Tema nr. 4. Gazele naturalePlan

1. Caracteristica generală şi compoziţia chimică a gazelor naturale.2. Tehnologii de prelucrare primară a gazelor naturale:a). Uscarea gazelorb). Tehnologii de eliminare a hidrogenului sulfurat (procedee bazate pe absorbţie şi pe oxidare)3. Valorificarea alcanilor inferiori.

1. Caracteristica generală şi compoziţia chimică a gazelor naturale.Gazul natural este un amestec de alcani inferiori, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat,

azot, heliu, argon, etc, aflate în diferite proporţii, dar ponderea principală îi revine metanului (între 70 şi 99%). Gazele naturale se întîlnesc în natură sub trei forme diferite:

- sub forma de zăcăminte aparte. Dacă ele conţin preponderent metanul şi puţin etan, atunci se numesc gaze uscate; dar în cazul prezenţei în gaz şi a hidrocarburilor C3-C5

aceste gaze se numesc gaze umede.- sub formă de gaz de mină, cînd însoţesc zăcăminte de cărbuni. - sub formă de gaz de sondă, cînd însoţeşte zăcămîntul de ţiţei.

Pentru a fi transportat, gazul natural depă extracţie se supune prelucrării primare, care include eliminarea urmelor de apă, eliminarea agenţilor corosivi (H2S şi CO2) şi eliminarea hidrocarburilor superioare.

Avantajele combustibilului gazos (6):1. Combustibilul gazos uşor şi complet se amestecă cu aerul şi de aceea pentru arderea

lui este necesar un exces mic de aer pentru arderea completă. Ca rezultat are loc pierderea mică de căldură.

2. Combustibilul gazos poate fi încălzit prealabil în geberatoare şi de aceea temperatura flăcării devine mai mare.

3. Construcţia sobelor este mult mai simplă, deoarece nu se obţine zgură sau cenuşă.4. La arderea gazelor se obţine puţin fum şi SO2 (deoarece gazele se tratează în vederea

eliminării compuşilor ce conţin sulf).5. Combustibilul gazos poate fi transportat la distanţe mari prin procedee ieftine (prin

gazoducte).6. Gazele se aprind uşor.

2. Tehnologii de prelucrare primară a gazelor naturale

Prelucrarea primară a gazelor include:a). Eliminarea urmelor de apă, care se mai numeşte uscarea gazelor. Efectul negativ

al apei în prezenţa gazelor naturale se manifestă prin aceea că la transportarea gazului ce conţine apă la anumite temperaturi şi presiunu sînt posibile dificultăţi la transportare şi prelucrare, şi anume, apa se acumulează în zonele joase ale conductelor ceea ce contribuie la scăderea capacităţii de transportare a gazelor; la fel, apa intensifică acţiunea corosivă a hidrogenului sulfurat şi a bioxidului de carbon.

Metode de uscare a gazelor naturale:- prin comprimare şi/sau răcire- prin absorbţie în lichide hidroscopice (glicoli, soluţii de CaCl2 sau LiCl). Procedeul se bazează pe proprietăţile glicolilor de a absorbi vaporii de apă la temperaturi mici şi eliminarea apei la temperaturi mari. Pentru uscare se utilizează dietilenglicolul (DEG) - (СН2-СН2-ОН)2О sau trietilenglicolul (TEG) ОН-СН2-СН2-О-СН2-СН2-О-СН2-СН2-ОН.- prin adsorbţie cu ajutorul sitelor moleculare sau a silicagelului.

b). Eliminarea agenţilor corosivi din gazele naturale.Dauna compuşilor ce conţin sulf constă în aceea că ele contribuie la otrăvirea

catalizatorilor, duc la formarea compuşilor secundare nedorite, duc la coroziunea instalaţiilor şi la poluarea mediului. În funcţie de principiul aplicat, procedeile de eliminare a hidrogenului sulfurat din gazele naturale se clasifică în 2 categorii – cele bazate pe procese de oxidare şi cele bazate pe procedee de absorbţie fizică sau chimică.

Procedee de oxidare, la răndul său, pot fi de oxidare uscată şi oxidare umedă.Oxidarea uscată se realizează în cazul cînd gazul natural conţine o cantitate mică de sulf.

Principalele metode de oxidare uscată sînt următoarele:1. Interacţiunea hidrogenului sulfurat cu oxizii metalelor de tranziţie: H2S + Fe2O3 40 C Fe2S3 + H2O

După aceasta urmează procesul de regenerare: Fe2S3 + O2 2 Fe2O3 + 6SSulful obţinut se extrage cu utilizarea solvenţilor (sulfurii de carbon, toluenul, etc.)2. Procedeul KATASULF:Procedeu se realizează în prezenţa catalizatorilor – cărbunilor activi sau bauxitei. H2S + O2 SO2 Gazul eliminat se absoarbe cu soluţie de sulfit-bisulfit de amoniu.3. Procedeul de oxidare catalitică în prezenţa cărbunilor activi: H2S S Sulful obţinut se extrage cu ajutorul soluţiei de sulfură de amoniu de 15%.

Oxidarea în faza umedă se realizează în cazurile concentraţiilor mai mari ai compuşilor ce conţin sulf. Principalele procedee de oxidare umedă sînt următoarele:1. Procedeul HOLMES – STRETFORD constă în interacţiunea hidrogenului sulfurat cu vanadatul de Na în faza apoasă: HS- + 2V5+ 2V4+ +S + H+

Regenerarea soluţiei de vanadat se realizează prin oxidare cu aer.2. Procedeul THYLOX constă în interacţiunea tioarsenatului de Na cu hidrogenul sulfurat din gazul natural:Na4As2S5O2 + H2S Na4As2S6O + H2ORegenerarea agentului de oxidare: Na4As2S6O +1/2O2 Na4As2S5O2 + H2O.3. Procedeul MEROX se aplică la tratarea mercaptanilor la temperatură de 20-500C şi presiune mai mare sau la presiune normală şi la temperaturi de 1200C:R-SH + NaOH R-SNa + H2ORegenerarea se realizează în prezenţa catalizatorului – ftalocianinei de Co(II): R-SNa + 1/2O2 + H2O 2NaOH + R-S-S-R

Procedee de absorbţie chimică sau fizică.În cazul prezenţei a cantităţilor mici de hidrogen sulfurat se aplică procedeile de

absorbţie chimică:a). Desulfurare cu soluţiile de alcanolamine:- utilizarea monoalcanlaminelor: H2S + 2R-NH2 (R-NH3)2S (R-NH3)2S + H2S 2RNH3HS - utilizarea dialcanolaminelor: H2S + 2R2NH (R2NH2)2S (R2NH2)2S + H2S 2R2NH2HS

-utilizarea trialcanolaminelor: H2S + 2R3N (R3NH)2S (R3NH)2S +H2S R3NHHSAlcanolaminele utilizate cel mai frecvent sînt următoarele:-monoetanolamină (МEА) H2N-CH2-CH2-OH-dietanolamină (DEА)-trietanolamină (ТEА).

b). Desulfurare cu soluţii de săruri alcaline (Na2CO3, K2CO3, C6H5ONa)Eliminarea hidrogenului sulfurat se bazează pe reacţie:

H2S + Na2CO3 NaHCO3 + NaHS.

Absorbţia fizică se aplică în cazurile conţinutului mare de hidrogen sulfurat, nu necesită cheltuieli atît de mari ca în cazul absorbţiei chimice, dar în acest caz este nevoie de solvenţi cu puritate avansată.

Solvenţii ce se utilizerază în cazul absorbţiei fizice sînt tributilfosfatul,n-metilpirolidona, dimetileter al polietilenglicolului.

3. Valorificarea alcanilor inferiori.

Pentru valorificarea alcanilor inferiori se apelează la următoarele procedee de fracţionare a gazelor:

1. Condensarea fracţionată (prin răcirea lor). Acest procedeu se foloseşte rar, deoarece principalul gaz utilizat este metanul (care merge pentru obţinerea gazului de sinteză, metanolului, acetilenei, etenei, etc). Ţinînd cont de faptul că în compoziţia gazului natural cea mai mare parte îi aparţine metanului (pînă la 99%) gazul se prelucrează în întregime, din el se înlătură numai hidrogenul sulfurat, fiind un agent corosiv.

2. Rectificarea gazelor lichefiate.3. Absorbţia componentelor din amestec gazos.4. Adsorbţia şi separarea componenţilor cu utilizarea membranelor selective.