Коллоидно-химические закономерности очистки циркулирующего МЭА-раствора от смолистых веществ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследований коллоидно-химических закономерностей очистки МЭА – растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3, при предварительной фильтрации МЭА-растворов от механических примесей через кварцевой песок.

Определили, что в процессе очистки МЭА-растворов от смолистых веществ возможно проведение тонкой эффективной очистки, включающей фильтрационное удаление механических примесей с последующим извлечением смолистых веществ на активированном угле АГ-3.

ABSTRACT

The article presents the results of research on the purification of circulating MEA solutions from resinous substances on strongly basic resins A-23 and AV-17-8 and activated carbon AG-3, with preliminary filtration of MEA solutions from mechanical impurities through quartz sand.

It was determined that in the process of purification of MEA solutions from resinous substances, it is possible to carry out fine effective cleaning, including filtration removal of mechanical impurities, followed by extraction of resinous substances on AG-3 activated carbon.

Ключевые слова: моноэтаноламин, адсорбционная очистка, смолистые вещества, аниониты, кварцевый песок, активированный уголь, механические примеси.

Keywords: monoethanolamine, adsorption purification, resinous substances, anionites, quartz sand, activated carbon, mechanical impurities.

Мировое производство природных, органоминеральных, синтетических и композиционных сорбентов, применяемых для очистки нефти и газов от кислых газов, увеличилось в два раза по сравнению с прошлым десятилетием. Из них 55% применяется в нефтегазоперерабатывающих предприятиях в целях очистки природных и отходящих газов от кислых компонентов меркаптанов, карбонилсульфидов, дисульфид углерода и других серосодержащих соединений.

В последнее время в Республике на 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 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» [1]. В связи с этим, имеют большое значение исследования по созданию композиционных абсорбентов и разработка высокоэффективных композиционных абсорбентов в составе различных функциональных групп, увеличивающие степень отчистки кислых компонентов природных и отходящих газовых выбросов производства.

Учитывая, что к основным проблемам в работе моноэтаноламиновых (МЭА) установок относятся значительные потери растворителя и ускоренная коррозия оборудования, при этом ухудшается очистка газа, значительно увеличиваются расходные коэффициенты, выводится из строя оборудование.

Потери моноэтаноламина в процессе очистки конвертированного газа от СО₂ возникают (кроме уноса с газовыми потоками) в результате образования побочных соединений. Раствор МЭА 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 МЭА [2,3].

Моноэтаноламин 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.

Тем не менее, регенерированные растворы МЭА зачастую содержат смолистые вещества выше нормируемых значений, кроме смолистых веществ растворы МЭА содержат примеси в виде связанного азота, муравьиной кислоты, нитратов, сульфатов, хлоридов, твёрдых частиц (сульфидов железа, окиси железа, пыли, песка, прокатной окалины, маслянистых веществ) и других [4,6].

Целью исследований явилось исследование возможности очистки циркулирующего МЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей адсорбционным способом, в связи с этим изучался состав регенерированных МЭА–растворов, исследовались возможности очистки МЭА–растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3, проводилась предварительная фильтрации МЭА-растворов от механических примесей через кварцевой песок, определение удельной адсорбционной ёмкости исследуемых сорбентов и степени очистки растворов от смолистых веществ, а также исследовалась возможность регенерации сорбентов, определяли выбор оптимального сорбента для проведения тонкой очистки МЭА-раствора.

Были использованы 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 см³ пропускали очищаемые растворы моноэтаноламина с определённой скоростью (4,2÷33 см³/мин) 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 МЭА-раствора по следующему циклу. Регенерацию отработанного активированного угля проводили кипячением в глубокообессоленной воде в течение 2-х часов. Определяли состав фильтратов [5].

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

Как видно из результатов анализов, приведенных в таблице 1, регенерированные водные раствора МЭА I, II ступеней очистки содержали МЭА 9,27÷13,56 %; связанного азота 0,004 ÷0,14 %; смолистых веществ 1,05÷2,45 г/дм³; муравьиной кислоты 0,03÷0,075 г/дм³; общей серы 0,315÷1,0 г/дм³; хлоридов 0,014÷0,032 %; нитратов 0,044÷0,252 г/дм³; механических примесей - 0,028 %. Подбор скорости подачи МЭА-раствора через адсорбенты осуществляли по результатам очистки раствора от смолистых веществ. Оптимальными скоростями подачи МЭА раствора оказались: на анионите А-23– 8,2 cм³/мин (загрузка смолы 100 см³); на анионите АВ-17-8 – 8,2 cм³/мин (загрузка смолы 100 см³); на активированном угле АГ-3 – 8,8 cм³/мин (загрузка угля 100 см³); на песочном фильтре – 13,6 cм³/мин (загрузка песка 657 см³).

При проведении предварительной фильтрации МЭА-раствора от механических примесей через песок увеличивался пробег работы анионита А-23 и повышалась степень очистки от смолистых веществ до 64 %, полученные результаты приведены в таблице 2. Эффективность очистки анионита АВ-17-8 была ниже, чем у смолы А-23 возможно потому, что для исследований был взят анионит АВ-17-8, бывший в употреблении. Пробег анионита со степенью очистка 45÷52 % составил - 5 дм³ (раствора МЭА). Удельная адсорбционная ёмкость по смолистым веществам составила 0,08 г/г.

Таблица 1.

Показатели исходных регенерированных моноэтаноламиновых растворов (II ступени нитка «А» и «Б») цеха № 222

Таблица 2.

Очистка раствора моноэтаноламина (II ступени, нитка «Б») после предварительной фильтрации через песок