Vetysulfidipolttoainekaasun puhdistusyksikkö

Johdanto

Yhteiskuntamme kehittyessä kannatamme puhdasta energiaa, joten myös maakaasun kysyntä puhtaana energiana kasvaa. Maakaasun hyödyntämisprosessissa monet kaasukaivot sisältävät kuitenkin usein rikkivetyä, joka aiheuttaa laitteiden ja putkistojen korroosiota, saastuttaa ympäristöä ja vaarantaa ihmisten terveyden. Tieteen ja teknologian kehityksen myötä maakaasun rikinpoistotekniikan laaja käyttö on ratkaissut nämä ongelmat, mutta samalla maakaasun puhdistuksen ja käsittelyn kustannukset ovat nousseet vastaavasti.

Periaate

Molekyyliseulan rikinpoistolaite (jota kutsutaan myös rikinpoistolaitteeksi), jota kutsutaan myös molekyyliseulan makeutuslaitteeksi, on keskeinen laite maakaasun puhdistus- tai maakaasun käsittelyprojektissa.

Molekyyliseula on alkalimetallialumiinisilikaattikide, jolla on runkorakenne ja yhtenäinen mikrohuokoinen rakenne. Se on adsorbentti, jolla on erinomainen suorituskyky, korkea adsorptiokyky ja adsorptioselektiivisyys. Ensinnäkin molekyyliseulan rakenteessa on useita kanavia, joilla on tasainen huokoskoko ja siististi järjestetyt reiät, mikä paitsi tarjoaa erittäin suuren pinta-alan, myös rajoittaa reikiä suurempien molekyylien pääsyä sisään. Toiseksi molekyyliseulan pinnalla on korkea polaarisuus ionihilan ominaisuuksien vuoksi, joten sillä on korkea adsorptiokyky tyydyttymättömille molekyyleille, polaarisille molekyyleille ja polarisoituville molekyyleille. Vesi ja rikkivety ovat polaarisia molekyylejä, ja molekyylin halkaisija on pienempi kuin molekyyliseulan huokoshalkaisija. Kun jälkivettä sisältävä raakakaasu kulkee molekyyliseulakerroksen läpi huoneenlämmössä, jälkivesi ja rikkivety imeytyvät. Näin syöttökaasun veden ja rikkivedyn pitoisuus vähenee ja dehydraation ja rikinpoiston tarkoitus toteutuu. Molekyyliseulan adsorptioprosessiin kuuluu kapillaarikondensaatio ja van der Waalsin voiman aiheuttama fysikaalinen adsorptio. Kelvinin yhtälön mukaan kapillaarikondensaatio vähenee lämpötilan noustessa, kun taas fysikaalinen adsorptio on eksoterminen prosessi, ja sen adsorptio vähenee lämpötilan noustessa ja lisääntyy paineen noustessa. Siksi molekyyliseulan adsorptioprosessi suoritetaan yleensä matalassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, kun taas analyyttinen regenerointi suoritetaan korkeassa lämpötilassa ja alennetussa paineessa. Korkean lämpötilan, puhtaan ja matalapaineisen regenerointikaasun vaikutuksesta molekyyliseulan adsorbentti vapauttaa mikrohuokosissa olevan adsorbaatin regenerointikaasuvirtaukseen, kunnes adsorbaatin määrä adsorbentissa laskee hyvin alhaiselle tasolle. Se pystyy myös adsorboimaan vettä ja rikkivetyä syöttökaasusta, mikä toteuttaa seulan regenerointi- ja kierrätysprosessin.

Teknologinen prosessi

Prosessivirtaus on esitetty kaaviossa. Yksikössä käytetään kolmea torniprosessia: yhtä adsorptiotornia, yhtä regenerointitornia ja yhtä jäähdytystornia. Kun syöttökaasu saapuu yksikköön, esijäähdytysyksikkö alentaa syöttökaasun lämpötilaa, minkä jälkeen vapaa vesi poistetaan koalesenssierottimen avulla ja kaasu siirtyy molekyyliseulan rikinpoistotorneihin A-801, A-802 ja A-803. Syöttökaasun vesi ja rikkivety adsorboituvat molekyyliseulaan dehydraatio- ja rikkivetyadsorptioprosessin toteuttamiseksi. Dehydraatioon ja rikkivetynpoistoon tarkoitettu puhdistettu kaasu siirtyy tuotekaasun pölysuodattimeen molekyyliseulan pölyn poistamiseksi ja poistuu tuotekaasuna.

Molekyyliseula tarvitsee regeneroinnin tietyn määrän veden ja rikkivedyn adsorboimisen jälkeen. Osa tuotekaasusta johdetaan pölysuodatuksen jälkeen tuotekaasusta regenerointikaasuna. Kun kaasu on lämmitetty 270 ℃:seen lämmitysuunissa, torni lämmitetään vähitellen 270 ℃:seen ylhäältä alas adsorptioprosessin suorittaneen molekyyliseulan rikinpoistotornin läpi, jotta molekyyliseulaan adsorboitunut vesi ja rikkivety voidaan erottaa rikkaaksi regenerointikaasuksi ja uudistamisprosessi voidaan suorittaa loppuun.

Regenerointitornista poistuva rikas regenerointikaasu menee regenerointikaasun lauhduttimeen jäähdytettäväksi noin 50 ℃:seen, ja kaasu jäähdytetään ja syötetään soihduntakokoojaan.

Molekyyliseulatorni on jäähdytettävä regeneroinnin jälkeen. Lämpöenergian täydelliseksi talteenottamiseksi ja hyödyntämiseksi regenerointikaasua käytetään ensin kylmäpuhalluskaasuna, ja torni jäähdytetään noin 50 ℃:seen ylhäältä alas regenerointiprosessin suorittaneen molekyyliseulan rikinpoistotornin läpi. Samanaikaisesti se esilämmitetään. Kun kylmäpuhalluskaasu poistuu jäähdytystornista, se menee regenerointikaasun lämmitysuuniin lämmitystä varten ja regeneroi sitten molekyyliseulan rikinpoistotornin laihan regenerointikaasun muodossa. Laite kytkeytyy päälle 8 tunnin välein.

Suunnitteluparametri