ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ АБСОРБИРУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ КИСЛЫХ КОМПОНЕНТОВ СO2 И H2S

АННОТАЦИЯ

В большинстве случаев в качестве абсорбентов широко используются моноэтаноламин (МЭА) и диэтаноламин (ДЭА). Изучена научная идея замены этих абсорбентов метилдиэтаноламином и разработки новых абсорбирующих составов. Сегодня потребители предъявляют ряд требований к физико-химическим свойствам продуктов природного газа, транспортируемых по магистральным трубопроводам. Удовлетворение этих требований ставит перед учеными задачу исследования новых композиционных абсорбентов, то есть разработки абсорбентов нового состава, информации об устройствах абсорбционной очистки газов с использованием физико-химических или их составов. Также в статье рассматриваются вопросы разработки абсорбентов новых составов, применяемых в процессах абсорбции, разработка абсорбирующих композиций с высокой сорбционной способностью, термической стабильностью, избирательностью, низкой коррозионной агрессивностью, способных удовлетворить предъявляемые к ним требования, и способы их применения. на газоперерабатывающих заводах.В результате исследований было приготовлено более 10 впитывающих композитов и из них выбран наиболее подходящий.

ABSTRACT

 In most cases, monoethanolamine (MEA) and diethanolamine (DEA) are widely used as absorbents. The scientific idea of replacing these absorbents with methyldiethanolamine and developing new absorbent compositions has been studied. Today, consumers have a number of requirements for the physical and chemical properties of natural gas products transported through main pipelines. Satisfying these requirements confronts scientists with the task of researching new composite absorbents, that is, developing absorbents of a new composition, information about absorption gas purification devices using physicochemical or their compositions. The article also discusses the development of absorbents of new compositions used in absorption processes, the development of absorbent compositions with high sorption capacity, thermal stability, selectivity, low corrosiveness, capable of meeting the requirements for them, and methods of their application. at gas processing plants. As a result of the research, more than 10 sorption composites were prepared and the most suitable one was selected.

Ключевые слова: абсорбция, коррозия, деструкция, регенерация, циркуляция и регенерация, сераочистки, процесс десорбции, активность и селективность, температуры десорбции.

Keywords: absorption, corrosion, destruction, regeneration, circulation and regeneration, desulfurization, desorption process, activity and selectivity, desorption temperatures.

N-метилдиэтаноламин (МДЭА) обладает высочайшими абсорбционными свойствами для кислых газов. Поэтому в последние годы на многих газоперерабатывающих заводах в серной системе (Мубаракский ГПЗ) применяется упомянутый выше абсорбент. В то же время опыт применения МДЭА в производственных процессах очистки сероуглеродных газов, несмотря на его преимущества, результаты, используемые в этом методе очистки, во многом зависят от влияния массообменных процессов в промышленных масштабах по отношению к состояние первичных или вторичных аминов.

По сравнению с моноэтаноламином (МЭА) раствор МДЭА обладает низкой коррозионной активностью, меньшими повреждениями при деструктивном термическом расширении, меньшими энергозатратами на регенерацию и позволяет использовать его при сильном насыщении кислотными компонентами [1,2].

Использование МДЭА вместо МЭА перспективно для нефтеперерабатывающих предприятий. Основным преимуществом МДЭА является его низкая коррозионная активность, то есть по сравнению с МЭА (10-20% по массе) он позволяет использовать очень сильное насыщение (обогащение) (30-50% по массе). При этом степень насыщения МЭА кислыми газами ограничивается 0,2-0,3 моль/моль, а у МДЭА - 0,5-0,6 моль/моль. Такое положение позволяет снизить энергозатраты, затрачиваемые на циркуляцию и регенерацию абсорбента.

МДЭА широко используется с активированными растворами для очистки кислых смесей от состава различных газов. Известно использование пиперазина (ПП) в качестве активатора, также широко используются его алкилпроизводные - полиамины, алкилдиамины [3].

Использование таких «активированных» аминов вместо ДЭА, селективного по отношению к СO₂ без активатора, дает возможность снизить энергетические затраты на регенерацию амина.

Цель исследований –разработка технологии получения новых абсорбирующих композиций высокой селективности на основе аминов и эфиров для очистки природного газа от кислых компонентов.

Исследования, проведенные с абсорбентами с соотношением МДЭА/ПП, подтвердили, что они обладают высокими абсорбционными свойствами по газам, а также Н₂S и SO₂. В то же время установлено, что такой абсорбент обладает пониженной коррозионной стойкостью (который ДЭА также обладает таким свойством, если в его состав входит пиперазин) [4].

Можно предусмотреть использование активированных абсорбентов на основе МДЭА на существующих или новых газоочистных сооружениях в составе газоочистных установки.Oбъектами исследования использовался природный газ МЭА и ДЭА, перерабатываемый в «Мубарекском газопереработающим заводе», а в качестве простых эфиров – диметиловый и монометиловый эфиры полиэтиленгликоля.

Полученная информация дает возможность установить необходимые пропорции МДЭА/ДЭА в абсорбирующем растворе исходя из конкретных задач. Кроме того, когда требуется полное удаление H₂S и CO₂, мольное соотношение МДЭА/ДЭА примерно в два раза ниже мольного соотношения H₂S/CO₂ в первичном газе.

Использование раствора смешанного абсорбента (МДЭА+ДЭА) вместо ДЭА позволяет повысить эффективность процесса сероочистки газа за счет снижения эксплуатационных затрат.

МДЭА (третичный амин) обладает низкой коррозионной активностью по сравнению с первичным МЭА (первичным) амином, то есть МДЭА ((30-50%)) позволяет использовать более концентрированные растворы по сравнению с МЭА (12-18%) блан. Коррозионные исследования, проведенные в приближенных к промышленным условиям, подтвердили низкую коррозионную активность растворов МДЭА [5].

Таблица 1.

Скорость коррозии углеродистой стали марки 10 в различных абсорбентах

Использование МДЭА также обеспечивает экономию энергозатрат (нагрев пара) и выделение тепла при десорбции МДЭА меньше по сравнению с регенерацией абсорбента по сравнению с МЭА. Показано, что затраты тепла на регенерацию растворов МДЭА на 30-40% меньше, чем у МЭА [6].

При использовании МДЭА разрушение абсорбента значительно снижается по сравнению с раствором МЭА. Происходит снижение пенообразования. Было установлено, что внутренние части устройств не содержат отложений от ранее использованных растворов на основе МЭА.

Такие положительные обстоятельства и, кроме того, указанная ранее низкая коррозионная активность раствора МДЭА, приводят к тому, что упрощается плановый ремонт оборудования и сокращаются затраты времени на него. Отсутствие отложений на внутренних поверхностях устройств повышает эффективность теплообмена и снижает затраты энергии [7,8].

При использовании растворов-абсорбентов на основе МЭА потери МЭА наблюдаются за счет удаления паров при температуре потока стадии десорбции 115°С - 130°С. Температура кипения (247°С) МДЭА значительно выше, чем у МЭА (170°С), а при регенерации раствора она существенно снижается при рабочих температурах поглотителей, т. е. до значения, близкого к нулю [9-12].

На первом этапе исследований были определены активность и селективность в процессе очистки газов от кислых компонентов СO₂ и H₂S. Технологические показатели устройства абсорбционной очистки следующие: давление газа на входе в абсорбер - 3-5 МПа; температура газа на входе в абсорбер - 55^оС; температура регенерированного МДЭА на входе в абсорбер 60^оС. В нашем исследовании для очистки газов от кислых компонентов использовались абсорбирующие композиции МПП-1, МПП-2, МПП-3, МПП-4, МПП-5 и МПП-6 на основе МЭА+ПЭГДМЭ+ПЭГММЭ.

Результаты исследования по барометрической экстракции СO₂ абсорбирующих композиций МПП-1, МПП-2, МПП-3, МПП-4, МПП-5 и МПП-6 из природного газа, СO₂ этих типов композиций мы можем видеть. что увеличение давления экстракции также увеличивает степень очистки. Только среди этих композиций мы видим, что композиция МПП-1, то есть абсорбирующая композиция, состоящая из 20% - МЭА, 5% - ПЭГДМЭ, 5% - ПЭГММЕ и 70% - воды, показала высокий результат. При этом мы видим, что количество СO₂ в газе уменьшилось с 3,25% до 0,02% при давлении 5 МПа. При давлении газа, поступающего в процесс абсорбции, 5 МПа, давление выходящего газа составляло 4,7 МПа.

На следующем этапе исследований по очистке газов от кислых компонентов активность абсорбирующих композиций типа ДПП-1, ДПП-2, ДПП-3, ДПП-4, ДПП-5 и ДПП-6, полученных на основе ДЭА+ПГЭДМЭ+ПЭГММЭ изучены при селективном поглощении кислых компонентов природного газа и их селективности. Процесс абсорбции данных абсорбирующих составов для очистки газов от кислых компонентов осуществляется следующим образом: Давление 3-5 МПа; температура газа на входе в абсорбер - 30-55 ^оС; температура абсорбента, поступающего в абсорбер, 60-35 ^оС.

Приведены результаты исследований по определению активности и селективности абсорбирующих композиций типа ДПП-1, ДПП-2, ДПП-3, ДПП-4, ДПП-5 и ДПП-6 на основе ДЭА+ПГЭДМЭ+ПЭГММЭ при поглощении кислых компонентов из природный газ МЭА+ ПГЭДМЭ+ПЭГММЭ по сравнению с композициями на основе показал более высокие результаты. В частности, при проведении процесса абсорбции под давлением 3 МПа, температуре поступающего в абсорбер амина 35^оС, температуре газа 30^оС, массовая концентрация общей S до 0,011 г/м³, мольная доля СO₂ равна до 20%,  при использовании состава поглотителя серы ДПП-1 в природном газе, а при наличии состава поглотителя ДПП-2 видно, что массовая концентрация общего содержание S в природном газе снизилось до 0,032 г/м³,а мольная доля СO₂ снизилась до 0,46 % . Видно, что при использовании абсорбентов ДПП-1 и ДПП-2 массовая концентрация общей S снижалась до 0,001 г/м³ при температуре газа/амина 45/40^оС приувеличении давления газа до 5 МПа [13].

Стоит отметить, что абсорбирующие композиции на основе МЭА+ДЭА +ПГЭДМЭ+ПЭГММЭЕ показали лучшие результаты по сравнению с композициями на основе МЭА и ДЭА. В частности, при давлении процесса абсорбции 3 МПа и температуре амина и газа 40/35^оС соответственно, в результате абсорбционной обработки абсорбентом МДПП-1 общее количество серы в природном газе составляет 0,02 г/м³, а количество углекислого газа - 0,35 %, а при абсорбции абсорбентом МДПП-2 общее содержание серы в газе - 0,001 г/м ³, а содержание углекислого газа - до 0,36 %, а в результате очистки абсорбирующим составом МДПП-5 общее содержание серы в газе составило 0,001 г/м ³,а количество углекислого газа снизилось до 0,40 %. По мере того как давление природного газа, поступающего в процесс абсорбции, увеличивается, а температура амина и газа снижается, мы видим, что эти показатели еще больше улучшаются [14].

Поглощение углекислого газа из состава природного газа в присутствии полученных абсорбирующих композиций значительно выше .

Мы знаем, что на газоперерабатывающих заводах температура аминов, поступающих в абсорбер, находится в пределах 40-50 ^оС, а температура газа - в пределах 25-35 ^оС, а давление газа, поступающего в абсорбер, находится в пределах поступающего абсорбера - 3-7 МПа (в зависимости от конструкции абсорбера, т.е. тарельчатые поглотители - при относительно низком давлении, а насадочные - при высоком). Чем выше давление газа, тем больше компрессоров требуется для его повышения. Поэтому созданы абсорбирующие композиции ДПП-1, МДПП-1, МДПП-2 и МДПП-5, показавшие высокие результаты по очистке газов от кислых компонентов при температурах Абсорбент/Газ 40/35 ^оС и давлении 3 МПа. Были отобраны и с ними проводились дальнейшие научные исследования. Изучены степень вспенивания этих абсорбирующих композиций в абсорбере и десорбере, альтернативные условия работы в процессах абсорбции и десорбции, их емкость и подобные свойства.

В ходе исследования оптимальных условий абсорбирующих композиций в процессе десорбции была определена необходимая энергия, т.е. температура, для выделения кислотных компонентов, поглощенных из их газового состава. Альтернативные температуры регенерации в процессе десорбции предельных аминов приведены в 2-таблице.

Таблица 2.

Температуры десорбции абсорбентных композиций

Результаты определения оптимальной температуры полученных абсорбирующих композиций в процессе десорбции показали, что полученные абсорбирующие композиции десорбируются при более низких температурах по сравнению с водным раствором ДЭА. Здесь мы видим, что абсорбирующие композиции на основе МЭА десорбируются при более низких температурах по сравнению с другими композициями. Это можно объяснить тем, что МЭА десорбируется при более низких температурах, чем ДЭА.

При этом определяли десорбционное давление в процессе десорбции данных аминных композиций. Как видно из таблицы 2, давление в процессе десорбции абсорбирующих композиций относительно близко друг к другу, существенно не отличается от сорбентов, используемых в промышленности, и эти показатели показывают, что полученные в ходе исследований сорбентные композиции могут использоваться в промышленности без существенного изменения условий десорбции.

Как видно из результатов данной таблицы, условия работы абсорбирующих составов, полученных научными исследованиями, частично отличаются от раствора амина, используемого в промышленности.

В частности, если процесс абсорбции с использованием 30%-ного раствора ДЭА проводить при давлении 6,1 МПа, в случае абсорбирующих композиций ДПП-1, МДПП-1 и МДПП-5 это давление можно снизить до 3,0 МПа. и даже при более высоких давлениях с использованием этих абсорбирующих композиций процесс абсорбции может быть осуществлен, причем степень абсорбционной очистки увеличивается с увеличением давления. В 30%-ном растворе ДЭА температура поступающего в процесс газа составляет 45^оС, а температура амина – 65^оС, тогда как в абсорбирующих составах ДПП-1, МДПП-1 и МДПП-5 температура температура газа составляет 35^oC, а температура амина составляет 40^oC.

Следует отметить, что в растворе ДЭА потери абсорбента составили 2550,0 кг/год, в то время как в составе абсорбента МДПП-5 эти потери снизились до 1500,0 кг/год, что можно объяснить более высокой химической и термической стабильностью. абсорбирующей композиции МДПП-5 по сравнению с ДЭА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Результаты исследований при температурах абсорбента/газа 40/35^оС абсорбенты ДПП-1, МДПП-1, МДПП-2, МДПП-4 и МДПП-5 требуют содержания общей серы в газе при давление 3 МПа показало, что оно снижается до 0,030 г/м ³.

2. С целью изучения и анализа химического состава абсорбирующих композиций ДПП-1, МДПП-1 и МДПП-5, первый раз полученных в результате научных исследований, был изучен химический состав этих абсорбентов с помощью газожидкостного хроматографа Shimadzu Nexis GC-2030, и состав полученных абсорбирующих композиций был получен в рецептуре, совместимость с композицией подтверждена с помощью хроматограмм.

3. С использованием абсорбентов ДПП-1, МДПП-1 и МДПП-5 первый раз разработаны технология очистки природных газов от сернистых компонентов.

Список литературы:

1. ЮлдашевТ.Р., Махмудов М.Ж. Табиий газни нордон компонентлардан абсорбсион усулларда тозалаш технологиялари. // Монография – “Интеллект” нашриёти – 2022- 215 бет.
2. ЮлдашевТ.Р.  “Табиий газларни алканоламинлар билан тозалаш технологиясини такомиллаштириш”. // Монография –“Интеллект” нашриёти – 2023- 148 бет.
3. Yuldashev T.R., Makhmudov M.J., Svaykosov S.O. Modern liquidphase methods for gas feed sulfur purification  //Science and Yeducation in Karakalpakstan. №3/1 (26) 2022. ISSN 2181-9203 – 31-35 рр.
4. Юлдашев Т.Р., Адизов Б.З. “Табиий газни нордон компонентлардан тозалашда кўпик ҳосил бўлиш муаммолари ва уни ечиш йўллари» // “Фанватараққиёт” ДУК. Композиционматериаллар – 2023, №2 сон.- 125-128 бет.
5. Юлдашев Т.Р. (2023). Основа оборудования, используемого в процессе очистки газоабсорбционной технологии. Universum:технические науки, (5-6 (110)), 20-24 c.
6. Юлдашев Т.Р. (2023). Актуальные проблемы аминной очистки природных газов и пути их использования. Universum: технические науки, (4-6 (109)), 24-27 c.
7. Yuldashev, T. R.,  Мakhmudov M, J. (2023). Cleaninng of Natural from Sobe Component. Journal of Siberian Federal University. Engineeng & Technologies, 16(3), 296-306 c.
8. Юлдашев, Т. Р. (2022). Абсорбенты для очистки природных газов от Н₂S И СО₂. Theory and Analytical aspects of recent research, 1(10), 72-74 c.
9. Юлдашев, Т.Р. (2022). Оптимизация технологии глубокой очистки природного газа от кислых компонентов.  // Models and Methods for increasing the efficiency of innovative research, 2(18), 62-64 c.
10. Юлдашев, Т.Р. (2016). Движение неравновесных буровых растворов в циркуляционной системе скважин. // In реальность-сумма информационных технологий (pp. 265-268) c.
11. Makhmudov M.J., Yuldashev T.R.  Cleaning of Industrial  Emissijn from Gas and Dispersive Particies. //J.Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol., 2023, 16(2), 198-210/ EDN: KSKCJY. SIBUR- Rossiya -  16(2) – 2023. - Р. 198 - 210.
12. Мakhmudov M.J., Yuldashev T.R. Cleaninng of Natural from Sobe Component. // Journal of Siberian Federal University. Engineeng & Technologies 2023, 16(3): 296-306.
13. Рахимов, Г. Б. (2020). Улучшение процесса технологии очистки метилдиэтанол амина используемого в газоочистке. Интернаука, (4-2), 29-30.
14. Rakhimov, G. (2023). Increasing regeneration efficiency by recycling alkanolamines. Sanoatda raqamli texnologiyalar/Цифровые технологии в промышленности, 1(2), 158-163.