Ключевые технологии, используемые на современных заводах по очистке природного газа

Основы очистки природного газа и интеграции установок

Понимание обзора процесса очистки природного газа

Очистка природного газа в основном означает удаление таких примесей, как сероводород (H2S), двуокись углерода (CO2) и водяной пар из сырья, чтобы он соответствовал требованиям трубопроводов. Весь процесс обычно проходит в несколько этапов, включая процессы, которые мы называем сепарацией, осветлением и последующим удалением влаги. В настоящее время большинство установок могут достигать степени очистки от примерно 95% до почти 100%, используя комбинации различных методов обработки. Необходимо найти оптимальный баланс между экономией энергозатрат и обеспечением достаточного качества конечного продукта для распределения. Исследования в этой области показали улучшения со временем, согласно работе, опубликованной Альчейххамдоном и коллегами в 2016 году.

Роль оптимизации технологических потоков в общей эффективности установки

Расширенные модели симуляции показывают, что оптимизация последовательности процессов повышает тепловую эффективность на 12–15% на средних установках (100–250 млн куб. футов в сутки). Мониторинг в реальном времени автоматизирует до 80% регулировок потока, обеспечивая стабильную очистку и снижая необходимость ручного вмешательства на 60% по сравнению с устаревшими системами управления.

Удаление кислых газов и осахаривание с использованием технологии абсорбции амином

Удаление серы и двуокиси углерода с использованием абсорбции амином для удаления кислых газов

Большинство отраслей полагаются на аминовую абсорбцию как на основной метод удаления сероводорода (H₂S) и диоксида углерода (CO₂) из кислых газовых потоков. Когда газ проходит через абсорбционную колонну, специальные аминовые растворы связывают эти нежелательные кислые газы. При благоприятных условиях это позволяет снизить концентрацию H₂S с примерно 6900 частей на миллион до всего нескольких ppm. После захвата загрязняющих веществ операторы направляют обогащённый аминовый раствор в регенератор, где под действием тепла выделяются захваченные кислые газы. Эти выделенные газы либо утилизируются должным образом, либо направляются на дополнительную обработку. Вся система работает достаточно эффективно, обычно удаляя около 95–100 % загрязнителей, при этом сохраняя более 98 % ценного метана для дальнейшего использования на других участках завода.

Сравнительная эффективность растворов MEA, DEA и MDEA при очистке газа

Метилдиэтаноламин (MDEA) предпочтителен в современных установках благодаря высокой селективности по H2S и на 40% более низкому расходу энергии на регенерацию по сравнению с MEA. Однако более медленные кинетические реакции требуют использования более крупных абсорбционных колонн, что увеличивает капитальные затраты на 15–20% по сравнению с системами DEA.

Тенденции в химических системах очистки для повышения эффективности улавливания кислых газов

В наши дни операторы комбинируют антивспенивающие агенты с многоступенчатыми системами фильтрации, чтобы предотвратить попадание углеводородных загрязнителей в растворители. При создании гибридных систем, в которых сначала осуществляется осушка гликолем, количество воды, вызывающей разбавление амина, снижается примерно на шестьдесят процентов, что повышает эффективность всего процесса поглощения сероводорода. Согласно результатам полевых испытаний, такие комбинированные методы позволяют получать газ, соответствующий стандартам для транспортировки по трубопроводу, с содержанием H2S менее четырёх частей на миллион. И самое лучшее? Эксплуатационные расходы снижаются примерно на двенадцать процентов по сравнению с использованием только обычных аминных установок. Такая экономия со временем становится существенной для руководителей предприятий, следящих за рентабельностью.

Анализ спорных вопросов: Деградация растворителей и экологическое воздействие аминных установок

Несмотря на свою эффективность, аминовые системы образуют побочные продукты деградации, такие как нитрозамины — канцерогенные соединения, обнаруженные в 23% образцов сточных вод регенератора. Хотя замкнутые водяные контуры и передовое окисление помогают снизить выбросы, остаются опасения по поводу экологического следа технологии, поскольку она потребляет от 15 до 30% всей энергии установки.

Методы обезвоживания: системы гликоля и адсорбция молекулярными ситами

Эффективное удаление влаги предотвращает коррозию трубопроводов и способствует сжижению. Операторы используют поэтапные стратегии, сочетающие термодинамические и адсорбционные методы, чтобы достичь остаточного содержания воды ниже 0,1 млн⁻¹.

Обезвоживание гликолем как основной метод удаления влаги

Абсорбция триэтиленгликолем (TEG) является отраслевым стандартом для осушки в больших объемах, обрабатывая исходный газ с содержанием воды до 7 фунтов/млн куб. футов. Концентрированный TEG (>99%) снижает точку росы до -30 °C посредством противоточного контакта. Оптимизированные установки TEG поддерживают остаточную влажность на уровне 0,5–1 фунт/млн куб. футов при энергозатратах на регенерацию менее 20 БТЕ/куб. фут.

Интеграция каталитических и адсорбционных процессов осушки в установках дегидратации

Гибридные системы сочетают предварительную обработку гликолями с каталитической дегидратацией с использованием слоев оксида магния, которые удаляют 90% водяного пара до стадий молекулярных сит. Такой подход продлевает срок службы адсорбента и сокращает частоту его замены на 40% (Gas Processing Journal, 2023).

Сравнение эффективности: триэтиленгликоль против адсорбции с изменением давления

Системы TEG имеют капитальные затраты на 35–50% ниже, чем у адсорбции с изменением давления (PSA), но потребляют на 15–20% больше энергии при регенерации. PSA достигает точки росы -40 °C без использования химикатов, но испытывает трудности с изменчивостью потока выше 100 MMscfd. Гибридные мембранные системы PSA теперь обеспечивают на 30% более высокую эффективность на крупных установках (≥500 MMscfd).

Извлечение серы и передовая очистка с использованием процессов Клауса и систем обработки хвостовых газов

Установки извлечения серы (процесс Клауса) для превращения H2S в элементарную серу

Трехступенчатый процесс Клауса остается основой извлечения серы, превращая токсичный H2S в элементарную серу. Он начинается с термического окисления при температуре 1200–1400 °C, за которым следуют каталитические стадии конверсии, в совокупности обеспечивающие извлечение серы на уровне 95–97%. Большинство современных установок включают очистку хвостовых газов для удаления оставшихся 3–5% неизвлеченной серы.

Повышение эффективности каталитических стадий очистки газа в реакторах Клауса

Новые составы катализаторов повысили эффективность реактора на 8–12% по сравнению с традиционными системами на основе глинозёма. Многослойные каталитические слои позволяют проводить реакции при оптимальной температуре (200–350 °C), а антизагрязняющие покрытия увеличивают срок службы на 25 000–30 000 часов. Эти усовершенствования позволяют сократить ежегодные выбросы серы на 6,3 метрической тонны на одно предприятие согласно данным 2023 года.

Соблюдение экологических норм и стандартов по выбросам серы на современных предприятиях

В последнее время правила по выбросам серы стали строже, ограничив их объем до 15 частей на миллион по объёму. Это подтолкнуло многие отрасли к гибридным подходам, при которых традиционные установки Клауса работают совместно с новыми биологическими методами удаления серы. Взгляните на то, что произошло на одном предприятии на Ближнем Востоке в 2023 году, когда они внедрили такой комбинированный подход. Им удалось сократить образование сернистых отходов примерно на сорок процентов благодаря улучшенным методам очистки хвостовых газов — это вполне соответствует целям Агентства по охране окружающей среды (EPA) в рамках обновлённых стандартов Закона о чистом воздухе, установленных на 2025 год. Что касается требований к мониторингу, большинству предприятий по переработке природного газа в США теперь необходимо использовать Системы непрерывного контроля выбросов, или CEMS, как их обычно называют. Около 89 из каждых 100 объектов обязаны соблюдать это требование, что вполне логично, учитывая важность точного отслеживания того, что именно выделяется из этих дымовых труб.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какова основная цель очистки природного газа?
Основная цель очистки природного газа — удаление примесей, таких как сероводород, диоксид углерода и водяной пар, из сырого природного газа для соответствия требованиям трубопроводной транспортировки и обеспечения безопасного и эффективного распределения.

Насколько эффективны системы абсорбции аминов при удалении загрязняющих веществ?
Системы абсорбции аминов являются высокоэффективными, поскольку могут снизить содержание загрязняющих веществ, таких как сероводород и диоксид углерода, на 95–100%, сохраняя чистоту метана более чем на 98%.

Почему дегидратация гликолем является предпочтительным методом удаления влаги при переработке газа?
Дегидратация гликолем предпочтительна благодаря способности обрабатывать высокое содержание воды и достигать низких точек росы. Триэтиленгликоль (TEG) широко используется, поскольку эффективно снижает уровень воды и потребление энергии.

Каковы преимущества технологии мембранного разделения?
Технология мембранного разделения обеспечивает преимущества, такие как снижение энергопотребления (на 40–60 %) по сравнению с традиционными методами, а также высокие коэффициенты селективности для разделения CO2/CH4, что выгодно для применения на морских месторождениях и в биогазовых установках.