ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ H2S И CО2 С РАЗЛИЧНЫМИ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ И АМИНСОДЕРЖАЩИМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день производство природных, органо-минеральных, синтетических и композиционных сорбентов, используемых для удаления серы из нефти и газа, за последнее десятилетие в мире увеличилось вдвое. 55 % из них используются на предприятиях нефтегазопереработки для очистки природных и отходящих газов от кислых компонентов меркаптанов, карбонилсульфидов, сероуглерода и других серосодержащих соединений. В связи с этим особое внимание уделяется созданию универсальных композиционных сорбентов нового поколения, совершенствованию технологии производства и использования этих сорбентов.

ABSTRACT

Tоdаy, the prоductiоn оf nаturаl, оrgаnо-minerаl, synthetic аnd cоmpоsite sоrbents used tо remоve sulfur frоm оil аnd gаs hаs dоubled оver the pаst decаde in the Wоrld. 55% оf them аre used in the оil аnd gаs prоcessing enterprises tо purify nаturаl аnd exhаust gаses frоm аcid cоmpоnents оf mercаptаns, cаrbоnyl sulfides, cаrbоn disulfide аnd оther sulfur-cоntаining cоmpоunds. In this regаrd, speciаl аttentiоn is pаid fоr the creаtiоn оf universаl cоmpоsite sоrbents оf а new generаtiоn, the imprоvement оf prоductiоn technоlоgy аnd the use оf these sоrbents.

Ключевые слова: диэтаноламин, метилдиэтаноламин, метилэтаноламин, полиэлектролиты (АТРП), карбонат кальция, гидроксид аммония, природный и вторичный газы.

Keywоrds: diethаnоlаmine, methyldiethаnоlаmine, methylethаnоlаmine, pоlyelectrоlytes (АTRP), cаlcium cаrbоnаte, аmmоnium hydrоxide, nаturаl аnd secоndаry gаses.

Сополимеры на основе акриловых мономеров имеют широкий спектр применения [1-4]. Одним из них являются сорбенты, улавливающие газ СО₂. В настоящее время ведутся  исследования по разработке технологий их получения и применения [5]. При этом в процессе производства проводятся научно-исследовательские работы по защите окружающей среды и снижению выбросов вредных газов в атмосферу. Чем выше селективность улавливания H₂S из этих отходов, тем выше экономическая эффективность процесса [4].

Одним из способов повышения селективности H₂S из смесей с СО₂ является замедление скорости поглощения СО₂ метилдиэтаноламином и ДЭА за счет специальных добавок к абсорбенту.

МДЭА и ДЭА поглощают CO₂ значительно медленнее, чем H₂S. Это позволяет извлекать из них в основном H₂S в процессе газоочистки, то есть осуществляется селективная очистка газов. Необходимость такой очистки возникает в различных случаях. В частности, при необходимости получения подходящего концентрата сероводорода для переработки в элементарную серу в установках Клауса (чем выше содержание сероводорода, тем лучше), сероводорода из соединений серы для снижения выбросов соединений серы в атмосферу (установки СКОТ) после обработки хвостового газа Клауса и так далее.

В табл. 1 представлены результаты измерения скорости поглощения СО₂   МДЭА и ДЭА с различными добавками. Концентрация МДЭА и ДЭА в водопоглотителе составляет 50 мас.%. Были протестированы известные из литературы добавки. В качестве образца газа использовали неразбавленный диоксид углерода. Полученные данные показывают, что все исследованные добавки замедляют скорость поглощения СО₂ амином на 10-30% по сравнению с чистыми МДЭА и ДЭА. Скорость поглощения СО₂ (Вт) абсорбентами на основе МДЭА и ДЭА (= 760 мм над уровнем моря, t=20^oC, концентрация МДЭА и ДЭА).

Таблица 1.

Скорости поглощения СО₂   МДЭА и ДЭА с различными добавками

Примечание: CO2 на моль амина в секунду в Вт·см3. Количество поглощенного СО2 доводят до нормальных условий (0℃, давление 760 мм над уровнем моря).

Предварительные эксперименты показали, что при содержании МДЭА в абсорбенте ~10% мас.  процесс очистки углеводородных газов от  H₂S и CO₂  как  и чистые амины для получения «кондиционированного» кислого газа, перерабатывает его в серу. Поэтому добавление МДЭА к аминам составляло 10 мас.%, и в таком же количестве добавлялись другие добавки. В некоторых случаях для сравнения использовали ДЭА с более высокой концентрацией, равной 20 мас.%.

На следующем этапе абсорбенты были протестированы на способность отделять H₂S от их смесей с CO₂.

Эксперименты проводились на лабораторной установке, разработанной для выполнения данной работы. Условия эксперимента: расход газа на очистку 8 л/ч, подача абсорбента 60 см³/ч, температура в абсорбере 40°С, содержание МДЭА и ДЭА в водном растворе 50% масс. Модельным газом является азот с дозированными H₂S и CO₂. Все исследованные составы МДЭА с добавками поглощают из газа в основном Н₂S и частично СО₂: скачок неизвлеченного СО₂ через поглотитель составил 60-73,5%. Однако в случаях, когда в качестве добавок использовались кислоты, наблюдалась неполная очистка газа от H₂S, а извлечение H₂S составляло 88-98,5%.

Из этих данных видно, что убывающие константы диссоциации в данном ряду в некоторой степени соответствуют их физико-химическим свойствам и свидетельствуют о растворимости в воде. Коллоидно-химические свойства 40%-ных водных растворов аминов и 20%-ных растворов АВРП представлены ниже (табл. 2).

Таблица 2.

Коллоидно-химические свойства растворов композиционных абсорбентов с использованием АВРП

Из этих значений видно, что все вышеперечисленные показатели вполне приемлемы для очистки природного газа от кислых компонентов. Рекомендуемый композиционный абсорбент с ДЭА + МДЭА + 20% АВРП хорошо сочетается с растворами этаноламинов и участвует в регулировании ряда параметров раствора абсорбента (относительная масса, вязкость, рН и др.). Вышеуказанные составы использовались при исследовании абсорбционно-десорбционной очистке природного газа от H₂S и CO₂.

Регенеративные свойства абсорбентов являются важной классификацией абсорбента, определяющей энергетические затраты на очистку и степень очистки газа от примесей, то есть способность десорбировать абсорбированные примеси при нагревании абсорбента.

Таким образом, если для практических целей необходимо повысить селективность МДЭА и ДЭА, если не требуется высокая очистка газов от сероводорода, то для этих целей рекомендуется использовать композицию (МДЭА + ДЭА + АВРП). Количество ДЭА и МДЭА в абсорбенте определяется составом исходного газа и требованиями к степени очистки газа от сероводорода.

Композитный абсорбент (МДЭА + ДЭА + 20% АВРП) рекомендуется использовать в тех случаях, когда необходимо повысить селективность по СО₂, высокую очистку газов от сероводорода и улучшить коррозионно-регенерационные свойства абсорбента.

Список литературы:

1. Алексеев С.З., Афанасьев А.И., Кисленко Н.Н., Коренев К.Д. / Очистка природного газа алканоламинами и перекисью водорода, углекислым газом и другими веществами // -М.: ООО "ИРС ГАЗПРОМ", 1999. -с. 41. Обзор. информации. -сер.: Подготовка и переработка газа и газового конденсата.
2. Прохоров Э.М., Алексеев С.З., Литвинова Г.И., Тараканов Г.В. я доктор / Испытания смешанного абсорбента на установках сероочистки АГПЗ // Газовая промышленность. -1997. № 10. -п. 63-65.
3. Дюпарт М., Бэкон Т., Эдвардс / Исследование межъядерной коррозии на установках очистки газа алканоламинами // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -2003. № 12. -п. 38-42.
4. Мамадалиева С. В., Сайдалиев Б. Я., Сайдалиев О. Т., & Умарова М. (2022). Значение И Роль Кислотной Активации Глинистых Адсорбентов Используемых При Очистке Нефтепродуктов. Conference Zone, 82–86. Retrieved from http://conferencezone.org/index.php/cz/article/view/715
5. Сайдалиев Отабек, Тешаев Муродил, & Хакимов Фаррух. (2022). H2S вa CO2 ни турли азот ва амин сақлаган органик бирикмалар билан ўзаро таъсирланишини тадқиқ қилиш. Conference Zone, 284–296. Retrieved from https://conferencezone.org/index.php/cz/article/view/801