Purification des gaz aminés à partir du sulfure d'hydrogène : principe, options efficaces et schémas d'installation
Le gaz naturel extrait des champs pour être livré aux consommateurs via des pipelines contient des composés soufrés dans des proportions différentes.Si vous ne vous en débarrassez pas, des substances agressives détruiront la canalisation et rendront les raccords inutilisables. De plus, lorsque du carburant bleu contaminé est brûlé, des toxines sont libérées.
Afin d'éviter des conséquences négatives, une purification des gaz aminés du sulfure d'hydrogène est effectuée. Il s’agit du moyen le plus simple et le moins coûteux de séparer les composants nocifs des combustibles fossiles. Nous vous expliquerons comment se déroule le processus de séparation des inclusions de soufre, comment la station d'épuration est conçue et fonctionne.
Le contenu de l'article :
Objectif du nettoyage des combustibles fossiles
Le gaz est le type de carburant le plus populaire. Il attire avec le prix le plus abordable et cause le moins de dommages à la situation environnementale. Les avantages indéniables incluent la facilité de contrôle du processus de combustion et la possibilité de sécuriser toutes les étapes de traitement du combustible lors de la production d'énergie thermique.
Cependant, le minéral gazeux naturel n’est pas extrait sous sa forme pure, car Simultanément à l’extraction du gaz, les composés organiques associés sont pompés du puits. Le plus courant d'entre eux est le sulfure d'hydrogène, dont la teneur varie de dixièmes à dix pour cent ou plus, selon le gisement.
Le sulfure d'hydrogène est toxique, dangereux pour l'environnement et nocif pour les catalyseurs utilisés dans le traitement du gaz. Comme nous l'avons déjà noté, ce composé organique est extrêmement agressif envers les tuyaux en acier et les vannes métalliques.
Naturellement, corroder le système privé et gazoduc principal, le sulfure d'hydrogène entraîne des fuites de carburant bleu et des situations extrêmement négatives et risquées associées à ce fait. Pour protéger le consommateur, les composés nocifs pour la santé sont éliminés du combustible gazeux avant son acheminement vers le pipeline.
Selon les normes, les composés de sulfure d'hydrogène présents dans le gaz transporté dans les canalisations ne peuvent pas dépasser 0,02 g/m³. Cependant, ils sont en réalité beaucoup plus nombreux. Afin d'atteindre la valeur réglementée par GOST 5542-2014, un nettoyage est nécessaire.
Méthodes existantes pour la séparation du sulfure d'hydrogène
En plus du sulfure d'hydrogène, qui prédomine parmi d'autres impuretés, le carburant bleu peut également contenir d'autres composés nocifs. On y trouve du dioxyde de carbone, des mercaptans légers et du sulfure de carbone. Mais le sulfure d’hydrogène lui-même prédominera toujours.
Il convient de noter qu'une certaine teneur mineure en composés soufrés dans le carburant gazeux purifié est acceptable. Le chiffre de tolérance spécifique dépend des objectifs pour lesquels le gaz est produit.Par exemple, pour produire de l'oxyde d'éthylène, la teneur totale en impuretés soufrées doit être inférieure à 0,0001 mg/m³.
La méthode de nettoyage est choisie en fonction du résultat souhaité.
Toutes les méthodes actuellement existantes sont divisées en deux groupes :
- Sorptif. Ils impliquent l'absorption de composés sulfurés d'hydrogène par un réactif solide (adsorption) ou liquide (absorption) avec libération ultérieure de soufre ou de ses dérivés. Après quoi les impuretés nocives séparées du gaz sont éliminées ou traitées.
- Catalytique. Ils consistent en l’oxydation ou la réduction du sulfure d’hydrogène, le convertissant en soufre élémentaire. Le processus est effectué en présence de catalyseurs - des substances qui stimulent le déroulement d'une réaction chimique.
L'adsorption consiste à collecter le sulfure d'hydrogène en le concentrant à la surface d'un solide. Le plus souvent, des matériaux granulaires à base de charbon actif ou d'oxyde de fer sont utilisés dans le processus d'adsorption. La grande surface spécifique caractéristique des grains contribue à une rétention maximale des molécules de soufre.
La technologie d'absorption diffère en ce que les impuretés de sulfure d'hydrogène gazeux sont dissoutes dans la substance liquide active. Les polluants gazeux passent alors dans la phase liquide. Ensuite les composants nocifs isolés sont éliminés par stripping, sinon désorption, par cette méthode ils sont éliminés du liquide réactif.
Bien que la technologie d'adsorption fasse référence à des « processus secs » et permette une purification fine du carburant bleu, l'absorption est plus souvent utilisée pour éliminer les contaminants du gaz naturel. La collecte et l'élimination des composés de sulfure d'hydrogène à l'aide d'absorbants liquides sont plus rentables et plus rapides.
Les méthodes d'absorption utilisées dans la purification des gaz sont divisées en trois groupes suivants :
- Chimique. Fabriqué à partir de solvants qui réagissent facilement avec les polluants acides sulfurés d'hydrogène. Les éthanolamines ou alcanolamines ont la capacité d'absorption la plus élevée parmi les absorbants chimiques.
- Physique. Ils sont réalisés en dissolvant physiquement du sulfure d’hydrogène gazeux dans un absorbeur liquide. De plus, plus la pression partielle du polluant gazeux est élevée, plus le processus de dissolution est rapide. Le méthanol, le carbonate de propylène, etc. sont utilisés ici comme absorbeurs.
- Combiné. Dans la version mixte de l’extraction du sulfure d’hydrogène, les deux technologies sont impliquées. Le travail principal se fait par absorption, et la purification fine est réalisée par des adsorbants.
Depuis un demi-siècle, la technologie la plus populaire et la plus populaire pour séparer et éliminer le sulfure d'hydrogène et l'acide carbonique des carburants naturels est la purification chimique des gaz à l'aide d'un sorbant amine utilisé sous la forme d'une solution aqueuse.
La technologie des amines est plus adaptée au traitement de gros volumes de gaz car :
- Pas de pénurie. Les réactifs peuvent toujours être achetés dans le volume requis pour le nettoyage.
- Absorption acceptable. Les amines se caractérisent par une capacité d'absorption élevée. De toutes les substances utilisées, elles seules sont capables d'éliminer 99,9 % du sulfure d'hydrogène du gaz.
- Caractéristiques prioritaires. Les solutions aqueuses d'amines se caractérisent par une viscosité, une densité de vapeur, une stabilité thermique et chimique et une faible capacité thermique les plus acceptables. Leurs caractéristiques assurent le meilleur déroulement du processus d’absorption.
- Aucune toxicité des substances réactives. C’est un argument important qui convainc de recourir à la méthode aux amines.
- Sélectivité. Qualité requise pour une absorption sélective. Il offre la possibilité d'effectuer séquentiellement les réactions nécessaires dans l'ordre requis pour obtenir un résultat optimal.
Les éthanolamines utilisées dans les méthodes chimiques de purification du gaz du sulfure d'hydrogène et du dioxyde de carbone comprennent les monoéthanolamines (MEA), les diéthanolamines (DEA) et les triéthanolamines (TEA). De plus, les substances portant les préfixes mono- et di- sont éliminées du gaz et H2S et CO2. Mais la troisième option permet d'éliminer uniquement le sulfure d'hydrogène.
Lors du nettoyage sélectif du carburant bleu, des méthyldiéthanolamines (MDEA), des diglycolamines (DGA) et des diisopropanolamines (DIPA) sont utilisées. Les absorbants sélectifs sont principalement utilisés à l’étranger.
Naturellement, des absorbants idéaux qui satisfont à toutes les exigences de nettoyage avant leur livraison dans le système chauffage au gaz et la fourniture d'autres équipements n'existe pas encore. Chaque solvant présente certains avantages ainsi que des inconvénients. Lors du choix d'une substance réactive, il suffit de déterminer celle qui convient le mieux parmi un certain nombre de substances proposées.
Principe de fonctionnement d'une installation type
Capacité d’absorption maximale par rapport à H2S est caractérisé par une solution de monoéthanolamine. Cependant, ce réactif présente quelques inconvénients importants. Il se caractérise par une pression assez élevée et la capacité de créer des composés irréversibles avec le sulfure de carbone lors du fonctionnement de l'unité de purification des gaz aminés.
Le premier inconvénient est éliminé par lavage, à la suite duquel les vapeurs d'amines sont partiellement absorbées. Le second est rarement rencontré lors du traitement des gaz de gisement.
La concentration d'une solution aqueuse de monoéthanolamine est sélectionnée expérimentalement et, sur la base des recherches effectuées, elle est utilisée pour purifier le gaz d'un champ spécifique. Le choix du pourcentage de réactif prend en compte sa capacité à résister aux effets agressifs du sulfure d'hydrogène sur les composants métalliques du système.
Les teneurs absorbantes typiques se situent généralement dans la plage de 15 à 20 %. Cependant, il arrive souvent que la concentration soit augmentée jusqu'à 30 % ou réduite à 10 %, selon le degré de purification souhaité. Ceux. dans quel but, pour le chauffage ou pour la production de composés polymères, le gaz sera-t-il utilisé.
Notez qu’avec l’augmentation de la concentration de composés aminés, le potentiel corrosif du sulfure d’hydrogène diminue. Mais il faut tenir compte du fait que dans ce cas la consommation du réactif augmente. Par conséquent, le coût du gaz commercial purifié augmente.
L'unité principale de la station d'épuration est un absorbeur à plaques ou monté. Il s'agit d'un appareil orienté verticalement, ressemblant à un tube à essai, avec des buses ou des plaques situées à l'intérieur. A sa partie inférieure se trouve une entrée pour l'alimentation d'un mélange gazeux non purifié, en haut se trouve une sortie vers l'épurateur.
Le flux de gaz, après avoir traversé le séparateur d’entrée, est refoulé dans la partie inférieure de l’absorbeur. Il traverse ensuite des plaques ou des buses situées au milieu du corps, sur lesquelles se déposent les contaminants. Les buses, entièrement mouillées par la solution d'amine, sont séparées les unes des autres par des grilles pour une répartition uniforme du réactif.
Ensuite, le carburant bleu, débarrassé de ses contaminants, est envoyé au laveur. Ce dispositif peut être connecté dans le circuit de traitement après l'absorbeur ou situé dans sa partie supérieure.
La solution usée s'écoule le long des parois de l'absorbeur et est envoyée vers une colonne de stripping - un stripper avec une chaudière. Là, la solution est nettoyée des contaminants absorbés par les vapeurs libérées lors de l'ébullition de l'eau afin d'être renvoyée à l'installation.
Régénéré, c'est-à-dire débarrassée des composés sulfurés d'hydrogène, la solution s'écoule dans l'échangeur de chaleur. Dans celui-ci, le liquide est refroidi lors du transfert de chaleur à la partie suivante de la solution contaminée, après quoi il est pompé dans le réfrigérateur pour un refroidissement complet et une condensation de la vapeur.
La solution absorbante refroidie est réinjectée dans l'absorbeur. C'est ainsi que le réactif circule dans toute l'installation. Ses vapeurs sont également refroidies et débarrassées des impuretés acides, après quoi elles reconstituent l'approvisionnement en réactifs.
S'il est nécessaire d'éliminer simultanément le CO du gaz en cours de traitement2 et H2S, un nettoyage en deux étapes est effectué.Elle consiste à utiliser deux solutions de concentration différente. Cette option est plus économique qu’un nettoyage en une seule étape.
Tout d'abord, le carburant gazeux est nettoyé avec une composition forte contenant un réactif à 25-35 %. Ensuite, le gaz est traité avec une solution aqueuse faible, dans laquelle la substance active ne représente que 5 à 12 %. En conséquence, un nettoyage grossier et fin est effectué avec une consommation minimale de solution et une utilisation raisonnable de la chaleur générée.
Quatre options de nettoyage à l'alconolamine
Les alconolamines ou aminoalcools sont des substances contenant non seulement un groupe amine, mais également un groupe hydroxy.
La conception des installations et des technologies de purification du gaz naturel avec des alcanolamines diffère principalement par le mode d'alimentation en substance absorbante. Le plus souvent, quatre méthodes principales sont utilisées pour l'épuration des gaz utilisant ce type d'amines.
Première façon. Prédétermine l'apport de la solution active dans un flux par le haut. La totalité du volume d'absorbant est dirigée vers le plateau supérieur de l'installation. Le processus de nettoyage se déroule à une température ambiante ne dépassant pas 40 °C.
Cette technique est généralement utilisée pour les contaminations mineures par des composés de sulfure d'hydrogène et du dioxyde de carbone. L’effet thermique total pour la production de gaz commercial est, en règle générale, faible.
Deuxième façon. Cette option de nettoyage est utilisée lorsque le carburant gazeux contient une teneur élevée en composés de sulfure d'hydrogène.
Dans ce cas, la solution réactive est fournie en deux flux. Le premier, d'un volume d'environ 65 à 75 % de la masse totale, est envoyé au milieu de l'installation, le second est alimenté par le haut.
La solution d'amine s'écoule dans les plateaux et rencontre les flux de gaz ascendants, qui sont forcés sur le plateau inférieur de l'unité absorbante. Avant l'alimentation, la solution n'est pas chauffée à plus de 40 °C, mais lors de l'interaction du gaz avec l'amine, la température augmente considérablement.
Pour éviter une diminution de l'efficacité du nettoyage due à une augmentation de la température, l'excès de chaleur est éliminé avec la solution usée saturée de sulfure d'hydrogène. Et en tête de l'installation, le flux est refroidi afin d'extraire les composants acides restants ainsi que les condensats.
Il s’agit d’une méthode économique qui réduit la consommation d’énergie et de solution active. Aucun chauffage supplémentaire n’est effectué à aucun moment. Dans son essence technologique, il s'agit d'une purification à deux niveaux, qui offre la possibilité de préparer du gaz commercial pour l'approvisionnement du gazoduc avec des pertes minimes.
Troisième voie. Il s'agit d'alimenter l'absorbeur vers l'installation de nettoyage en deux flux de températures différentes. La méthode est utilisée si, en plus du sulfure d'hydrogène et du dioxyde de carbone, le gaz brut contient également du CS2, et COS.
La partie prédominante de l'absorbeur, environ 70 à 75 %, chauffe jusqu'à 60-70 ºC, et la partie restante seulement jusqu'à 40 ºC. Les flux sont introduits dans l'absorbeur de la même manière que dans le cas décrit ci-dessus : par le haut et vers le milieu.
La formation d'une zone à haute température permet d'éliminer rapidement et efficacement les contaminants organiques de la masse gazeuse au fond de la colonne de nettoyage. Et en haut, le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène sont précipités par une amine à température standard.
Quatrième méthode. Cette technologie prédétermine la fourniture d'une solution aqueuse d'amine en deux flux avec des degrés de régénération différents. C'est-à-dire que l'un est fourni sous une forme non raffinée, contenant des inclusions de sulfure d'hydrogène, le second sans elles.
Le premier ruisseau ne peut pas être qualifié de complètement pollué. Il ne contient que partiellement des composants acides, car certains d'entre eux sont éliminés lors du refroidissement à +50º/+60ºC dans l'échangeur thermique. Ce flux de solution est prélevé par la buse inférieure du strippeur, refroidi et dirigé vers la partie médiane de la colonne.
Seule la partie de la solution pompée dans le secteur supérieur de l'installation subit un nettoyage en profondeur. La température de ce flux ne dépasse généralement pas 50ºC. Ici, un nettoyage fin du carburant gazeux est effectué. Ce schéma permet de réduire les coûts d'au moins 10 % en réduisant la consommation de vapeur.
Il est clair que la méthode de nettoyage est choisie en fonction de la présence de contaminants organiques et de la faisabilité économique. Dans tous les cas, la variété des technologies permet de choisir la meilleure option. Dans la même usine de traitement des gaz aminés, il est possible de faire varier le degré de purification, obtenant ainsi du carburant bleu avec celui requis pour le travail. chaudières à gaz, poêles, caractéristiques des appareils de chauffage.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
La vidéo suivante vous présentera les spécificités de l'extraction du sulfure d'hydrogène du gaz associé produit avec le pétrole par un puits de pétrole :
La vidéo présentera l'installation de purification du carburant bleu à partir du sulfure d'hydrogène pour produire du soufre élémentaire pour un traitement ultérieur :
L'auteur de cette vidéo vous expliquera comment se débarrasser du sulfure d'hydrogène du biogaz à la maison :
Le choix de la méthode de purification des gaz est avant tout axé sur la résolution d'un problème spécifique. L'interprète a deux options : suivre un schéma éprouvé ou préférer quelque chose de nouveau. Cependant, la ligne directrice principale devrait rester la faisabilité économique tout en maintenant la qualité et en obtenant le degré de transformation requis.
