 없는 장점에는 연소 과정 제어가 용이하고 열 에너지 생산 중 연료 처리의 모든 단계를 확보할 수 있는 능력이 포함됩니다.

그러나 천연가스 광물은 순수한 형태로 채굴되지 않습니다. 가스 추출과 동시에 관련 유기 화합물이 우물에서 펌핑됩니다. 그 중 가장 흔한 것은 황화수소이며, 그 함량은 침전물에 따라 10분의 1에서 10% 이상까지 다양합니다.

황화수소는 독성이 있고 환경에 위험하며 가스 처리에 사용되는 촉매에 해롭습니다. 이미 언급한 바와 같이, 이 유기 화합물은 강철 파이프와 금속 밸브에 매우 공격적입니다.

당연히 민간 시스템을 부식시키고, 주요 가스 파이프라인, 황화수소는 청색 연료의 누출 및 이 사실과 관련된 극도로 부정적이고 위험한 상황으로 이어집니다. 소비자를 보호하기 위해 가스 연료가 파이프라인으로 전달되기 전에 건강에 해로운 화합물이 가스 연료에서 제거됩니다.

표준에 따르면 파이프를 통해 운송되는 가스의 황화수소 화합물은 0.02g/m3를 초과할 수 없습니다. 그러나 실제로는 훨씬 더 많습니다. GOST 5542-2014에 규정된 값을 달성하려면 청소가 필요합니다.

황화수소 분리를 위한 기존 방법

청색 연료에는 다른 불순물 중에서 가장 많은 부분을 차지하는 황화수소 외에도 다른 유해한 화합물이 포함될 수 있습니다. 이산화탄소, 경질 메르캅탄 및 황화탄소가 발견됩니다. 그러나 황화수소 자체는 항상 우세합니다.

정제된 가스 연료에 함유된 황 화합물의 일부 미량 함량은 허용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 특정 허용 오차 수치는 가스 생산 목적에 따라 다릅니다.예를 들어, 산화에틸렌을 생산하려면 황 불순물의 총 함량이 0.0001 mg/m3 미만이어야 합니다.

청소 방법은 원하는 결과에 따라 선택됩니다.

현재 존재하는 모든 방법은 두 그룹으로 나뉩니다.

• 흡수성. 이는 고체(흡착) 또는 액체(흡수) 시약에 의한 황화수소 화합물의 흡수와 그에 따른 황 또는 그 유도체의 방출을 포함합니다. 그 후 가스에서 분리된 유해한 불순물을 폐기하거나 처리합니다.
• 촉매. 이는 황화수소의 산화 또는 환원으로 구성되어 이를 황 원소로 변환합니다. 이 과정은 화학 반응 과정을 자극하는 물질인 촉매의 존재 하에서 수행됩니다.

흡착에는 황화수소를 고체 표면에 농축하여 수집하는 작업이 포함됩니다. 대부분의 경우 활성탄 또는 산화철을 기반으로 한 입상 물질이 흡착 공정에 사용됩니다. 곡물의 큰 비표면적 특성은 황 분자의 최대 보유에 기여합니다.

모든 청색연료 정화 방법은 흡착식과 촉매식으로 구분됩니다. 청소 장비는 특정 기술의 작동 원리에 중점을 둡니다. 그러나 여러 가지 방법을 결합하여 포괄적인 청소를 수행하는 설치도 있습니다.

흡수 기술은 기체 황화수소 불순물이 활성 액체 물질에 용해된다는 점에서 다릅니다. 결과적으로 기체 오염물질이 액체상으로 이동합니다. 그런 다음 분리된 유해 성분은 스트리핑 또는 탈착을 통해 제거되며, 이 방법을 통해 반응성 액체에서 제거됩니다.

흡착 기술은 "건식 공정"을 의미하고 청색 연료를 정밀하게 정제할 수 있다는 사실에도 불구하고 천연 가스에서 오염 물질을 제거하는 데 흡착이 더 자주 사용됩니다. 액체 흡수제를 사용하여 황화수소 화합물을 수집하고 제거하는 것이 더 수익성이 높고 편리합니다.

가장 널리 사용되는 유형의 흡착제는 활성탄이며 캡슐이나 알갱이 형태로 사용됩니다. 각 요소의 표면은 황화수소 및 기타 유기 함유물을 "흡수"합니다.

가스 정화에 사용되는 흡수 방법은 다음 세 그룹으로 나뉩니다.

• 화학적인. 황화수소 산성 오염물질과 쉽게 반응하는 용매를 사용하여 제조되었습니다. 에탄올아민이나 알칸올아민은 화학 흡착제 중에서 흡수 능력이 가장 높습니다.
• 물리적. 이는 액체 흡수제에 황화수소 가스를 물리적으로 용해시켜 수행됩니다. 또한, 가스상 오염물질의 분압이 높을수록 용해 과정이 더 빨리 진행됩니다. 여기서는 메탄올, 프로필렌 카보네이트 등이 흡수제로 사용됩니다.
• 결합된. 황화수소 추출의 혼합 버전에는 두 기술이 모두 포함됩니다. 주요 작업은 흡착에 의해 이루어지며, 미세한 정화는 흡착제에 의해 수행됩니다.

반세기 동안 천연연료에서 황화수소와 탄산을 분리 제거하기 위한 가장 대중적이고 대중적인 기술은 수용액 형태로 사용되는 아민 흡착제를 이용한 화학가스 정화 기술이다.

천연 연료를 정화하기 위한 수착 방법은 고체 및 액체 물질이 황화수소 및 기타 유기 불순물과 반응하여 가스 구성 요소에서 방출되는 능력을 기반으로 합니다.

아민 기술은 다음과 같은 이유로 대량의 가스를 처리하는 데 더 적합합니다.

• 부족함이 없습니다. 시약은 항상 청소에 필요한 양만큼 구입할 수 있습니다.
• 허용되는 흡수. 아민은 높은 흡수력을 특징으로 합니다. 사용된 모든 물질 중에서 오직 이들 물질만이 가스에서 황화수소를 99.9% 제거할 수 있습니다.
• 우선순위 특성. 아민 수용액은 가장 적합한 점도, 증기 밀도, 열적 및 화학적 안정성, 낮은 열용량을 특징으로 합니다. 이들의 특성은 최상의 흡수 과정을 보장합니다.
• 반응성 물질의 독성이 없습니다. 이것은 아민 방법에 의지하도록 설득하는 중요한 논거입니다.
• 선택성. 선택적 흡수에 필요한 품질. 최적의 결과를 얻기 위해 필요한 순서대로 필요한 반응을 순차적으로 수행하는 기능을 제공합니다.

황화수소와 이산화탄소로부터 가스를 정화하기 위한 화학적 방법에 사용되는 에탄올아민에는 모노에탄올아민(MEA), 디에탄올아민(DEA) 및 트리에탄올아민(TEA)이 포함됩니다. 또한 접두사 mono- 및 di-가 붙은 물질은 가스와 H에서 제거됩니다.₂S 및 CO₂. 그러나 세 번째 옵션은 황화수소만 제거하는 데 도움이 됩니다.

청색연료의 선택적 세정에는 메틸디에탄올아민(MDEA), 디글리콜아민(DGA), 디이소프로판올아민(DIPA)이 사용됩니다. 선택적 흡수제는 주로 해외에서 사용됩니다.

당연히 시스템에 전달되기 전에 모든 세척 요구 사항을 충족하는 이상적인 흡수제입니다. 가스 가열 다른 장비의 공급은 아직 존재하지 않습니다. 각 용매에는 단점과 함께 몇 가지 장점이 있습니다. 반응성 물질을 선택할 때 제안된 여러 물질 중에서 가장 적합한 물질을 결정하면 됩니다.

일반적인 설치의 작동 원리

H와 관련된 최대 흡수 용량₂S는 모노에탄올아민 용액이 특징입니다. 그러나 이 시약에는 몇 가지 중요한 단점이 있습니다. 이는 상당히 높은 압력과 아민 가스 정화 장치 작동 중에 황화탄소로 비가역적인 화합물을 생성하는 능력이 특징입니다.

첫 번째 단점은 세척을 통해 제거되며 그 결과 아민 증기가 부분적으로 흡수됩니다. 두 번째는 현장 가스 처리 중에 거의 발생하지 않습니다.

모노에탄올아민 수용액의 농도를 실험적으로 선택하고, 수행된 연구를 바탕으로 특정 분야의 가스를 정화하는데 사용됩니다. 시약의 백분율 선택은 시스템의 금속 구성 요소에 대한 황화수소의 공격적인 영향을 견딜 수 있는 능력을 고려합니다.

일반적인 흡수제 함량은 일반적으로 15~20% 범위입니다. 다만, 정제 정도를 얼마나 높여야 하는지에 따라 농도를 30%로 올리거나 10%로 낮추는 일이 종종 발생한다. 저것들. 가열이나 고분자 화합물 생산 등 어떤 목적으로 가스를 사용할 것인가?

아민 화합물의 농도가 증가하면 황화수소의 부식 가능성이 감소합니다. 그러나 이 경우 시약 소비가 증가한다는 점을 고려해야 합니다. 결과적으로 정제된 상업용 가스의 비용이 증가합니다.

정화 시설의 주요 장치는 판형 또는 장착형 흡수 장치입니다. 이것은 내부에 노즐이나 플레이트가 있는 수직 방향의 장치로 외관상 시험관과 유사합니다. 하부에는 정화되지 않은 가스 혼합물을 공급하기 위한 입구가 있고, 상단에는 스크러버로 가는 출구가 있습니다.

시설에서 정화되는 가스의 압력이 시약이 열교환기를 통과한 다음 스트리핑 컬럼으로 전달될 만큼 충분한 압력을 받고 있는 경우 펌프를 사용하지 않고도 공정이 진행됩니다.압력이 너무 낮아 프로세스가 진행되지 않으면 펌핑 기술이 유출을 자극합니다.

입구 분리기를 통과한 가스 흐름은 흡수기의 하부 부분으로 강제 이동됩니다. 그런 다음 본체 중앙에 위치한 플레이트나 노즐을 통과하여 오염물질이 쌓입니다. 아민 용액으로 완전히 적셔진 노즐은 시약의 균일한 분포를 위해 격자로 서로 분리되어 있습니다.

다음으로, 오염물질이 제거된 청색 연료는 스크러버로 보내집니다. 이 장치는 흡수체 뒤의 처리 회로에 연결되거나 상부에 위치할 수 있습니다.

사용된 용액은 흡수기 벽 아래로 흘러 내려가 보일러가 있는 스트리퍼인 스트리핑 컬럼으로 보내집니다. 그곳에서 용액은 물이 끓을 때 방출되는 증기에 의해 흡수된 오염 물질을 제거하여 시설로 다시 돌아갑니다.

재생성, 즉 황화수소 화합물이 제거된 용액은 열교환기로 흘러 들어갑니다. 그 안에서 액체는 오염된 용액의 다음 부분으로 열을 전달하는 과정에서 냉각된 후 증기의 완전한 냉각 및 응축을 위해 냉장고로 펌핑됩니다.

냉각된 흡수제 용액은 흡수기로 다시 공급됩니다. 이것이 설치 전체에서 시약이 순환하는 방식입니다. 증기는 또한 냉각되고 산성 불순물이 제거된 후 시약 공급 장치를 보충합니다.

대부분의 경우 모노에탄올아민과 디에탄올아민을 사용한 방식이 가스 정화에 사용됩니다. 이러한 시약을 사용하면 청색 연료에서 황화수소뿐만 아니라 이산화탄소도 추출할 수 있습니다.

처리 중인 가스에서 CO를 동시에 제거해야 하는 경우₂ 그리고 H₂S, 2단계 청소가 진행됩니다.농도가 다른 두 가지 용액을 사용하는 것으로 구성됩니다. 이 옵션은 1단계 청소보다 경제적입니다.

먼저, 기체 연료는 25~35%의 시약을 함유한 강력한 성분으로 세척됩니다. 그런 다음 가스는 활성 물질이 5-12 %에 불과한 약한 수용액으로 처리됩니다. 결과적으로, 최소한의 용액 소모와 발생된 열의 합리적인 사용으로 거친 세척과 미세 세척이 모두 수행됩니다.

4가지 알코올아민 세척 옵션

알코놀아민 또는 아미노 알코올은 아민 그룹뿐만 아니라 하이드록시 그룹도 포함하는 물질입니다.

알칸올아민을 이용한 천연가스 정화 설비 및 기술의 설계는 주로 흡수 물질을 공급하는 방법에 따라 다릅니다. 대부분의 경우 이러한 유형의 아민을 사용하는 가스 정화에는 네 가지 주요 방법이 사용됩니다.

첫 번째 방법. 위에서부터 하나의 스트림으로 활성 솔루션의 공급을 미리 결정합니다. 흡수제의 전체 부피는 설비의 상부 플레이트로 향합니다. 청소 과정은 40ºС 이하의 온도 배경에서 발생합니다.

가장 간단한 세척 방법은 활성 용액을 하나의 스트림으로 공급하는 것입니다. 이 기술은 가스 내 불순물의 양이 미미한 경우에 사용됩니다.

이 기술은 일반적으로 황화수소 화합물과 이산화탄소로 인한 경미한 오염에 사용됩니다. 상업용 가스 생산 시 총 열 효과는 일반적으로 낮습니다.

두 번째 방법. 이 청소 옵션은 기체 연료에 황화수소 화합물 함량이 높을 때 사용됩니다.

이 경우 시약 용액은 두 가지 흐름으로 공급됩니다. 전체 질량의 약 65-75%에 해당하는 첫 번째는 설치 중앙으로 보내지고 두 번째는 위에서 공급됩니다.

아민 용액은 트레이 아래로 흘러 상승하는 가스 흐름과 만나 흡수 장치의 하단 트레이로 강제 이동됩니다. 공급하기 전에 용액은 40°C 이하로 가열되지만 가스와 아민이 상호 작용하는 동안 온도가 크게 상승합니다.

온도 상승으로 인한 세척 효율 저하를 방지하기 위해 황화수소로 포화된 폐액과 함께 과도한 열을 제거합니다. 그리고 설비 상단에서는 응축수와 함께 남은 산성 성분을 추출하기 위해 흐름이 냉각됩니다.

설명된 방법 중 두 번째와 세 번째는 두 가지 흐름으로 흡수 용액을 공급하는 것을 미리 결정합니다. 첫 번째 경우 시약은 동일한 온도에서 공급되고 두 번째 경우에는 다른 온도에서 공급됩니다.

이는 에너지와 활성 용액의 소비를 모두 줄이는 경제적인 방법입니다. 어떤 단계에서도 추가 가열이 수행되지 않습니다. 기술적 본질은 2단계 정화로, 최소한의 손실로 파이프라인에 공급할 상업용 가스를 준비할 수 있는 기회를 제공합니다.

세 번째 방법. 여기에는 서로 다른 온도의 두 흐름으로 청소 시설에 흡수 장치를 공급하는 작업이 포함됩니다. 이 방법은 황화수소와 이산화탄소 외에 원료 가스에 CS도 포함되어 있는 경우에 사용됩니다.₂, 그리고 코스.

흡수체의 주요 부분인 약 70-75%는 최대 60-70°C까지 가열되고 나머지 부분은 40°C까지만 가열됩니다. 위에서 설명한 경우와 동일한 방식으로 위쪽에서 중앙으로 흐름이 흡수 장치로 공급됩니다.

고온 구역이 형성되면 세척 컬럼 바닥의 가스 덩어리에서 유기 오염물질을 빠르고 효율적으로 제거할 수 있습니다. 그리고 상단에는 표준 온도에서 아민에 의해 이산화탄소와 황화수소가 침전됩니다.

네 번째 방법. 이 기술은 재생 정도가 서로 다른 두 가지 흐름으로 아민 수용액 공급을 미리 결정합니다. 즉, 하나는 황화수소 함유물을 포함하는 정제되지 않은 형태로 공급되고, 두 번째는 황화수소 함유물 없이 공급됩니다.

첫 번째 스트림은 완전히 오염되었다고 할 수 없습니다. 열 교환기에서 +50°/+60°C로 냉각되는 동안 일부가 제거되기 때문에 산성 구성 요소가 부분적으로만 포함되어 있습니다. 이 용액 흐름은 하단 스트리퍼 노즐에서 취해 냉각되어 컬럼의 중간 부분으로 향합니다.

기체 연료에 황화수소와 이산화탄소 성분의 함량이 상당할 경우 재생 정도가 다른 두 가지 용액 흐름으로 청소가 수행됩니다.

설비의 상부 구역으로 펌핑되는 용액 부분만 심층 청소됩니다. 이 흐름의 온도는 일반적으로 50ºC를 초과하지 않습니다. 여기서는 기체연료의 정밀세정이 수행된다. 이 방식을 사용하면 증기 소비를 줄여 비용을 최소 10% 절감할 수 있습니다.

유기 오염물질의 존재 여부와 경제성을 고려하여 세척 방법을 선택하는 것은 분명합니다. 어쨌든 다양한 기술을 통해 최상의 옵션을 선택할 수 있습니다. 동일한 아민 가스 처리장에서 정화 정도를 다양하게 하여 작업에 필요한 청색 연료를 얻을 수 있습니다. 가스 보일러, 스토브, 히터 특성.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

다음 영상에서는 유정에서 석유와 함께 생산된 수반가스에서 황화수소를 추출하는 구체적인 방법을 소개합니다.

이 비디오에서는 황화수소에서 청색 연료를 정제하여 추가 처리를 위한 원소 황을 생성하는 설비를 소개합니다.

이 비디오의 저자는 집에서 바이오가스에서 황화수소를 제거하는 방법을 알려줄 것입니다.

가스 정화 방법의 선택은 우선 특정 문제를 해결하는 데 중점을 둡니다. 수행자에게는 입증된 계획을 따르거나 새로운 것을 선호하는 두 가지 옵션이 있습니다. 그러나 주요 지침은 품질을 유지하고 필요한 가공 수준을 확보하는 동시에 경제적 타당성이어야 합니다.