Возможность очистки циркулирующего ДЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей адсорбционным способом

The possibility of cleaning a circulating DEA-solution from resiny substances and other harmful impurities by an adsorption method
Цитировать:
Возможность очистки циркулирующего ДЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей адсорбционным способом // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Менглиев Ш.Ш. [и др.]. 2020. № 2 (68). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/8746 (дата обращения: 26.02.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований возможности очистки ДЭА–растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3. На основании положительных результатов лабораторных исследований рекомендуется проведение тонкой адсорбционной очистки ДЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей на активированном угле АГ-3.

ABSTRACT

The article presents the results of studies on the possibility of purification of DEA solutions from resinous substances on strongly basic resins A-23 and AV-17-8 and activated carbon AG-3. Based on the positive results of laboratory studies, it is recommended that a thin adsorption purification of the DEA solution from resinous substances and other harmful impurities on the activated carbon AG-3.

 

Ключевые слова: диэтаноламин, физико-химические свойства, сероводород, смолистые вещества, абсорбционная очистка, коррозия, экология.

Keywords: diethanolamine, physicochemical properties, hydrogen sulfide, resinous substance, absorption treatment, corrosion, ecology.

 

В настоящее время пристальное внимание уделяется проблеме удаления первопричин возникновения таких нежелательных явлений, как выбросы в атмосферу, особенно остро стоят вопросы при бурении, эксплуатации и ремонта скважин, пластовый флюид которые содержат значительное количест­во токсичных кислых газов (сероводород и углекислый газ). Увеличение со­держания сероводорода приводит к появлению проблем безопасности работы операторов и проблемам экологического характера. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что кислые газы активно взаимодействуют с технологическими жидкостями, существенно ухудшая их физико-химические свойства, вызывают коррозию элементов оборудования, ухудшение проницае­мости призабойной зоны, могут выделяться из раствора на устье скважины и в циркуляционной системе, опасны для обслуживающего персонала, окружаю­щего животного и растительного мира.

В Республике Узбекистан придается большое значение модернизации химической, металлургической и нефтегазовой промышленности, переводу промышленных предприятий на местное сырье, получение на их основе новых материалов, пригодных на экспорт. Достигнуты научные и практические результаты в получении адсорбентов на основе местного сырья и применение их в различных отраслях промышленности, а также регенерации отработанных алканоламинов. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан определены главные задачи, направленные на «модернизацию и диверсификацию промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, направленные на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов». В этом плане приобретает особое значение повышение эффективности установки очистки природного газа от кислых компонентов на газоперерабатывающих заводах, что улучшит экономику республики за счет импортозамещения -  организация производства оптимальных адсорбентов и реагентов из местного сырья на территории республики [1].

К основным проблемам очистке газа диэтаноламиновых (ДЭА) установок относятся значительные потери растворителя и ускоренная коррозия оборудования. В результате этого ухудшается очистка газа, значительно увеличиваются расходные коэффициенты, выводится из строя оборудование.

Потери диэтаноламина в процессе очистки конвертированного газа от СО2 возникают в результате образования побочных соединений. Раствор ДЭА способен к поглощению кислорода. Кислород потенциально ускоряет разложение амина. При высокой температуре в десорбере за счёт поглощённого кислорода с большой скоростью протекают реакции окисления и полимеризации ДЭА [2].

ДЭА сравнительно легко окисляется сначала с образованием α-аминоальдегида, затем глицина, гликолевой кислоты, щавелевой кислоты и, наконец, муравьиной кислоты. Эти кислоты приводят к коррозии с образованием нерастворимых солей железа, способных забивать аппаратуру. Продукты осмоления – тяжёлые смолистые соединения в дальнейшем образуют отложения по всему технологическому оборудованию. Необходимо заметить, что возникшие смолистые отложения являются катализатором дальнейшего образования отложений и вызывают интенсивную коррозию оборудования. Чем больше в растворе амина продуктов деградации и термостойких солей, тем меньше его абсорбционная способность. Продукты деградации не участвует в процессе очистки кислых газов, а являются балластом в системе амина. Это ведёт к уменьшению концентрации свободного амина в растворе, к увеличению его коррозионной активности [3-5].

Тем не менее, как показали результаты исследований ООО «Шуртаннефтегаз» регенерированные растворы ДЭА зачастую содержали смолистые вещества выше нормируемых значений; кроме смолистых веществ растворы ДЭА содержали примеси в виде связанного азота, муравьиной кислоты, нитратов, сульфатов, хлоридов, твёрдых частиц (сульфидов железа, окиси железа, пыли, песка, прокатной окалины, маслянистых веществ) и других.

Исследовать возможность очистки циркулирующего ДЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей адсорбционным способом.

Работа проводилась в следующих направлениях:

  1. Изучение состава регенерированных ДЭА–растворов. Набор статистических данных.
  2. Исследование возможности очистки ДЭА–растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3.
  3. Проведение предварительной фильтрации ДЭА-растворов от механических примесей через кварцевой песок.
  4. Определение удельной адсорбционной ёмкости  исследуемых сорбентов и степени очистки растворов от смолистых веществ.
  5. Исследование возможности регенерации сорбентов.
  6. Выбор оптимального сорбента для проведения тонкой очистки ДЭА-раствора.

В исследованиях использовались сильноосновные аниониты гелевого типа А-23 компании Tulsion (США) и АВ-17-8 производства Российской Федерации.

Подготовка смол проводилась в соответствии с требованиями ГОСТ 20301-74; ГОСТ 20255.1-89; ГОСТ 20255.2-89. Активированный уголь АГ-3 предварительно промывали глубокообессоленной водой, очищали от механических примесей.

Через подготовленные сорбенты объёмом 100 cm3 пропускали очищаемые растворы диэтаноламина с определённой скоростью (4,2÷33 cm3/min) до проскока смолистых веществ (достижения концентрации смол в фильтрате выше нормируемых значений) или резкого снижения степени очистки. Определяли степень очистки и оценивали адсорбционную ёмкость сорбента. Затем сорбент (ионообменные смолы) регенерировали 5%-ным раствором едкого натрия, отмывали водой и запускали снова для очистки ДЭА-раствора по следующему циклу [6]. Регенерацию отработанного активированного угля проводили кипячением в глубокообессоленной воде в течение 2-х часов. Определяли состав фильтратов.

Характеристика сорбентов.

1

Колонка с смолой  А - 23

Диаметр – 1,72 cm

Объём подготовленной смолы – 100 cm3

Высота столба смолы – 43 cm

Площадь сечения поперечного – 2,326 cm2

Скорость пропускания раствора – 8,2 cm3/min

Производительность – 2,11 m3/ m2·h

2

Колонка с смолой АВ-17-8

Диаметр – 1,63 cm

Объём подготовленной смолы –100 cm3

Высота столба смолы – 48 cm 

Площадь сечения поперечного – 2,083 cm2

Скорость пропускания раствора – 8,2 cm3/min

Производительность – 2,36 m3/ m2·h

3

Объём угля АГ-3 –100 cm3, вес (сухого угля) – 50g

Высота слоя угля – 46 cm

Диаметр – 1,66 cm

Площадь сечения поперечного – 2,17 cm2

Скорость пропускания раствора – 8,8 cm3/min

Производительность – 2,4 m3/ m2·h

Предварительная очистка ДЭА - раствора через песок.

Для очистки использовали природный речной песок. Отделяли от крупных включений и камней на сетках с ячейками 2 mm; затем отсеяли и промыли от пыли на сетках с ячейками 0,34 mm. Для фильтра использовали чистый кварцевый песок с зернистостью (0,34÷1,0) mm.

Характеристика песочного фильтра.

4

Объём промытого песка – 657 cm3

Высота слоя песка – 55 cm

Диаметр – 3,9 cm

Площадь сечения поперечного – 12 cm2

Скорость пропускания раствора – 13,6 cm3/min

Производительность – 0,6798 m3/ m2·h

Показатели качества ДЭА-растворов приведены в таблице.

Таблица 1.

Показатели исходных регенерированных диэтаноламиновых растворов (II ступени нитка «А» и «Б»)

п/п

Химические показатели

Исходная проба

1

2

3

4

5

6

7

нитка «А»

нитка «А»

нитка «А»

нитка «А»

нитка «А»

нитка «Б»

нитка «А»

1

Массовая концентрация муравьиной кислоты, g/l

0,04

0,03

0,05

0,06

0,04

0,03

0,075

2

Массовая концентрация СО2, g/l

8,9

8,67

8,56

10,67

11

11,18

19,65

3

Массовая доля общего азота, %

2,375

2,29

2,48

2,607

3,23

2,27

2,79

4

Массовая доля связанного азота, %

0,137

0,07

0,07

0,08

0,12

0,14

0,004

5

Массовая концентрация смолистых веществ,  g/l

1,35

1,68

1,25

1,60

2,075

2,45

1,050

6

Массовая доля SO42-,  %

-

0,12

0,16

0,23

0,19

0,13

0,30

7

Массовая доля Cl-, %

-

0,031

0,02

0,023

0,028

0,014

0,032

8

Плотность,  g/cm3

1,011

1,011

1,011

1,014

1,017

1,012

1,028

9

Показатель активности водородных  ионов, рН

10,85

10,75

10,82

10,41

10,95

10,45

10,00

10

Массовая концентрация NO3,  mg/l

-

77

50

34

57

44

252

11

Массовая концентрация общей серы, mg/l

-

345

440

574

677,4

315,93

1003,94

12

Массовая доля ДЭА, % (хром. метод)

9,75

9,66

10,5

11,01

13,56

10,77

12,14

13

Массовая доля ДЭА, % (титр. метод)

-

9,65

10,40

11,65

13,85

9,27

12,56

14

Массовая доля механических примесей ,  %

-

-

-

-

-

0,028

-

 

Как видно из результатов анализов регенерированные водные раствора ДЭА I, II ступеней очистки содержали ДЭА 9,27÷13,56 %; связанного азота 0,004 ÷0,14 %; смолистых веществ 1,05÷2,45 g/dm3; муравьиной кислоты 0,03÷0,075 g/dm3; общей серы 0,315÷1,0 g/dm3; хлоридов 0,014÷0,032 %; нитратов 0,044÷0,252 g/dm3; механических примесей - 0,028 %.

Подбор скорости подачи ДЭА-раствора через адсорбенты осуществляли по результатам очистки раствора от смолистых веществ. Оптимальными скоростями подачи ДЭА раствора оказались:

на анионите А-23

– 8,2 cm3/min  (загрузка смолы 100 cm3);

на анионите АВ-17-8

– 8,2 cm3/min  (загрузка смолы 100 cm3);

на активированном угле АГ-3

– 8,8 cm3/min  (загрузка угля 100 cm3);

на песочном фильтре

– 13,6 cm3/min; (загрузка песка 657 cm3).

Через 100 cm3 подготовленной смолы А-23 было пропущено около 27 dm3 раствора ДЭА до 15 dm3 пропускания степень очистки от смолистых веществ ДЭА-раствора составляла 38÷54 %.

На основании положительных результатов лабораторных исследований для снижения потерь ДЭА и улучшения качества циркулирующих ДЭА-растворов, помимо регенерации ДЭА из балластных соединений путем разгонки растворов, рекомендуется проведение тонкой адсорбционной очистки ДЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей на активированном угле АГ-3.

 

Список литературы:
1. Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017года № УП-4947 «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан».
2. Токунов В.И., Саушин А.З. Технологические жидкости и составы для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. -М.: ООО «Недра–Бизнесцентр», 2004. –711 с.
3. Стрючков В.М., Афанасев А.И., Вышеславцев Ю.Ф. и др. Научно–технические достижения в области сероочистки газа. - М.: ВНИИЭгазпром.1988. –30 с. Обз. информ. сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. – Выпуск 6.
4. Патент РФ № 2179475, 23.12.2002. Способ очистки природного газа от сероводорода / Фахриев А.М., Фахриев Р.А. МПК7 В 01 D53/4 ГУП ВНИИ углеводород сырья. № 98104523/12.
5. Т.Б. Тураев. Технология получения композиционных абсорбентов и их применение для очистки природного газа: Автореф. дис…канд. техн. наук. – Ташкент, 2009. - 24 с.
6. Алимов А.А., Фатихова Э.В. Активированные абсорбционные растворы для очистки природного газа от кислых компонентов // Узбекский химический журнал. – 1994. - № 5, -С. 31–33.

 

Информация об авторах

д-р хим. наук, профессор, ректор, Ташкентский химико-технологический институт, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 36

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Rector of Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str., 36

ст. преп. Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Senior lecturer at the Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent

канд. хим. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of chemical Sciences, associate Professor of the Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent

канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

Candidate of  technical Sciences, associate Professor of the Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top