Дослідження проведено з метою визначення найбільш ефективного та економічно обґрунтованого методу десульфурації нафтогазових родовищ, що забезпечує мінімальний вміст сірчистих сполук у пропан-пропіленовій фракції. У цьому дослідженні було проведено порівняння методів абсорбції, адсорбції та хімічного очищення, в тому числі каталітичного, з точки зору ефективності видалення сірководню, економічної доцільності та впливу на кінцеву якість пропан-пропіленової фракції. У результаті аналізу було встановлено, що ефективність різних методів сіркоочищення пропан-пропіленової фракції залежить від початкової концентрації сірководню, технічних характеристик обладнання та економічних умов експлуатації. Абсорбційні методи з використанням розчинів амінів показали найвищий ступінь очищення, знижуючи вміст сірководню до менш ніж 5 ppm для великих обсягів газу. Однак значні витрати на регенерацію абсорбенту знижують їх економічну привабливість. Адсорбція з використанням цеолітів та активованого вугілля продемонструвала високу ефективність при обробці малих та середніх обсягів газу. Водночас досягається зниження вмісту сірководню до 10 ppm, а регенерація адсорбенту можлива без значних витрат, що робить метод кращим для невеликих установок. Каталітичне очищення з використанням окислювачів виявилося менш ефективним при високих концентраціях сірководню, але забезпечує стабільну роботу при низьких рівнях домішок. Цей метод вимагає значних капітальних вкладень, але дозволяє отримувати фракцію з вмістом сірки менше 8 ppm. На основі отриманих даних встановлено, що вибір оптимального методу сіркоочищення визначається масштабами виробництва і прийнятними економічними витратами. Абсорбція є кращою для великих підприємств, тоді як адсорбційний метод є оптимальним для малих установок
Отримано 02.07.2024
Доопрацьовано 23.10.2024
Прийнято 29.11.2024
[1] Abdirakhimov, M., Al-Rashed, M.H., & Wójcik, J. (2022). Recent attempts on the removal of H2S from various gas mixtures using zeolites and waste-based adsorbents. Energies, 15(15), article numbers 5391. doi: 10.3390/en15155391.
[2] Abedini, H., Asgari, M., Coull, M.W., Shariati, A., & Khosravi-Nikou, M.R. (2021). Efficient production of polymer-grade propylene from the propane/propylene binary mixture using Cu-MOF-74 framework. Separation and Purification Technology, 276, article numbers 119172. doi: 10.1016/j.seppur.2021.119172.
[3] Akashige, T., Katzenberg, A.B., Frey, D.M., Mukherjee, D., Blanco, C.A.U., Chen, B., Okamoto, Y., & Modestino, M.A. (2024). Electrochemically modulated separation of olefin-paraffin gas mixtures in membrane electrode assemblies. Energy Advances, 3(4), 790-799. doi: 10.1039/d3ya00508a.
[4] Alguacil, F.J. (2023). Recent advances in H2S removal from gas streams. Applied Sciences, 13(5), article numbers 3217. doi: 10.3390/app13053217.
[5] Becker, C., Marder, M., Junges, E., & Konrad, O. (2022). Technologies for biogas desulfurization – an overview of recent studies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 159, article numbers 112205. doi: 10.1016/j.rser.2022.112205.
[6] Chan, Y.H., et al. (2022). A state-of-the-art review on capture and separation of hazardous hydrogen sulfide (H2S): Recent advances, challenges and outlook. Environmental Pollution, 314, article numbers 120219. doi: 10.1016/j.envpol.2022.120219.
[7] Daoo, V., & Singh, J.K. (2024). Accelerating in silico discovery of metal-organic frameworks for ethane/ethylene and propane/propylene separation: A synergistic approach integrating molecular simulation, machine learning, and active learning. ACS Applied Materials & Interfaces, 16(6), 6971-6987. doi: 10.1021/acsami.3c14505.
[8] De Meyer, F., & Bignaud, C. (2022). The use of catalysis for faster CO2 absorption and energy-efficient solvent regeneration: An industry-focused critical review. Chemical Engineering Journal, 428, article numbers 131264. doi: 10.1016/j.cej.2021.131264.
[9] Gao, Y., Julião, D., Silva, D.F., De Castro, B., Zhao, J., & Balula, S.S. (2021). A simple desulfurization process to achieve high efficiency, sustainability and cost-effectivity via peroxotungstate catalyst. Molecular Catalysis, 505, article numbers 111515. doi: 10.1016/j.mcat.2021.111515.
[10] Georgiadis, A.G., Charisiou, N.D., & Goula, M.A. (2020). Removal of hydrogen sulfide from various industrial gases: A review of the most promising adsorbing materials. Catalysts, 10(5), article numbers 521. doi: 10.3390/catal10050521.
[11] Gilassi, S., Taghavi, S.M., Rodrigue, D., & Kaliaguine, S. (2020). Techno-economic analysis of a hybrid system for flue-gas separation: Combining membrane and enzymatic-absorption processes. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 159, article numbers 108222. doi: 10.1016/j.cep.2020.108222.
[12] Golmakani, A., Nabavi, S.A., Wadi, B., & Manovic, V. (2022). Advances, challenges, and perspectives of biogas cleaning, upgrading, and utilisation. Fuel, 317, article numbers 123085. doi: 10.1016/j.fuel.2021.123085.
[13] Hatab, F.A., et al. (2022). Solvent regeneration methods for combined dearomatization, desulfurization, and denitrogenation of fuels using deep eutectic solvents. ACS Omega, 8(1), 626-635. doi: 10.1021/acsomega.2c05776.
[14] Ibrahim, S., Rahman, R.K., & Raj, A. (2021). A split-flow sulfur recovery process for the destruction of aromatic hydrocarbon contaminants in acid gas. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 97, article numbers 104378. doi: 10.1016/j.jngse.2021.104378.
[15] Kusenberg, M., Eschenbacher, A., Delva, L., De Meester, S., Delikonstantis, E., Stefanidis, G.D., Ragaert, K., & Van Geem, K.M. (2022). Towards high-quality petrochemical feedstocks from mixed plastic packaging waste via advanced recycling: The past, present and future. Fuel Processing Technology, 238, article numbers 107474. doi: 10.1016/j.fuproc.2022.107474.
[16] Lau, H.S., & Yong, W.F. (2021). Recent progress and prospects of polymeric hollow fiber membranes for gas application, water vapor separation and particulate matter removal. Journal of Materials Chemistry A, 9(47), 26454-26497. doi: 10.1039/d1ta07093b.
[17] Li, X., Wang, X., Wang, L., Ning, P., Ma, Y., Zhong, L., Wu, Y., & Yuan, L. (2022). Efficient removal of carbonyl sulfur and hydrogen sulfide from blast furnace gas by one-step catalytic process with modified activated carbon. Applied Surface Science, 579, article numbers 152189. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.152189.
[18] Liu, Y., Liu, L., & Wang, Y. (2021). A critical review on removal of gaseous pollutants using sulfate radical-based advanced oxidation technologies. Environmental Science & Technology, 55(14), 9691-9710. doi: 10.1021/acs.est.1c01531.
[19] Lyu, Y., Sun, Z., Meng, X., Wu, Y., Liu, X., & Hu, Y. (2021). Scale-up reactivation of spent S-Zorb adsorbents for gasoline desulfurization. Journal of Hazardous Materials, 423, article numbers 126903. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.126903.
[20] Nazir, M.S., Ahmad, S., Tahir, Z., Hassan, N.S.U., Ali, Z., Akhtar, M.N., Azam, K., & Abdullah, M.A. (2021). A review on the methods in diesel desulfurization. Current Analytical Chemistry, 17(6), 815-830. doi: 10.2174/1573411016666200312095424.
[21] Rahmani, M., Mokhtarani, B., & Rahmanian, N. (2023). High pressure adsorption of hydrogen sulfide and regeneration ability of ultra-stable Y zeolite for natural gas sweetening. Fuel, 343, article numbers 127937. doi: 10.1016/j.fuel.2023.127937.
[22] Rozanska, X., Valtz, A., Riva, M., Coquelet, C., Wimmer, E., Gonzalez-Tovar, K., & De Meyer, F. (2023). Selective H2S absorption in aqueous tertiary alkanolamine solvents: Experimental measurements and quantitative kinetic model. Industrial & Engineering Chemistry Research, 62(29), 11480-11490. doi: 10.1021/acs.iecr.3c00888.
[23] Shokrollahi, F., Lau, K.K., Partoon, B., & Smith, A.M. (2022). A review on the selection criteria for slow and medium kinetic solvents used in CO2 absorption for natural gas purification. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 98, article numbers 104390. doi: 10.1016/j.jngse.2021.104390.
[24] Sun, N., Yu, H., Potapov, A.S., & Sun, Y. (2023). Separation of propylene and propane using metal-organic frameworks. Comments on Inorganic Chemistry, 44(3), 203-233. doi: 10.1080/02603594.2023.2261103.
[25] Tian, Y.-J., Deng, C., Peng, Y.-L., Zhang, X., Zhang, Z., & Zaworotko, M.J. (2024). State of the art, challenges and prospects in metal-organic frameworks for the separation of binary propylene/propane mixtures. Coordination Chemistry Reviews, 506, article numbers 215697. doi: 10.1016/j.ccr.2024.215697.
[26] Ucar, D., Di Capua, F., Yücel, A., Nacar, T., & Sahinkaya, E. (2021). Effect of nitrogen loading on denitrification, denitritation and filtration performances of membrane bioreactors fed with biogenic and chemical elemental sulfur. Chemical Engineering Journal, 419, article numbers 129514. doi: 10.1016/j.cej.2021.129514.
[27] Wang, C., Fang, X., Zhao, F., Deng, Y., Zhu, X., Deng, Y., & Chai, X. (2022). Effective removal of hydrogen sulfide from landfill gases using a modified iron pentacarbonyl desulfurization agent and the desulfurization mechanism. Science of the Total Environment, 839, article numbers 156160. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156160.
[28] Wang, Q., Yu, Y., Li, Y., Min, X., Zhang, J., & Sun, T. (2022). Methane separation and capture from nitrogen rich gases by selective adsorption in microporous materials: A review. Separation and Purification Technology, 283, article numbers 120206. doi: 10.1016/j.seppur.2021.120206.
[29] Wu, L., Yan, T., Lei, Q., Zhang, S., Wang, Y., & Zheng, L. (2021). Operational optimization of co-processing of heavy oil and bio-oil based on the coordination of desulfurization and deoxygenation. Energy, 239, article numbers 122558. doi: 10.1016/j.energy.2021.122558.
[30] Yu, T., Chen, Z., Liu, Z., Xu, J., & Wang, Y. (2022). Review of hydrogen sulfide removal from various industrial gases by zeolites. Separations, 9(9), article numbers 229. doi: 10.3390/separations9090229.
[31] Zahid, M.A., Ahsan, M., Ahmad, I., & Khan, M.N.A. (2022). Process modeling, optimization and cost analysis of a sulfur recovery unit by applying pinch analysis on the ClAus process in a gas processing plant. Mathematics, 10(1), article numbers 88. doi: 10.3390/math10010088.
[32] Zhang, Y., Cui, X., & Xing, H. (2021). Recent advances in the capture and abatement of toxic gases and vapors by metal-organic frameworks. Materials Chemistry Frontiers, 5(16), 5970-6013. doi: 10.1039/d1qm00516b.