» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Ноябрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №8 2017

Автор: Шестерикова Анастасия Андреевна, студент
Рубрика: Науки о земле
Название статьи: Особенности сероочистки малосернистых газов с высоким содержанием диоксида углерода

Статья просмотрена: 131 раз

УДК 622.279.23

 

Особенности сероочистки малосернистых газов с высоким содержанием  диоксида углерода

Шестерикова Р.Е.,

Доктор технических наук, доцент

Северо-Кавказский федеральный университет, институт нефти и газа, г.Ставрополь

 Шестерикова А.А.

Студентка института нефти и газа,

Северо-Кавказский федеральный университет, институт нефти и газа, г.Ставрополь

 

Аннотация. Статья направлена на проблему очистки малосернистых углеводородных газов в присутствии высоких концентраций диоксида углерода. В статье представлен  энергетический анализ технологии с использованием в качестве абсорбента водных растворов аминов. Показано, что для очистки малосернистого газа от сероводорода технология с использованием растворов амина энергетически, экономически и экологически не эффективна. Перерасход энергии на проведение процесса достигает сотни раз, газ регенерации абсорбента сжигается на факелах, загрязняя атмосферу токсичными продуктами горения сероводорода.

Ключевые слова: сероводород, малосернистый газ, энергия, аминовая технология.

 

Технологические схемы очистки малосернистых газов с высоким содержанием  диоксида углерода щелочной абсорбцией (растворами аминов) имеют ряд существенных недостатков, которые ухудшают энергетические и экономические показатели процесса. Для очистки газа от сероводорода, в котором отношение концентрации диоксида углерода к сероводороду достигает нескольких сотен необходимо учитывать химический состав поглотителя, селективное извлечение сероводорода, возможность получения товарной продукции из сероводорода, защиту окружающей среды от токсичных сернистых соединений.

 Одним из обязательных и важных условий переработки малосернистых газов является селективное извлечение сероводорода из газа в присутствии любых количеств диоксида углерода. В таблице 1 приводятся результаты анализа процессов очистки малосернистого газа  растворами диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА).

Таблица 1. Эффективность использования МДЭА и ДЭА для очистки

малосернистого газа с высоким содержанием диоксида углерода

 

Показатель

Используемый абсорбент: водный раствор

ДЭА

МДЭА

Расход газа, тыс.м3

100

100

Концентрация кислых в газе, г/м3:

 

 

    - сероводорода СH2S

1

1

    - диоксида углерода ССО2

120

120

Количество поглощенного H2S, кг/ч

100

100

Количество поглощенного СО2, кг/ч

11880

4800

Количество тепла на десорбцию, кДж/ч:

 

 

   - сероводорода  H2S

117300

104700

   - диоксида углерода СО2

17950680

6432000

Доля тепла на десорбцию, %:

 

 

   - сероводорода H2S

0,65

1,60

   - диоксида углерода СО2

99,35

98,40

Состав газа регенерации абсорбента, %:

 

 

   - сероводород СH2S

0,83

2,04

   - диоксид углерода СCO2

99,17

97,96

 

Из данных таблицы 1 следует, что затраты энергии в технологическом цикле неоправданно расходуются не на извлечение сероводорода, а на диоксид углерода: от  98,4  до 99,35 % затрат тепловой энергии расходуется на извлечение из газа диоксида углерода. Извлеченный сероводород утилизируется путем сжигания на факелах, т.к. выделяется в виде разбавленного потока, в котором  содержание диоксида углерода достигает 98 – 99,17 % и только 0,83 – 2,04 % сероводорода. Токсичные продукты горения сероводорода выбрасываются в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Результаты энергетического анализа, приведенные в таблице 1, позволяют заключить, что при выборе технологии сероочистки для малосернистого газа с высоким содержанием диоксида углерода следует руководствоваться энергозатратами процесса - объективным показателем, не зависящем от субъективных экономических величин, таких как себестоимость.

Энергетическую оценку выполним для установки сероочистки газа месторождения Учкыр 25%-ным водным раствором ДЭА производительностью 125 тыс.м3/ч, при содержании сероводорода 1,4 % об. и диоксида углерода 2,25 % об. .

Энергетические затраты на извлечение из газа сероводорода и диоксида углерода определяются тепловыми эффектами процессов абсорбции и регенерации абсорбента. Для раствора ДЭА тепловые эффекты составляют:

- для сероводорода ∆Н = 1905 кдж/кг;

- для диоксида углерода ∆Н = 1918 кдж/кг.

Количество тепла, выделяющееся при абсорбции, определяется по уравнению (1).

Qi = ∆Н*Gi                                                                      (1)

где Qi – количество теплоты, кДж/ч;

     Gi – количество извлекаемого компонента, кг/ч.

Количества извлекаемых компонентов на установке составляет:

GСО2 = 5402 кг/ч;    GH2S = 2656 кг/ч.

В процессе абсорбции выделяется теплота в количестве:

QH2S = 1905*2656 = 5060156 кдж/ч

QСО2 = 1918*5402 = 10361036 кдж/ч

Qабс. = 5060156 + 10361036 =15421192 кдж/ч.

На стадии регенерации абсорбента следует подвести такое же количество тепла. Следовательно, количество теплоты, затрачиваемой на установке, составляет:

Qизвл. = 2* Qабс = 30842384 кдж/ч.

В таблице 2 приводятся фактические расходы различных видов энергии.

Таблица 2. Расходы энергии на проведение очистки газа от сероводорода на месторождении Учкыр раствором ДЭА

Вид энергии

Обозначение

Величина, млн. кДж/ч

Доля  от общего расхода,%

Электроэнергия

Еэ

13,02

11,12

Водяной пар

Еп

83,66

71,49

Вода

Ев

20,35

17,39

Итого

Еобщ.

117,03

100,00

Из данных таблицы 2 следует, что фактические энергозатраты на установке высокие и достигают 117,03 млн. кДж/ч. Энергетический КПД процесса можно определить отношением ( 2).

Энергетический КПД процесса :

ή = Q                                                  (2)

ή = 30842384*100/117030000 = 26,3 %.

Анализ данных таблицы 2 свидетельствует, что в структуре энергозатрат значительная часть до 71,49% приходится на тепловую энергию, которая расходуется в виде водяного пара, 17,39% затрат энергии приходится на оборотную воду, которую используют в технологии для отвода тепла из технологического цикла. Затраты электроэнергии относительно невелики и составляют 11,12% от общих затрат энергии. Результаты энергетического анализа таблиц 1 и 2 позволяют заключить, что резкого уменьшения расхода энергии в технологическом цикле можно ожидать только от сокращения расхода водяного пара путем селективного извлечения сероводорода. Таким образом, выполненный энергетический анализ работы установки сероочистки малосернистого газа при отношении концентраций СО22S=2,25/1,4=1,98 свидетельствует о низком  инженерном совершенстве  процесса с использованием в качестве абсорбента растворов аминов.

Объективную оценку совершенства технологии дает коэффициент энергоемкости процесса (КЭП), который показывает превышение фактических затрат энергии по отношению к теоретическим (минимальным) энергозатратам [1].

КЭП = Еф / Ет                                                                                                          (3)

Величина теоретических затрат энергии не зависит от стадий конкретного технологического процесса, а определяется разностью термодинамических состояний системы в конце и начале технологического цикла. Применительно к процессам очистки газа от сероводорода щелочными растворами теоретические затраты представляют собой затраты на концентрирование углеводородной части газа и определяются по формуле

Ет = R × T × Cугл ×  ln(1 / Cугл)                                                                    (4)

 

Для процессов селективной очистки газа от сероводорода в присутствии диоксида углерода СО2 теоретические затраты энергии определяются по формуле

Ет = R ×  T ×  n× (1-CH2S) × ln(1 / (1 - CH2S))                                                   (5)

Теоретические затраты энергии на селективное извлечение сероводорода из газа в присутствии диоксида углерода составят:

Ет =8,315×  308×  (2656/34) × (1-0,014) × ln(1 / (1 – 0,014) = 200060,85 кдж/ч  

Поскольку в основу определения теоретических затрат энергии положен процесс изотермического сжатия, то полученную величину следует удвоить, т.к. в процессе сжатия газ разогревается и для его охлаждения потребуется  такое же количество энергии.                                                 

Етсж = 400121,7 кдж/ч

Коэффициент энергоемкости процесса составит:

КЭП = 117030000 /400121,7 = 292

Таким образом, расход энергии на извлечение сероводорода из газа на аминовой установке на месторождении Учкыр превышает теоретический расход в 292 раза. Такой перерасход энергии нельзя считать нормальным. Это указывает только на то, что технология сероочистки водными растворами аминов для малосернистых газов с высоким содержанием диоксида углерода энергетически и экономически не эффективна и химические свойства аминов не позволяют проводить селективное извлечение сероводорода в присутствии диоксида углерода.

 



Список литературы:

1.       Sawyer James W. Загрязнение окружающей среды серусодержащими соединениями / / J. Metals. – 1977. - № 5. – С. 11-17.

2.       Галанин И.А., Шестерикова Р.Е., Басарыгин Ю.М. Оценка эффективности технологии получения абсорбента для очистки газа от сероводорода / / Строительство газовых и газоконденсатных скважин: Сб. науч. статей ВНИИгаза и СевКавНИПИгаза. – 1997. – С. 26 – 27.

 

3.       Афанасьев А.И., Стрючков В.М., Мурин В.И. и др. Энергосберегающая технология очистки газа / / Повышение эффективности процессов переработки газа и газового конденсата: Сборник научных трудов. – М.: ВНИИГАЗ, 1995. – Ч. 1. – С. 19-26.

4.       Степанова Г.С., Зайцев И.Ю., Бурмистров А.Г. Разработка сероводородсодержащих месторождений углеводородов. – М.: Недра, 1986. – 163 с.

5.       Коуль А.Л., Ризенфельд Ф.С. Очистка газа. – М.: Гостоптехиздат, 1962. – 396 с.

 

 

 



Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: