6.6. Очищення природного і конвертованого газів

Вуглеводневі гази (природний, попутні нафтові), а також промислові гази нафтопереробки, газифікації твердих і рідких палив, конвертований і коксовий гази містять шкідливі домішки, здатні отруювати каталізатори, спричиняти корозію і забруднювати апаратуру.

До основних домішок, вміст яких у конвертованому газі недопустимий, відносяться сірковмісні речовини (Н₂S, меркаптани, сіркооксид вуглецю), а також СО₂ і СО.

Однією з найважливіших і перших стадій у виробництві аміаку є очищення газів. Розрізняють рідинні (мокрі) і сухі, способи промислового очищення. Рідинні способи здійснюють за допомогою рідких поглиначів – абсорбентів; ці способи засновані на фізичній абсорбції і абсорбції, що супроводжується хімічними реакціями.

Сухі способи очищення засновані на поглинанні речовин твердими поглиначами. Сюди відносяться способи, засновані на фізичній адсорбції і хемосорбції, на каталітичному перетворенні домішок у сполуки, що легко видаляються або менш шкідливі. Як адсорбенти застосовують активоване вугілля, суміші активного оксиду заліза і соди (залізо–содова маса) та ін.

У залежності від необхідного ступеня очищення умовно розрізняють грубе, середнє і тонке очищення.

Для очищення газу від H₂S і CО₂ найширше застосовуються розчини етаноламінів (аміноспиртів), які мають лужні властивостями і при взаємодії з кислотами утворюють солі.

Найбільш сильною основою серед етаноламінів являється моноетаноламін, МЕА (OHCH₂СН₂)NH₂, взаємодія якого з сірководнем і оксидом вуглецю (IV) може бути представлено такими реакціями: (6.14−6.17):

2RNH₂ + H₂S ↔ (RNH₃)₂S, (6.14)

(RNH₃)₂S+ H₂S ↔ 2RNH₃HS, (6.15)

2RNH₂ + H₂O + CO₂ ↔ (RNH₃)₂CO₃, (6.16)

(RNH₃)₂CO₃+ H₂O + CO₂ ↔ 2RNH₃HCO₃, (6.17)

де R=CH₂CH₂OH

Поглинальна здатність абсорбенту зростає при пониженні температури і підвищенні тиску. При підвищенні температури і пониженні тиску рівновага хімічних реакцій за абсорбції зрушується вліво. На цьому заснована регенерація МЕА, насиченого кислими газами.

Звичайно для очищення газів застосовує 15—20%–і водні розчини МЕА.

Очищення конвертованого газу від Н₂S проводиться, як правило, рідкими лужними сорбентами (водними розчинами карбонатів натрію і калію і лугів). Звичайно абсорбцію газів ведуть при низькій температурі, що пов'язано зі зменшенням розчинності газів у рідинах при підвищенні температури. Так, спочатку газ промивають холодною водою під тиском 1,5—2,5 МПа у баштах з насадкою, при цьому поглинається велика частина сірководню. При зниженні тиску до атмосферного розчинність газів знижується і з води десорбується газ, що містить близько 80% СО₂, 10% H₂S , а також N₂, та ін. (цей газ використовують далі для виробництва карбаміду і інших продуктів).

Вода після охолоджування у градирнях повертається на зрошування башти.

Залишки оксиду вуглецю видаляють з азотоводневої суміші при промиванні розчином їдкого натрію або інших поглиначів, що мають більш велику ємкість абсорбції до СО₂, ніж вода.

Залежно від способу одержання і очищення від СО₂ кон-вертований газ містить 0,3—0,4% (об.) СО₂, а також О₂, СО, метан, аргон і сліди кисню. Для видалення з газу кисневмісних домішок, що являються отрутами для каталізаторів синтезу аміаку, бажане повне очищення газу.

Для очищення газу від СО використовуються методи каталітичного гідрування (метанувания), промивання газу рідким азотом і мідноаміачне очищення під тиском.

Каталітичне очищення застосовується для видалення невеликих кількостей СО, СО₂ і О₂.Основу каталізаторів гідрування складають такі активні компоненти, як нікель, залізо, метали платинової групи, у присутності яких відбуваються такі реакції:

СО + 3Н₂ ↔ Н₂О + СН₄,

СО₂ + 4Н₂ ↔ 2Н₂О + СН₄

О₂ + 2Н₂ ↔ 2Н₂О.

Перевагою каталітичного гідрування являється досягнення тонкого очищення газів.

Р ис. 6.3. Вміст аміаку у рівноважній суміші за різних температур і тиску: 1 – за 10 МПа; 2 – за 30 МПа; 3 – за 100 МПа; 4 – за 200 МПа

Очищення конвертованого газу від оксиду вуглецю (IV) часто проводиться абсорбцією водними розчинами комплексних солей міді (I) і аміаку, вугільної, мурашиної або оцтової кислот, що містять аніони, – так званими мідноаміачними розчинами.

Поглинальна здатність цих розчинів у звичайних умовах невелика, але вона зростає за підвищення тиску і пониження температури.

Оптимальними умовами цього процесу очищення є тиск 10 – 32 МПа і температура 0 – 10°С.

Регенерацію поглинального розчину ведуть за 75 – 80°С і під атмосферним тиском. Регенерований розчин після охолодження повертається на абсорбцію, а гази після видалення аміаку, що виділився при регенерації, можуть бути направлені на конверсію оксиду вуглецю (II).