अमीन गैस उपचार: Difference between revisions
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अमीन गैस उपचार, जिसे, अमीन मार्जन, गैस मधुरण और अम्लगैस हटाने के रूप में भी जाना जाता है, हाइड्रोजन सल्फाइड (H2S) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को हटाने के लिए विभिन्न एल्केलामाइन (सामान्यतः केवल एमाइन के रूप में संदर्भित) के जलीय घोल का उपयोग करने वाली गैसों से अभिक्रियाओं के एक समूह को संदर्भित करता है।[1][2][3] यह तेल शोधशाला में उपयोग की जाने वाली एक सामान्य इकाई प्रक्रिया है, और इसका उपयोग शैलरसायन संयंत्रों, प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण और अन्य उद्योगों में भी किया जाता है।
हाइड्रोजन सल्फाइड को हटाने वाली तेल रिफाइनरियों या रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्रों के भीतर होने वाली अभिक्रियाओं को मीठा बनाने की प्रक्रिया कहा जाता है क्योंकि हाइड्रोजन सल्फाइड की अनुपस्थिति से प्रसंस्कृत उत्पादों की गंध में सुधार होता है। अमीन्स के उपयोग के विकल्प में झिल्ली प्रौद्योगिकी सम्मिलित है। यद्यपि, अपेक्षाकृत उच्च पूंजी और परिचालन लागत के साथ-साथ अन्य तकनीकी कारकों के कारण झिल्ली पृथक्करण कम आकर्षक है।[4]
गैस उपचार में कई अलग-अलग अमाइन का उपयोग किया जाता है:
- डायथेनॉलमाइन (डीईए)
- मोनोइथेनॉलमाइन (एमईए)
- मिथाइल डायथेनॉलमाइन (एमडीईए)
- डाईइसोप्रोपेनोलामाइन (डीआईपीए)
- एमिनोएथॉक्सीथेनॉल (डिग्लीकोलेमाइन) (डीजीए)
औद्योगिक संयंत्रों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली अमाइन अल्कानोलामाइन डीईए, एमईए और एमडीईए हैं। रसोई गैस (एलपीजी) जैसे तरल हाइड्रोकार्बन से खट्टी गैसो को हटाने के लिए इन अमाइन का उपयोग कई तेल रिफाइनरियों में भी किया जाता है।
एक विशिष्ट अमीन वार्ताकार का विवरण
हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण उद्योगों में H2S या H2S और CO2 दोनों युक्त गैसों को सामान्यतः खट्टी गैसों या अम्ल गैसों के रूप में जाना जाता है।
ऐसी गैसों के अमीन उपचार में सम्मिलित रसायन विशेष अमीन के उपयोग के साथ कुछ भिन्न होता है। अधिक सामान्य अमाइनों में से एक के लिए, मोनोएथेनॉलैमाइन (एमईए) को 'RNH2' के रूप में निरूपित किया जाता है, अम्ल-क्षार अभिक्रिया में ऐमीन इलेक्ट्रॉन युग्म के प्रोटोनीकरण से धनावेशित अमोनियम समूह (RNH+
3) बनता है। जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
- RNH2 + H2S ⇌ RNH+
3+HS− - RNH2 + H
2CO
3 ⇌ RNH+
3 + HCO−
3
घोल में अधिक घुलनशील होने के कारण परिणामी पृथक्कृत और आयनित प्रजातियाँ अमीन घोल द्वारा फँस जाती हैं, या साफ़ हो जाती हैं और आसानी से गैस चरण से हटा दी जाती हैं। अमीन स्क्रबर के निर्गमिका पर, मीठी गैस इस प्रकार H2S और CO2 में समाप्त हो जाती है।
एक विशिष्ट अमाइन गैस उपचार प्रक्रिया (गिरबोटोल प्रक्रिया, जैसा कि नीचे प्रक्रिया प्रवाह आरेख में दिखाया गया है) में एक अवशोषक इकाई और एक पुनर्योजी इकाई के साथ-साथ सहायक उपकरण सम्मिलित हैं। अवशोषक में, डाउनफ्लोइंग अमाइन समाधान एक उत्पाद के रूप में एक मीठी गैस धारा (यानी, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड से मुक्त गैस) और अवशोषित अम्ल गैसों में समृद्ध एक अमीन समाधान का उत्पादन करने के लिए अपफ्लोइंग खट्टी गैस से H2S और CO2को अवशोषित करता है। परिणामी समृद्ध अमीन को पुनर्जीवित या दुबले अमाइन का उत्पादन करने के लिए पुनर्योजी (एक विपट्टक के साथ एक पुनर्वाष्पित्र) में भेजा जाता है जिसे अवशोषक में पुन: उपयोग के लिए पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। पुनर्योजित्र से निकाली गई उपरिव्यय गैस सांद्रित H2S और CO2 है।
वैकल्पिक प्रक्रियाएं
वैकल्पिक विपट्टक विन्यास में मैट्रिक्स, आंतरिक विनिमय, स्फुरण निवेशांक और विखंडन निवेशांक के साथ बहुदबाव सम्मिलित हैं। इनमें से कई विन्यास विशिष्ट विलायक या परिचालन स्थितियों के लिए अधिक ऊर्जा दक्षता प्रदान करते हैं। निर्वात ऑपरेशन अवशोषण के कम ताप वाले विलायक का समर्थन करता है जबकि सामान्य दबाव पर ऑपरेशन अवशोषण के उच्च ताप वाले विलायक का समर्थन करता है। अवशोषण के उच्च ताप वाले विलायक को निश्चित क्षमता पर तापमान प्रदोलन से अलग करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। मैट्रिक्स विपट्टक 40% की वसूली करता है CO2 एक उच्च दबाव पर और बहुदबाव विपट्टक से जुड़ी अक्षमताएँ नहीं हैं। ऊर्जा और लागत कम हो जाती है क्योंकि पुनर्वाष्पित्र कृत्य चक्र सामान्य दबाव विपट्टक से थोड़ा कम होता है। एक आंतरिक विनिमय विपट्टक में जल वाष्प का एक छोटा अनुपात होता है CO2 ओवरहेड प्रवाह से, और इसलिए कम भाप की आवश्यकता होती है। विखंडन निवेशांक के साथ बहुदबाव विन्यास प्रवाह को नीचे के खंड में कम कर देता है, जिससे समकक्ष कार्य भी कम हो जाता है। स्फुरण निवेशांक को कम गर्मी निविष्ट की आवश्यकता होती है क्योंकि यह स्तंभ के तल पर विपट्टक में प्रवेश करने वाली समृद्ध धारा में कुछ CO2 को हटाने में मदद करने के लिए जल वाष्प की गुप्त गर्मी का उपयोग करता है। अवशोषण के उच्च ताप वाले विलायक के लिए बहुदबाव विन्यास अधिक आकर्षक है।[5]
अमीन
शोषक जलीय घोल में अमीन सांद्रता अमीन गैस उपचार प्रक्रिया के योजनाबद्ध और संचालन में एक महत्वपूर्ण मापदण्ड है। निम्नलिखित चार अमाइनों में से किस एक इकाई को उपयोग करने के लिए योजनाबद्ध किया गया था और किस गैस को हटाने के लिए योजनाबद्ध किया गया था, इसके आधार पर, ये कुछ विशिष्ट अमीन सांद्रता हैं, जो जलीय घोल में शुद्ध अमीन के वजन प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती हैं:[1]
- मोनोएथेनॉलमाइन: H2S और CO2 को हटाने के लिए लगभग 20%, और केवल CO2 को हटाने के लिए लगभग 32%.
- डायथेनोलामाइन: H2S और CO2 को हटाने के लिए लगभग 20 से 25%
- मेथिल्डिथेनॉलमाइन:H2S और CO2 को हटाने के लिए लगभग 30 से 55%
- डाइग्लीकोलामाइन: H2S और CO2 को हटाने के लिए लगभग 50%
परिसंचारी जलीय घोल में अमीन सांद्रता का चुनाव कई कारकों पर निर्भर करता है और यह काफी मनमाना हो सकता है। यह सामान्यतः केवल अनुभव के आधार पर बनाया जाता है। इसमें सम्मिलित कारकों में सम्मिलित है कि क्या अमीन इकाई कच्चे प्राकृतिक गैस या पेट्रोलियम शोधन प्रक्रियाएं द्वारा उप-उत्पाद गैसों का उपचार कर रही है जिसमें दोनों H2S और CO2 की अपेक्षाकृत कम सांद्रता होती है या इकाई उच्च प्रतिशत CO2 के साथ गैसों का उपचार कर रही है या नहीं जैसे कि अमोनिया उत्पादन में उपयोग की जाने वाली भाप सुधार प्रक्रिया से निकलने वाली गैसें या पारंपरिक कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र से निकलने वाली गैसें।[1]
दोनों H2S और CO2अम्ल गैसें हैं और इसलिए कार्बन स्टील के लिए संक्षारक हैं। यद्यपि, एक अमीन उपचार इकाई में, CO2 दोनों का प्रबल अम्ल है। H2S स्टील की सतह पर आयरन सल्फाइड की एक फिल्म बनाता है जो स्टील की सुरक्षा का काम करती है। CO2 के उच्च प्रतिशत के साथ गैसों का इलाज करते समय, संक्षारण अवरोधकों का प्रायः उपयोग किया जाता है और यह परिसंचारी विलयन में अमीन की उच्च सांद्रता के उपयोग की अनुमति देता है।
अमीन सांद्रता को चुनने में सम्मिलित एक अन्य कारक चयनित अमीन में H2S और CO2 की सापेक्ष घुलनशीलता है।[1]अमीन के प्रकार की पसंद अमीन समाधान की आवश्यक परिसंचरण दर, पुनर्जनन के लिए ऊर्जा की खपत और यदि वांछित हो तो अकेले H2S या अकेले CO2 को चुनिंदा रूप से हटाने की क्षमता। अमीन सांद्रता का चयन करने के बारे में अधिक जानकारी के लिए, पाठक कोहल और नील्सन की किताब को संदर्भित करता है।
एमईए और डीईए
MEA और DEA प्राथमिक और द्वितीयक अमाइन हैं। वे बहुत अभिक्रियाशील हैं और उच्च अभिक्रिया दर के कारण गैस की उच्च मात्रा को प्रभावी ढंग से हटा सकते हैं यद्यपि,रससमीकरणमिति के कारण, लोडिंग क्षमता 0.5 मोल CO2 प्रति मोल अमीन तक सीमित है।[6] पुनर्जनन के दौरान, MEA और DEA को भी CO2 को हटाने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो कुल परिचालन लागत का 70% तक हो सकता है। वे अन्य अमाइन की तुलना में अधिक संक्षारक और रासायनिक रूप से अस्थिर भी हैं।[6]
उपयोग
तेल रिफाइनरियों में, विपट्टित गैस ज्यादातर H2S होती है, जिनमें से अधिकांश प्रायः सल्फर हटाने वाली प्रक्रिया से आता है जिसे हाइड्रोडीसल्फराइजेशन कहा जाता है। यह H2S-समृद्ध विपट्टित गैस स्ट्रीम को सामान्यतः क्लॉस प्रक्रिया में रूट किया जाता है जिससे इसे मौलिक गंधक में परिवर्तित किया जा सके। वास्तव में, 2005 में दुनिया भर में उत्पादित 64,000,000 मीट्रिक टन सल्फर का विशाल बहुमत रिफाइनरियों और अन्य हाइड्रोकार्बन प्रसंस्करण संयंत्रों से उप-उत्पाद सल्फर था।[7][8] एक अन्य सल्फर हटाने की प्रक्रिया WSA प्रक्रिया है जो किसी भी रूप में केंद्रित सल्फ्यूरिक अम्ल के रूप में सल्फर को पुनः प्राप्त करती है। कुछ पौधों में, एक से अधिक अमीन अवशोषक इकाई एक सामान्य पुनर्योजी इकाई साझा कर सकते हैं। जीवाश्म ईंधन बिजली संयंत्रों द्वारा उत्सर्जित ग्रिप गैसों से CO2 को हटाने के लिए अमीन्स का उपयोग करने में बहुत रुचि पैदा की है। (यह भी देखें: कार्बन अधिकृतऔर भंडारण और पारंपरिक कोयला आधारित बिजली संयंत्र)।
अमोनिया के औद्योगिक संश्लेषण के विशिष्ट मामले में, गैसीय हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए हाइड्रोकार्बन की भाप सुधार प्रक्रिया के लिए, अमीन उपचार गैसीय हाइड्रोजन के अंतिम शुद्धिकरण में अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए सामान्यतः इस्तेमाल की जाने वाली अभिक्रियाओं में से एक है।
बायोगैस उत्पादन में कभी-कभी बायोगैस से कार्बन डाइऑक्साइड को निकालना आवश्यक होता है जिससे इसे प्राकृतिक गैस के साथ तुलनीय बनाया जा सके। बायो गैस जलाने के बाद धातु के हिस्सों के क्षरण को रोकने के लिए हाइड्रोजन सल्फाइड की कभी-कभी उच्च सामग्री को हटाना आवश्यक है।[9]
कार्बन अधिकृत और भंडारण
प्राकृतिक गैस उत्पादन से लेकर खाद्य और पेय उद्योग तक विभिन्न क्षेत्रों में CO2 को हटाने के लिए अमाइन का उपयोग किया जाता है, और यह साठ वर्षों से अधिक समय से है।[10]
अमाइन के कई वर्गीकरण हैं, जिनमें से प्रत्येक में CO2अधिकृत से संबंधित अलग-अलग विशेषताएं हैं। उदाहरण के लिए, मोनोएथेनॉलमाइन (MEA) CO2 जैसी अम्ल गैसों के साथ दृढ़ता से अभिक्रिया करता है और तेज अभिक्रिया करने का समय है और कम CO2 सांद्रता पर भी CO2 के उच्च प्रतिशत को हटाने की क्षमता हैं। सैद्धांतिक रूप से, मोनोएथेनॉलमाइन (MEA) कोयले से चलने वाले संयंत्र की ग्रिप गैस से CO2 के 85% से 90% तक कब्जा कर सकता है, जो CO2 को अधिकरण के लिए सबसे प्रभावी विलायक में से एक है[11]
अमीन का उपयोग कर कार्बन अधिकरण की चुनौतियों में सम्मिलित हैं:
- कम दबाव वाली गैस CO2 को गैस से अमीन में स्थानांतरित करने में कठिनाई को बढ़ाती है
- गैस की ऑक्सीजन सामग्री अमीन गिरावट और अम्ल गठन का कारण बन सकती है
- CO2 प्राथमिक (और माध्यमिक) अमीन्स का क्षरण
- उच्च ऊर्जा खपत
- बहुत बड़ी सुविधाएं
- हटाए गए CO2 को व्यवस्थित करने, के लिए एक उपयुक्त स्थान (बढ़ी हुई तेल पुन:प्राप्ति, गहरे खारे जलभृत, बेसाल्टिक चट्टानें ...) खोजना[12]
आंशिक दबाव CO2 को तरल चरण में स्थानांतरित करने के लिए प्रेरक शक्ति है। कम दबाव के तहत, यह स्थानांतरण पुनर्वाष्पित्र के ताप कृत्य को बढ़ाए बिना प्राप्त करना कठिन है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च लागत आएगी।[12]
प्राथमिक और द्वितीयक ऐमीन, उदाहरण के लिए, MEA और DEA, CO2 के साथ अभिक्रिया करते और क्षरण उत्पाद बनाते हैं। इनलेट गैस से O2 भी गिरावट का कारण बनेगा। अवक्रमित अमाइन अब CO2 को अधिकृत करने में सक्षम नहीं है, जो समग्र कार्बन अधिकृतदक्षता को कम करता है।[12]
वर्तमान में, CO2 में उपयोग के लिए समग्र गुणों के अधिक वांछनीय सेट को प्राप्त करने के लिए विभिन्न प्रकार के अमीन मिश्रणों को संश्लेषित और परीक्षण किया जा रहा है। एक प्रमुख ध्यान विलायक पुनर्जनन के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम करने पर है, जिसका प्रक्रिया लागत पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। यद्यपि, विचार करने के लिए दुविधा हैं। उदाहरण के लिए, पुनर्जनन के लिए आवश्यक ऊर्जा सामान्यतः उच्च अधिकृत क्षमता प्राप्त करने के लिए प्रेरक बल से संबंधित होती है। इस प्रकार, पुनर्जनन ऊर्जा को कम करने से प्रेरक बल कम हो सकता है और इस प्रकार CO2 की दी गई मात्रा अधिकरण के लिए विलायक की मात्रा और अवशोषक के आकार में वृद्धि हो सकती है। इस प्रकार, पूंजीगत लागत में वृद्धि होगी।[11]
यह भी देखें
- अमोनिया उत्पादन
- हाइड्रोडसल्फराइजेशन
- डब्ल्यूएसए प्रक्रिया
- क्लॉस प्रक्रिया
- सेलेक्सोल
- रेक्टिसोल
- अमीन
- कार्बन अधिकृतमें आयनिक तरल पदार्थ
- कार्बन अधिकृतके लिए ठोस शर्बत
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Arthur Kohl; Richard Nielson (1997). Gas Purification (5th ed.). Gulf Publishing. ISBN 0-88415-220-0.
- ↑ Gary, J.H.; Handwerk, G.E. (1984). Petroleum Refining Technology and Economics (2nd ed.). Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7150-8.
- ↑ US 4080424, Loren N. Miller & Thomas S. Zawacki, "Process for acid gas removal from gaseous mixtures", issued 21 Mar 1978, assigned to Institute of Gas Technology
- ↑ Baker, R. W. (2002). "Future Directions of Membrane Gas Separation Technology". Ind. Eng. Chem. Res. 41 (6): 1393–1411. doi:10.1021/ie0108088.
- ↑ Oyenekan, Babatunde; Rochelle, Gary T. (2007). "Alternative Stripper Configurations for CO2 Capture by Aqueous Amines". AIChE Journal. 53 (12): 3144–154. doi:10.1002/aic.11316.
- ↑ 6.0 6.1 Idem, Raphael (2006). "Pilot Plant Studies of the CO2 Capture Performance of Aqueoues MEA and Mixed MEA/MDEA Solvents at the University of Regina CO2 Capture Technology Development Plant and the Boundary Dam CO2 Capture Demonstration Plant". Ind. Eng. Chem. Res. 45 (8): 2414–2420. doi:10.1021/ie050569e.
- ↑ Sulfur production report by the United States Geological Survey
- ↑ Discussion of recovered byproduct sulfur
- ↑ Abatzoglou, Nicolas; Boivin, Steve (2009). "A review of biogas purification processes". Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 3 (1): 42–71. doi:10.1002/bbb.117. ISSN 1932-104X.
- ↑ Rochelle, G. T. (2009). "Amine Scrubbing for CO2 Capture". Science. 325 (5948): 1652–1654. Bibcode:2009Sci...325.1652R. doi:10.1126/science.1176731. ISSN 0036-8075. PMID 19779188. S2CID 206521374.
- ↑ 11.0 11.1 Folger, P. (2009). "Carbon Capture: a Technology Assessment". Congressional Research Service Report for Congress. 5: 26–44.
- ↑ 12.0 12.1 12.2 Wu, Ying; Carroll, John J. (5 July 2011). Carbon Dioxide Sequestration and Related Technologies. John Wiley & Sons. pp. 128–131. ISBN 978-0-470-93876-8.
बाहरी संबंध
- Description of Gas Sweetening Equipment and Operating Conditions
- Selecting Amines for Sweetening Units, Polasek, J. (Bryan Research & Engineering) and Bullin, J.A. (Texas A&M University), Gas Processors Association Regional Meeting, Sept. 1994.
- Natural Gas Supply Association Scroll down to Sulfur and Carbon Dioxide Removal
- Description of the classic book on gas treating Archived 2008-03-16 at the Wayback Machine by Arthur Kohl; Richard Nielsen. Gas Purification (Fifth ed.). Gulf Publishing. ISBN 0-88415-220-0.
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