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

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.

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.

Показатели качества ДЭА-растворов приведены в таблице.

Таблица 1.

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

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:

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.