В процессах хемоабсорбционной очистки газов от сероводорода (H₂S) и диоксида углерода (CO₂) широкое применение нашли водные растворы аминов. К ним относятся моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА) и дигликольамин (ДГА). Принцип действия основан на химической реакции, в ходе которой амины связывают кислые газы, образуя соли. Именно это превращение является ключевым для очистки газовых потоков. Полученные соли можно разложить обратно нагреванием насыщенного абсорбента, что позволяет регенерировать раствор. Однако в системе со временем накапливаются побочные продукты, поэтому технологический процесс обязательно включает фильтрацию жидкого хемоабсорбента.
Особенности очистки сложных сернистых газов
Газы многих крупных месторождений, таких как Оренбургское, Астраханское или Мубарек, содержат не только H₂S и CO₂, но и более сложные сернистые примеси: оксид сероуглерода (COS), сероуглерод (CS₂), меркаптаны. Использование моноэтаноламина (МЭА) для очистки таких газов неэффективно, поскольку он вступает в необратимые реакции с COS и CS₂. Образующиеся стабильные соединения накапливаются в растворе, снижая его поглотительную способность и увеличивая расход реагента. Для подобных случаев оптимальным выбором является диэтаноламин (ДЭА).
Промышленная реализация: пример Оренбургского ГХЗ
Одни из самых современных и масштабных аминовых установок работают, например, на третьей очереди Оренбургского газохимического завода. Цех сероочистки включает три установки, каждая из которых состоит из блоков сепарации газа, очистки от тяжёлых углеводородов и регенерации насыщенного раствора ДЭА. Каждая установка имеет две параллельные технологические линии для очистки газа и восстановления абсорбента.
Технологическая цепочка начинается с предварительной сепарации и подогрева сырого газа в теплообменнике для предотвращения образования гидратов. Подогретый до 30 °C газ поступает в нижнюю часть абсорбера. Регенерированный абсорбент с температурой 45–70 °C подаётся на верхние тарелки колонны, где происходит контакт с газом при рабочем давлении около 6 МПа. Насыщенный раствор покидает низ абсорбера и проходит через гидротурбину, которая соединена с валом центробежного насоса. В турбине давление раствора снижается с 6 до 0.7 МПа, а её вращение приводит в действие насос, что позволяет экономить энергию.
Регенерация абсорбента и выделение кислых газов
После снижения давления насыщенный абсорбент поступает в дегазатор. Здесь при давлении 0.7 МПа из него выделяется основная часть поглощённых углеводородов. Эти углеводороды дополнительно очищаются от сернистых соединений в отдельном абсорбере и затем направляются в топливную сеть завода.
Далее насыщенный раствор нагревается в теплообменниках до 95 °C и подаётся в десорберы — ректификационные колонны, работающие параллельно. Низ каждой колонны подогревается до 125–135 °C с помощью паровых испарителей. Поднимающийся паровой поток, состоящий из кислых газов (H₂S, CO₂) и водяного пара, попадает в верхнюю промывочную секцию. Туда же подаётся холодная вода в качестве флегмы для охлаждения и конденсации паров. Очищенный от влаги кислый газ с верха десорбера направляется на установку Клауса для получения элементарной серы.
Подготовка и кондиционирование регенерированного абсорбента
Регенерированный раствор охлаждается и собирается в ёмкость, где над его уровнем создаётся азотная подушка для защиты от окисления. Для обеспечения долговечности оборудования в абсорбент вводятся специальные присадки: ингибиторы коррозии и пеногасители (для подавления пенообразования в абсорбере). Для нейтрализации продуктов термического разложения ДЭА в систему добавляют карбонат натрия.
Заключительным и обязательным этапом является фильтрация раствора. Она необходима для удаления продуктов разложения амина, смолистых соединений и продуктов коррозии. Процесс включает грубую и тонкую очистку, для которой могут использоваться адсорбенты или ионообменные фильтры. В особых случаях для глубокой очистки аминового раствора применяется вакуумная ректификация.