Tehnologije za uklanjanje sumpora u preradi gasa

Realnost kiselog gasa: Zašto uklanjanje sumpora nije pregovarajuće

Sirovi prirodni gas iz zemlje rijetko je spreman za plinovod. U zavisnosti od rezervoara, može da nosi koncentracije vodik sulfida bilo gdje od nekoliko dijelova na milion do dvostruko-cifrenih procenata. Vodonik je korozivan, otrovan i gadno miriše, ali prava glavobolja počinje kada pogodi opremu za obradu. Požira ugljenični čelik, otruje katalizatore i pretvara budžete za održavanje u crne rupe. Jedan operater u Permianskom bazenu naučio je na teži način: nakon šest mjeseci provodeći kisel gas kroz neobrađene objekte, zamjenili su preko tri kilometra cevi i zaustavili proizvodnju na tri nedelje. Lekcija je ostala. Uklanjanje sumpora nije opcionalno, to je prva linija odbrane u obradi gasa.

Industrija je decenijama radila na usavršavanju kako izvući H2S i druga spoja sumpora iz gasnih tokova. Današnji alat se kreće od hemijske apsorpcije do adsorpcije u čvrstom krevetu, svatko sa svojim posebnim karakteristikama u pogledu sastava hrane, brzine protoka i zahtjeva nizvodno.

Aminska obrada: radni konj industrije

Za većinu aplikacija za preradu gasa, apsorpcija na bazi aminova ostaje podrazumevani izbor. Hemija je jednostavna: vodeni aminski rastvor stupa u kontakt sa kislim gasom u absorberskom tornju, a amin selektivno hvata H2S (i često CO2) iz pare. Bogati amin zatim teče do regeneratora gdje toplota odvaja kisele gasove, stvarajući tanak aminski tok koji se vraća do apsorbera.

Metildietanolamin (MDEA) je postao oplev za selektivno uklanjanje H2S, posebno kada je poželjan CO2 skok - Šta? Za razliku od primarnih ili sekundarnih aminova, MDEA sporo reaguje sa CO2, što znači da operatori mogu da podešavaju sistem da izvlači H2S, a da ostave većinu CO2 u proizvodnom plinu. Jedna gasna postrojenja na obali Zaljeva koja radi na 40% MDEA rastvoru postigla je izlazak H2S ispod 4 ppm dok je smanjila preko 70% ulaznog CO2. Takva selektivnost je bitna kada se gas vodi prema procesu koji može da toleriše CO2 ali ne i sumpor.

-Kakva je zamjena? Regeneracijska energija. Aminski sistemi su energetske svinje. Dužnost reboilera obično traje od 1.200 do 1.500 Btu po galonu cirkulirane amin, i za veliku tvornicu, to se dodaje do ozbiljnih operativnih troškova - Šta? Kontrola temperature je takođe kritična selektivnost aminova se brzo pogoršava kada temperatura malih aminova pređe 45°C - Šta? U vrućoj klimi, to često znači postavljanje hladnjaka, što povećava troškove kapitala i složenost.

Adsorpcija čvrstog leževa: Kada je preciznost bitna

Za primjene koje zahtevaju H2S do nivoa ispod ppm-a misli na pretragu LNG-a ili primjene gorivih ćelija aminski sistemi ponekad ne mogu biti dovoljno čvrsti. Tu dolazi u obzir adsorpcija čvrstog ležaja. Zink oksidni ležišta su klasično rješenje: H2S reagira sa ZnO-om da formira cink sulfid, koji ostaje stavljen u ležište dok se ne potrošiti. Proces je jednostavan, ne zahtijeva rukovanje tečnostima i dostavlja izlazni H2S ispod 1 ppm dosledno.

Ali, ima i zamka. Čvrsti krevet je potrošni materijal. Kada se cink oksid potpuno sulfira, krevet mora biti zamijenjen ili regeneriran, što znači da je potrebno neko vrijeme za zastoj. Veliki izvozni objekat za tečni gas u Kataru paralelno upravlja sa više zaštitnih postelja ZnO, zamjenjujući ih na planiranoj rotaciji tako da vlak za tečnost nikada ne vidi skok sumpora. Ekonomika radi kada vrednost tretiranog gasa opravdava troškove zamene medija, ali za manje vredne aplikacije, aminsko tretiranje obično dobiva na operativnim troškovima.

Membransko odvajanje i nove alternative

Membranski sistemi su se odvijali u uklanjanju sumpora, posebno za struje bogate CO2 gdje parcijalni pritisak pogoni odvajanje. Polimerne membrane sa selektivnim slojevima mogu da smanje H2S sa nekoliko posto na oko 100 do 200 ppm u jednom prolasku. Privlačnost je u jednostavnosti: bez hemikalija, bez toplote, minimalno pokretnih dijelova. Operator Permian koji radi na membranskom skidu na struji od 30 MMscfd prijavio je 40% niže operativne troškove u poređenju sa aminsko jedinicom koju je zamijenio.

To je rekao, membrane nisu srebrni metak. Oni se bore sa teškim ugljikovodima koji mogu da nagnu ili razgrade polimersku matricu. Preobrada hrane za životinje radi uklanjanja tečnosti i čestica je obavezna, a performanse membrane se smanjuju tokom vremena kako selektivni sloj stari. Za većinu primjena, membrane najbolje funkcioniraju kao grubi korak ispred poliranja aminom ili adsorpcijskog sistema.

Pročišćavanje gasova: prebacivanje oporavka preko 99,9%

Ovo je broj koji iznenađuje mnoge: tipična jedinica za oporavak sumpora sa dva do tri reaktora postiže samo 93 do 98% oporavka sumpora - Šta? Ostaci sumpora u gasovima nisu samo problem za životnu sredinu, već i gubitak. Jedinice za obradu gasova za otpad (TGTU) prekidaju tu prazninu hidrogenacijom preostalih spojeva sumpora nazad u H2S, a zatim provode taj tok kroz selektivni aminski apsorber .

Brojke su uvjerljive. Sa TGTU-om, opća oporavak sumpora može da pređe 99,9%. Rafinerija na američkoj obali Zaljeva nadogradila je svoju postojeću Claus jedinicu TGTU-om i smanjila emisiju SO2 za preko 90% dok je koristila dodatnih 12 tona sumpora dnevno produkt koji je doslovno bio u gomili. Period otplate je bio manji od 18 mjeseci, uglavnom zbog prodaje sumpora i izbjegavanja kredita za emisije.

Ključ za performanse TGTU-a je izbor rastvarača. Generički MDEA radi, ali vlasničke formulacije dizajnirane posebno za primjene gasova zadržavaju selektivnost H2S čak i na povišenim temperaturama do 50°C, što eliminiše potrebu za skupim hladnjačima - Šta? Za biljke u vrućoj klimi ili one sa ograničenim kapacitetom, to je promjena igre.

Odluka o pravilu: Kriteriji za odabir koji su bitni

Izbor tehnologije za uklanjanje sumpora nije o izboru "najbolje" opcije, već o usklađivanju tehnologije sa specifičnom hranom i operativnom omotom. Evo šta zapravo pokreće odluku:

1. Koncentracija sumpora u hrani. Visoki nivo H2S (preko 5%) obično ukazuje na amine koji se tretiraju Claus jedinicom za oporavak sumpora. Niska koncentracija H2S (ispod 100 ppm) može opravdati jednostavni adsorber na čvrstom podlozi.

2. Brzina protoka. Aminski sistemi ekonomski se skalaju; membrane i čvrsta ležaja imaju fiksnije troškove po jedinici kapaciteta.

3. Koapsorpcija CO2. Ako je CO2 klizište vrijedno, MDEA-bazirani sistemi imaju prednost. Ako se mora ukloniti i CO2, možda je bolje da se koristi mješavina aminova ili fizički rastvarač.

4. Specifikacija proizvoda. LNG potreba za H2S ispod ppm. Gasovodni gas može tolerirati 4 do 10 ppm. Što je specifikacija oštrija, to ćeš više platiti.

5. -Okolni propisi. U regionima sa strogim granicama za SO2, kombinacija Claus + TGTU je praktično obavezna.

Jedna stvar će vam iskusni operatori reći: ne pretjerujte sa dizajniranjem rješenja. Srednja gasna fabrika u zapadnom Teksasu provela je dvije godine dizajnirajući kompleksan aminski plus membranski hibridni sistem, samo da bi ga nakon pokretanja odbacila jer se sastav hrane pokazao stabilnijim nego što se očekivalo. Jednostavan MDEA jedinica bi učinio posao na pola kapitalnih troškova. Ponekad je najbolja tehnologija ona koja je dokazana 50 godina.

Kvalitet i izvršavanje su važni koliko i tehnologija

Kemija je dobro poznata. Oprema je gotova. Ono što razlikuje uspješne projekte uklanjanja sumpora od onih koji troše novac je izvršavanje, kvalitet proizvodnje, pravilno puštanje u rad i obuka operatera. Loš zavariveni apsorber može u proizvodni gas uliti aminsku rastvor. Nedovoljno veliki kotl znači da regeneracija nikada ne završi, a mršavi amin se napuni, probijajući H2S do izlaza. Ovo nisu teoretski problemi, pojavljuju se na startupom širom industrije svake godine.

Za operatere koji žele da minimiziraju ove rizike, rad sa proizvođačem koji razume ceo proces obrade gasa od odvajanja ulaza do oporavka sumpora čini opipljivu razliku. Kompanije poput GreenFir donose integrisane proizvodne mogućnosti i strogu kontrolu kvaliteta za opremu za obradu gasa na skid-mounted, pomažući timovima projekta da izbjegnu glavobolje integracije koje pogađaju nabavke više dobavljača. Kada se skid za uklanjanje sumpora pojavi spreman za pokretanje, pokretanje ide glatko, a gas ostaje na specifikacijama od prvog dana.