الصين: إزالة الكبريت الناعم من غاز الفحم؟ 

عندما يتحدث الناس عن تنقية الكبريت الناعم في الصين، يفكر الكثير من الناس على الفور في مصانع فحم الكوك الكبيرة أو أجهزة غسل الغاز القياسية باستخدام MEA. لكن الواقع، خاصة فيما يتعلق بغاز الفحم، الذي يستخدم غالبًا في بلادنا للغاز الاصطناعي أو في قطاع الطاقة، أكثر تعقيدًا. الخطأ الأكثر شيوعًا هو الاعتقاد بأنه يكفي رفع نسبة H2S إلى 20-30 جزء في المليون، وكل شيء على ما يرام. ثم يتساءلون عن سبب تسمم المحفزات في المرحلة التالية بسرعة أو تآكل الأنابيب الموجودة في المبادلات الحرارية. لا يتعلق الأمر فقط بكبريتيد الهيدروجين (H2S)، ولكن أيضًا بمركبات الكبريت العضوية السيئة - COS، وCS2، والميركابتانات. إن إزالتها هي مستوى آخر تمامًا من المهمة.

عندما يكون رقيقًا، ينكسر: تفاصيل غاز الفحم

غاز الفحم ليس غازًا طبيعيًا؛ تكوينه هو "كوكتيل" حقيقي. بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين الرئيسيين، يمكن أن يكون هناك أي شيء: الراتنجات، والغبار، وسيانيد الهيدروجين، وبالطبع الكبريت بأشكال مختلفة. إذا تحدثنا عنإزالة الكبريت الناعم، فالمشكلة الأولى هي التنظيف المسبق. إذا لم تتم إزالة الشوائب الثقيلة، فإن أي زيوليت أو غشاء تشطيب باهظ الثمن سوف يفشل بسرعة. وفي إحدى المنشآت في شانشي، رأيت كيف حاولوا تركيب جهاز امتزاز باستخدام المناخل الجزيئية مباشرة بعد جهاز الغسيل. وبعد ثلاثة أشهر، تحولت المادة الماصة إلى كتلة لأن المركبات العطرية المتعددة من الراتنجات استقرت في الأعلى.

ولذلك، فإن النهج الصيني غالباً ما يكون مبنياً على سلسلة متتالية. أولاً، التنظيف القاسي - على سبيل المثال، إزالة الكبريت الأنزيمي الرطب أو أجهزة الغسل الكيميائية لإزالة الجزء الأكبر من كبريتيد الهيدروجين. ثم التسخين والهدرجة الحفزية لتحويل COS والمركابتانات إلى نفس كبريتيد الهيدروجين. وعندها فقط - مرحلة التشطيب. وفي هذه المرحلة النهائية تبدأ المتعة.

في الماضي، كان يستخدم أكسيد الزنك في كثير من الأحيان. يمكن الاعتماد عليها، ولكن فقط بكميات صغيرة وفي درجات حرارة منخفضة. بالنسبة لتيارات الغاز التخليقي الكبيرة، يصبح هذا باهظ التكلفة بسبب استبدال المواد الماصة بشكل متكرر. الآن أنا أتطلع بشكل متزايد نحو عمليات مثلإزالة الكبريت بالامتزاز (ADS)على الزيوليتات المختارة خصيصًا أو المواد الماصة الهجينة. إنها تسمح بتحقيق محتوى كبريت أقل من 0.1 جزء في المليون، وهو أمر بالغ الأهمية لعمليات تصنيع الميثانول أو الأمونيا الحديثة.

الخبرة وأشعل النار: من ممارسة التنفيذ

منذ عامين، شاركنا في تحديث أحد المنشآت في مصنع للمواد الكيميائية في سيتشوان. الهدف هو ضمان نقاء الغاز للمصلح الحفاز الجديد. كان لغاز الفحم المحلي بعد تغويزه نسبة ثابتة تبلغ 200 جزء في المليون من كبريتيد الهيدروجين بالإضافة إلى حوالي 50 جزء في المليون من COS. ولم يعد نظام التنظيف القديم باستخدام السلفوفيريت يعمل. قررنا تقديم مخطط مشترك: جهاز غسيل أنزيمي (رخيص جدًا في التشغيل) + مفاعل هدرجة + جهاز امتزاز دقيق يعتمد على الزيوليت المعدل.

كان الصداع الأكبر هو مرحلة الهدرجة. يتطلب محفز الكوبالت والموليبدينوم صيانة صارمة لدرجة الحرارة وغياب تسرب الأكسجين. انخفض أدنى انحراف وتحويل COS من 99% إلى 80%، مما أدى إلى زيادة التحميل على الممتز النهائي. كان من الضروري تركيب محلل إضافي عند مخرج المفاعل من أجل مراقبة الاختراق بسرعة.

ثم طلبنا الممتز النهائي من معهد متخصص -تشنغدو Yizhi التكنولوجيا المحدودة(موقعهم على الانترنت، بالمناسبة،https://www.yzkjhx.ru). هذا هو تخصصهم - تصميم وتوريد أنظمة تنقية الغاز الدقيقة. واقترحوا تعبئة غير قياسية للمادة المازة في طبقات ذات انتقائية مختلفة: الطبقة السفلية تلتقط بقايا كبريتيد الهيدروجين، بينما تستهدف الطبقة العليا كميات ضئيلة من مركبتان الميثيل. لقد نجح الحل، ولكنه يتطلب توقيتًا دقيقًا جدًا لدورة الامتزاز/التجديد.

الاختيار التكنولوجي: ليس الكفاءة فحسب، بل الاقتصاد أيضًا

في الصين، عند اختيار التكنولوجياإزالة الكبريت من غاز الفحمهناك دائمًا سؤال صعب حول التكلفة. يمكنك توفير وحدات غشائية حديثة جدًا أو تركيبات PSA، لكن النفقات الرأسمالية الخاصة بها ثقيلة جدًا بالنسبة للعديد من المصانع. ولذلك، فإنهم غالبا ما يقدمون تنازلات.

على سبيل المثال، بالنسبة للغازات المعدة للاحتراق في وحدة توربينات الغاز، قد يكون كافيًا رفع الكبريت إلى 10-15 جزء في المليون، وهنا تؤدي عمليات الأكسدة السائلة من النوع LO-CAT أداءً جيدًا. وهي غير مكلفة نسبيًا للتشغيل، ولكنها تتطلب التخلص من الكبريت الناتج.

ولكن بالنسبة للتخليق الكيميائي، حيث تكون هناك حاجة إلى أعشار أو حتى أجزاء من المليون، لا يمكن استخدام المواد الماصة الصلبة. كان الاتجاه السائد في السنوات الأخيرة هو تطوير مواد ماصة ذات قدرة ديناميكية عالية عند ضغط مرتفع. هذا يجعل من الممكن تقليل حجم الممتزات. لقد رأيت نماذج أولية من شركة Huaxi Technology (الشركة الأم لشركة Chengdu Yizhi Technology المذكورة) - وهي مواد مركبة تعتمد على أكسيد الحديد والكربون المنشط مع المروجين. القدرة المعلنة مثيرة للإعجاب، ولكن السؤال دائمًا هو الاستقرار بعد دورات التجديد العديدة.

التجديد، بالمناسبة، أمر مختلف. غالبًا ما يتم ذلك باستخدام غاز خامل ساخن أو فراغ. ولكن إذا كان الغاز يحتوي على هيدروكربونات ثقيلة، فيمكن أن تتبلمر على المادة الماصة عند تسخينها، مما يقلل نشاطها بشكل لا رجعة فيه. إنهم يكافحون باستمرار مع هذا من خلال اختيار ظروف الامتزاز بشكل فردي لتكوين غاز معين.

تعقيدات وتفاصيل غير واضحة

من الناحية النظرية، كل شيء على نحو سلس، في الممارسة العملية هناك الكثير من الفروق الدقيقة. واحد منهم هو التقلبات في تكوين الغاز المصدر. هناك أنواع مختلفة من الفحم؛ يمكن أن "يطفو" وضع التغويز. اليوم يحتوي الغاز على 150 جزء في المليون من الكبريت، وغدًا سيكون 300. ويجب أن يكون نظام التنقية مقاومًا لمثل هذه الزيادات. ولهذا السبب تتضمن المشاريع الآن غالبًا مخازن مؤقتة "عازلة" على الفور. حاويات أو خطوط احتياطية من الممتزات.

نقطة أخرى هي السيطرة. تعد أجهزة كروماتوجرافيا الغاز التقليدية ذات أخذ العينات المتكررة جيدة، ولكن هناك تأخير. يتم تقديم أجهزة تحليل الليزر عبر الإنترنت بشكل متزايد، والتي تعرض محتوى H2S وCOS في الوقت الفعلي. إنها باهظة الثمن، لكنها يمكن أن تنقذ الملايين من خلال منع اختراق الكبريت وتسمم المحفز الباهظ الثمن في المرحلة التالية.

وبالطبع اللقطات. التكنولوجياتنظيف جيديتطلب من المشغلين فهم العملية بدلاً من مجرد الضغط على الأزرار. أتذكر حالة قام فيها المشغل، في أحد التثبيتات، بتقصير دورة الإحماء من أجل توفير البخار للتجديد. ونتيجة لذلك، لم يتم امتصاص الكبريت بالكامل، وسرعان ما فقدت المادة الماصة قدرتها، وكان لا بد من إيقافها بشكل غير مجدول لاستبدالها. إن التدريب واللوائح الواضحة ليست بيروقراطية، بل هي ضرورة.

التطلع إلى المستقبل: إلى أين تتجه الصناعة

والآن لا تهدف الجهود الرئيسية في الصين إلى اختراع أساليب جديدة تماما، بل إلى تحسين الأساليب القائمة وتهجينها. الهدف هو تقليل تكاليف الطاقة لعملية التنظيف وزيادة الموثوقية.

أحد المجالات الواعدة هو تكامل العمليات. على سبيل المثال، الجمع بين مرحلة إزالة الكبريت وإزالة ثاني أكسيد الكربون في تصميم جهاز واحد. لقد رأيت مصانع تجريبية حيث يتم استخدام كاشف واحد يربط كلاً من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي، ولكن مع فصل منفصل لاحق. وإذا أمكن تحقيق ذلك على نطاق صناعي، فسيكون ذلك بمثابة تقدم كبير.

الاتجاه الآخر هو أنظمة التحكم "الذكية". واستنادًا إلى بيانات من أجهزة استشعار متعددة ونماذج تنبؤية، يمكن للخوارزمية تحديد الوضع الأمثل للامتزاز والتجديد والتنبؤ بالعمر المتبقي للمادة الماصة. لم يعد هذا خيالا علميا. وقد بدأ اختبار هذه الأنظمة في المؤسسات الكبيرة.

وبالعودة إلى السؤال الأصلي: نعم،الإزالة الدقيقة للكبريت من غاز الفحموهذه مهمة صعبة في الصين ولكنها قابلة للحل. المفتاح هو فهم الصورة الكاملة لتركيبة الغاز، واختيار تقنية التعاقب بدون "روابط ضعيفة؟" وفي الاهتمام بالتفاصيل التشغيلية. هذه ليست منطقة حيث يمكنك شراء "الحل المعبأ". وننسى. إنها وظيفة بدوام كامل، توازن بين الكيمياء والهندسة والاقتصاد. وبالحكم على عدد المشاريع الجديدة في المجمعات الكيميائية، فإن هذا العمل مستمر وناجح للغاية.