Технология очистки природного и попутного нефтяного газов от сероводорода методом жидкофазного окисления сероводорода хелатными комплексами железа
Процесс каталитического окисления сероводорода хелатами металлов переменной валентности был разработан более 30 лет назад и в зарубежной практике успешно используется на установках подготовки газа малого и среднего объема [1].
Процесс относится к регенерируемым методам сероочистки и основан на окислении сероводорода до элементарной серы водными растворами хелатных соединений железа с последующей их регенерацией кислородом воздуха. Образующаяся сера выделяется фильтрацией, как правило, в виде кека (лепешки) с заданной влажностью и пригодна для последующей переработки в товарный продукт по ГОСТ 127.1-93 «Сера техническая. Технические условия». Другие области применения серы из процесса: использование в качестве добавки в технологии производства сероасфальтобетона, использование в виде суспензии в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Возможно захоронение кека (лепешки) серы в почве, т. к. она не представляет опасности для окружающей среды и является безвредным отходом.
Процесс хелатной очистки газов от сероводорода обладает универсальностью и позволяет перерабатывать газы с содержанием сероводорода вплоть до 100% при давлениях сырьевого газа до 10 МПа, однако, наиболее технологически простым и коммерчески обоснованным является применение технологии для очистки газов с содержанием сероводорода от 0,1 до 3,5% мол., при давлениях от 0,1 до 1,0 МПа, с выделением примерно до 12,5 тонн серы в сутки. Минимальное давление газа на обессеривание ограничивается потерей давления газа в процессе его очистки и, как правило, не превышает 0,5 бар.
Принципиальная схема процесса приведена на Рисунке 1.
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки жидкофазного окисления сероводорода хелатными комплексами железа
Установка работает следующим образом. На вход установки подается сырьевой сероводородсодержащий газ, с заданными расходом, давлением и температурой, предварительно отсепарированный от капельной жидкости и механических примесей. Проходя через раствор катализатора в абсорбере, газ очищается от сероводорода, после чего подается для дальнейшего использования. В процессе обессеривания исходный газ нагревается и выходит из абсорбера влагонасыщенным.
Абсорбер и регенератор содержат необходимое для функционирования системы количество жидкого катализатора, внутренние массообменные и распределительные устройства, оборудованы системой компенсационного электрообогрева. Абсорбер работает при входном давлении газа, регенератор работает при атмосферном давлении. Предусмотрено поддержание постоянного уровня жидкости в абсорбере, излишки жидкости сливаются через регулирующий клапан в регенератор за счет существующей между ними разности давлений.
Регенерация катализатора выполняется подачей в нижнюю часть регенератора через распределительное устройство воздуха. Для подачи воздуха, в зависимости от параметров сырьевого газа, предусмотрено использование воздушного компрессора с электроприводом или воздуходувки. После прохождения через раствор катализатора воздух, насыщенный парами воды, сбрасывается в атмосферу.
Регенерированный раствор направляется с помощью рециркуляционного насоса в верхнюю часть абсорбера противотоком к движению газа. При снижении уровня катализатора в регенераторе производится подпитка системы раствором из смесительной емкости (на схеме не показана) с помощью насоса.
В нижней части регенератора собирается серный осадок, который с помощью насоса (на схеме не показан) отводится на фильтр-пресс, установленный в отдельном отсеке технологического блок-бокса. Фильтр-пресс отделяет от жидкости серный кек (лепешку) с остаточной влажностью 20-30%, который периодически увозится на крытый склад для накопления и временного хранения. Отделенный от серы раствор возвращается в цикл. Для очистки фильтр-пресса предусмотрен подвод к нему сжатого воздуха и технической воды.
Предусмотрены узлы отбора проб газа и жидкости на анализ и узел дозирования реагентов для поддержания технологических параметров процесса (на схеме не показан).
В качестве хелатообразующих соединений, которые поддерживают железо в растворенном состоянии, наиболее широко используются растворимые соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (например, двунатриевая - Трилон Б).
Общая реакция каталитического окисления сероводорода описывается уравнением:
2H2S + O2 = 2S + 2H2O
В абсорбере протекает следующая суммарная реакция:
2Fe+3 + H2S = S + 2Fe+2 + 2H+
В регенераторе протекает следующая суммарная реакция:
4Fe+2 + O2 + 4H+ = 4Fe+3 + 2H2O
Процесс селективен по отношению к H2S в присутствии СО2. В процессе очистки газа может быть удалено до 50-80% метилмеркаптана и 30-60% сероокиси углерода [1].
Комплектная поставка установки жидкофазного обессеривания сероводорода состоит из монтажных блоков максимальной заводской готовности блочно-модульного исполнения или наружного размещения и включает узлы сепарации сырьевого и обессеренного газа; абсорбционной сероочистки; регенерации катализатора; отделения серы; насосно-компрессорное и теплообменное оборудование.
Установка хелатной очистки может выступать в качестве основной единицы системы подготовки газа и легко интегрируется в систему комплексной подготовки газа, обеспечивая гарантированное качество по содержанию сероводорода в соответствии с требованиями СТО Газпром 089-2010 (до 7 мг/м3) и ГОСТ 5542-2014 (до 20 мг/м3). Следует также отметить, что процесс очистки от сероводорода хелатными комплексами железа слабо чувствителен к колебаниям расхода обрабатываемого газа и содержанию в нем сероводорода, что обеспечивает существенные преимущества при эксплуатации установок в условиях изменяющихся расходов и составов газа. Дополнительным преимуществом процесса является его устойчивость к кратковременным перерывам электроснабжения, что повышает применимость установок хелатной очистки для объектов, где нет возможности обеспечить бесперебойное электроснабжение.
Библиография
, , Основы переработки природного газа и конденсата: Справочник: В 2 ч. – М.: -Бизнесцентр», 2002.-Ч.1- с.440-444.