Сорбционные процессы

Очистка углеводородных потоков от серосодержащих соединений. 
Речь в первую очередь идет о природном газе, из которого сероводород
должен быть удален и из соображений последующего использования 
природного газа, и потому, что присутствие этого вещества вызывает 
коррозию газовых магистралей. Токсичность сероводорода является 
причиной, из-за которой адсорбцию сравнительно редко используют в 
качестве метода очистки. Ее предпочитают в тех случаях, когда отношение 
диоксид углерода : сероводород в природном газе велико (более 2-3-х). Дело 
заключается в том, что в альтернативных адсорбции жидкостных методах 
очистки природного газа аминами или щелочами поглощаются оба кислых 
компонента и расход жидкого поглотителя при высоких отношения кислых 
компонентов оказывается слишком большим. Другие ограничения на 
адсорбционный метод – сравнительно низкая исходная концентрация 
сероводорода в газе и (или) небольшой объем очищаемых газов. Оба фактора 
определяют объем регенерирующих газов и количество содержащегося в них 
токсичного вещества – сероводорода. Газы регенерации направляют на 
сжигание и необходимо, чтобы в непосредственной близости от установки 
очистки находился достаточно крупный потребитель тепла. Более 
привлекательный метод утилизации сероводорода – получение из него 
элементарной серы применения не получил, во многом из-за того что, как 
отмечалось ранее, концентрация сероводорода в газах регенерации 
переменна. 
В качестве адсорбента для очистки природного газа, как правило, 
применяют цеолит NaX. Природный газ – сложная система и в нем 
присутствует большое количество веществ. В связи с эти возникает ряд 
важных вопросов: в какой степени присутствующие в природном газе 
вещества будут оказывать влияние на адсорбцию нежелательного 
сероводорода, какие вещества и в какой степени будут удаляться 
одновременно с ним? Понятно, что адсорбируемость предельных 
углеводородов, присутствующих в природном газе, возрастает по мере 
увеличения молекулярной массы. Сероводород адсорбируется практически 
так же, как бутаны (диоксид углерода – так же, как пропан). Поэтому при 
очистке газов от сероводорода, попутно с ним, будут удалены бутаны, все 
предельные углеводороды, имеющие молекулярную массу выше, чем у 
бутана, и меркаптаны. Некоторое представление о цифрах, характеризующих 
совместную адсорбцию сероводорода и углеводородов, дают примеры Р.16 – 
Р.18. Одновременно с очисткой, происходит глубокая осушка природного 
газа, что также важно для его дальнего транспорта. 
Цеолиты являются катализатором превращений сероводорода. Даже в 
присутствии следовых количеств кислорода между кислородом и 
сероводородом протекает реакция Клауса: 

---

99 
2H
2
S+O
2
= 2H
2
O+S
2 
и сера откладывается в порах адсорбента. Взаимодействие с диоксидом 
углерода идет по реакции: 
2H
2
S + CO 
2 
= COS + H 
2
O 
Серооксид углерода адсорбируется хуже, чем сероводород, и его образование
приводит к понижению степени очистки газа от сероводорода. 
Меркаптаны – вещества, адсорбирующиеся очень хорошо. Они 
накапливаются в лобовых слоях слоя цеолита. Во время регенерации при 
температурах 200 º С и выше они разлагаются по реакции: 
C 
2
H 
5 
SH → C 
2
H
4
+ H 
2
S. 
Образующийся в ходе разложения этилен склонен к полимеризации и его 
образование является одной из причин закоксовывания слоя. Чтобы избежать 
этого 
нежелательного 
явления, 
пренебрегая 
экономическими 
соображениями, понижают температуру газов, вводимых на нагрев слоя. 
Установка очистки природного газа обычно включает три адсорбера с 
цеолитами и работает в циклическом режиме. Давление при адсорбции 
близко к пластовому давлению природного газа (около 5 МПа), давление при 
регенерации поддерживают таким, чтобы газы регенерации могли быть 
использованы для местных топливных нужд. Большинство цеолитовых 
установок для очистки природного газа имеют производительность 150 – 300 
тыс. м³/ч и обеспечивают остаточное содержание серосодержащих 
соединений на уровне 10 – 20 ppm. 
Для удаления сернистых соединений (сероводород, меркаптаны, 
диметилсульфид) из жидких углеводородов также используют цеолиты NaX. 
Из-за высокой плотности жидкостей в сравнении с плотностью газов в 
циклограмму процесса вводят дополнительную стадию – удаление жидкой 
фазы из объема адсорбера. Ее проводят после стадии адсорбции и перед 
стадией нагрева-регенерации. Слив осуществляют под давлением, которое 
создают с помощью сухого газа – метана. Этим же газом, который всегда 
имеется на площадке нефтеперерабатывающего завода, осуществляют все 
операции по регенерации адсорбента. 
Циклические процессы с прямым вводом тепла теплоносителем – газом 
широко представлены в промышленности. Область их применения 
ограничена двумя факторами: непригодностью для систем, в которых не 
соблюдается условие 10³ < K < 10
5
, и непригодностью для выделения 
конденсированной фракции поглощенных адсорбентом веществ. Эти 
недостатки преодолены в процессах, которые рассмотрены в следующих 
разделах. 
2.5. Циклические процессы с регенерацией адсорбента теплоносителем – 
паром 
2.5.1.Область применения и условия применимости 

---

100