Экспериментальное исследование процессов очистки растворов диэтаноламина

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты проведенных исследований очистки отработанных абсорбционных этаноламиновых растворов с содержанием (10–14%) ДЭА и различных его конденсатов образующихся в результате их долгосрочной эксплуатации в процессах абсорбции и десорбции сероводорода, углекислоты и других серосодержащих органических соединений. Создана лабораторная установка для проведения этих исследований.

ABSTRACT

The article presents the results of studies of the purification of spent absorption ethanolamine solutions with a content (10-14%) of DEA and its various condensates formed as a result of their long-term operation in the processes of absorption and desorption of hydrogen sulfide, carbon dioxide and other sulfur-containing organic compounds. A laboratory facility has been created to conduct these studies.

Ключевые слова: диэтаноламин, физико-химические свойства, сероводород, лабораторная установка, сероводород, коррозия, экология.

Keywords: diethanolamine, physicochemical properties, hydrogen sulfide, laboratory setup, hydrogen sulfide, corrosion, ecology.

На современном этапе развития промышленности, в Республике Узбекистан,  проводится масштабная работа по обеспечению эффективного использования имеющихся финансовых и материальных ресурсов. В этом направлении важным и актуальным является вопрос вовлечения в производство инновационных разработок,  при внедрении которых решались вопросы не только коммерциализации [1], но и экологические, по защите окружающей среды, с расширением сырьевых ресурсов для получения новых составов импортозамещающих продуктов.

Важнейшим условием успешной эксплуатации установок аминовой очи­стки природного газа от серосодержащих соединений является поддержание высокого качества циркулирующего раствора абсорбента.

Известно, что при длительной циркуляции раствора в системе накапли­ваются побочные продукты, обуславливающие не только потери абсорбента, но и коррозию технологического оборудования, что приводит к серьезным ослож­нениям при работе в промышленных условиях. В образовании побочных про­дуктов принимают участие двуокись углерода, кислород, сернистые соедине­ния, материалы аппаратуры и др. [2].

О том, что растворы алканоламинов, и, в частности, диэтаноламина (ДЭА), моноэтаноламина (ДЭА) в процессе очистки газов от кислых компо­нентов – (Н₂S, С0₂) образуют соединения, обладающие коррозионной активно­стью, известно с начала появления аминового процесса очистки от сероводорода и диоксида углерода.

Научные исследования ученых [3], показали, что нежелательными компонентами в рабочем растворе абсорбента являются не только механические примеси различного происхождения (песок, сульфиды и т.д.), но и продукты термической деструкции амина (диэтанолпиперазин, N(гидроксиэтил) имидазолидон, трис(гидроксиэтил) этилендиамин, N,N бис(гидроксиэтил) имидазолидон, N(гидроксиэтил) пиперазин, N(гидроксиэтил) оксазолидон и т.д.

В последнее время в Республике в промышленных предприятиях перера­ботки нефти и газа основное внимание уделяется поиску методов очистки природных и отходящих газов производства от органических соединений серы, меркаптанов, карбонилсульфида (СОS), дисульфида углерода (СS₂) и сульфидов (RSR), а также созданию новых видов высокоэффективных композиционных абсорбентов для очистки газов. В связи с этим, имеют важное значение исследования по переработки, обезврежи­ванию и утилизации органических азотосодержащих отходов производства с улучшением экологических условий региона.

  Объектом исследования являются отработанные абсорбционные этаноламиновые растворы с содержанием (10–14%) ДЭА и различных его конденсатов образующихся в результате их долгосрочной эксплуатации в процессах абсорбции и десорбции сероводорода, углекислоты и других серосодержащих органических соединений, характеристика которых приведены ниже (таблица 1.):

Таблица 1.

Физико-химическая характеристика отработанных абсорбционных этаноламиновых растворов с содержанием (10–14%) ДЭА

Указанные растворы с приведёнными показателями, являются непригодными для дальнейшего использования в технологии очистки природного газа от кислых его компонентов и выбрасываются в виде технологического отхода и отгружается через канализацию ГПЗ в могильники. 

В связи с этим нами для проведения лабораторных исследований, процесса очистки рабочих растворов амина была создана установка, представленная на рисунке 1.

Вакуумная разгонка раствора диэтаноламина проходила при постоянном остаточном давлении 15 мм рт.ст. (2,0·10³Па). Контроль давления проводили ртутным вакуумметром. Количество абсорбента, подвергаемого вакуумной дистилляции, составляло 400–450 мл за одно испытание.

В результате проведения процесса получено три фракции: водная, аминовая и кубовый остаток. Следует отметить, что при проведении вакуумной дистилляции диэтаноламина на лабораторной установке имели место незначительные потери, составляющие не более 1,6 % масс.

Рисунок 1. Лабораторная установка очистки водного раствора аминового абсорбента I и II – вход и выход охлаждающей воды; III – соединение с вакуумным насосом

Установка состоит из термометра - 1, дефлегматора - 2, круглодонной колбы - 3, колбонагревателя - 4, прямого холодильника - 5, колбы Бунзена для сбора продукции вакуумной разгонки - 6, вакуумметра - 7. Для регулирования вакуума предусмотрен зажим - 8.

По соответствующим методикам было проведено полное исследование регенерированных растворов диэтаноламина полученных после регенерации. Результаты исследования приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Физико–химические характеристики регенерированного амина

Из приведенных данных таблицы  2 следует, что рабочая концентрация регенерированного амина находится в пределах, которые рекомендованы проектной организацией для эксплуатации (21–30%), а плотность соответствует концентрации (1,070–1,114 г/см³).

Содержание термостабильных солей (ТСС) не превышает 1 % масс. По литературным данным такое количество ТСС не влияет на вспенивание амина [4].

Содержание продуктов деструкции амина в рабочих растворах абсорбента достигает 34,32 % масс, минимальная их концентрация – 10,07 % масс. По результатам исследования, для нормальной работы установок очистки газа содержание ПДД в амине не должно превышать 3 % масс.

Высота пены растворов амина находилась на среднем уровне (10–15 мм) пенообразование повышенное. Пена характеризовалась средней стабильностью. Исходя из литературных данных, устойчивую стабильную пену образуют только те жидкости, в которых находятся ПАВ [4]. Присутствие ПАВ в жидкостях приводит к понижению коэффициента поверхностного натяжения на границе раздела фаз амина и дизельного топлива, от величины которого зависит пенообразующая способность раствора. Коэффициент поверхностного натяжения исследуемых растворов регенерированного амина тем ниже, чем больше содержание в них продуктов деструкции.

Для сравнения этого показателя были определены его значения в регенерированном амине с низкой и высокой вспениваемостью. Исследования показали, что амин с низкой пенообразующей способностью и низкой стабильностью пены имеет более высокий коэффициент поверхностного натяжения, чем пенящийся амин [5].

Содержание углеводородов в пробах амина находилось в пределах от 0,022 до 0,40 мг/л, что может привести к незначительному увеличению вспениваемости абсорбента, но не может являться основной причиной дестабилизации работы установок аминовой очистки.

Количество механических примесей в регенерированном амине высокое –779–1059 мг/л. Несмотря на то, что в регламенте не нормируется содержание механических примесей, высокое их содержание в амине является одной из причин пенообразования и может быть стабилизатором пены. Определена допустимая концентрация механических примесей в рабочем растворе амина, которая составляет 100 мг/л.

Содержание пеногасящих реагентов в растворе в пересчете на кремний составляет от 0,03 до 0,46 % масс, и зависит от количества добавленных реагентов. По данным массовая доля пеногасящих реагентов не должна превышать 0,01 %. Приведенные выше результаты исследования показывают, что содержание пеногасящих реагентов в пробах амина выше рекомендуемого.

Таким образом, проведены научно-исследовательские работы процесса очистки рабочих растворов амина. Проведенные работы позволили разработать эффективную технологию очистки, а полученные растворы диэтаноламина после регенерации можно использовать повторно.

Список литературы:
1. Постановление Президента Республики Узбекистан «О дополнительных мерах по повышению эффективности коммерциализации результатов научной и научно-технической деятельности» от 14.07.2018г.- № ПП-3855.
2. Хусанов С.С. Очистка отработанного ДЭА из дегратационных соединений применяемого на ООО «Шуртаннефтегаз»: дис… акад. степени магистра. Ташкент, 2013. -81с.
3. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии: Высшая школа. – М.: Мир, 1987. – 260 с.
4. Тихомиров, В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения [Текст]. – М.: Химия, 1983. – 264 с.
5. Азамов А.С. Резервы и возможности развития нефтегазового комплекса Республики Узбекистан // Узбекский журнал нефти и газа. –Ташкент, 2000. -№ 4, - С. 4–5.