ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В РАЗЛИЧНЫХ ЕДИНИЦАХ В АМИННЫХ РАСТВОРАХ

АННОТAЦИЯ

Данная статья обоснована на определении кислых газов, содержащихся в аминных растворах при очистке природных газов. Было определено количество углекислого газа, выделившегося в газовую фазу при взаимодействии раствора диэтаноламина с раствором медного купороса в кислой среде. Изучен химический механизм очистки природного газа раствором диэтаноламина. Определена массовая доля углекислого газа в насыщенном и регенерированном диэтаноламине, выраженная в массовых процентах (% W) и молярных процентах (% моль).

ABSTRACT

This article is based on the determination of acid gases contained in amine solutions during the purification of natural gases. The amount of carbon dioxide released into the gas phase during the interaction of a diethanolamine solution with a copper sulfate solution in an acidic medium was determined. The chemical mechanism of natural gas purification with a diethanolamine solution was studied. The mass fraction of carbon dioxide in saturated and regenerated diethanolamine was determined, expressed in mass percent (% W) and molar percent (% mol).

Ключевые слова: диэтаноламин, углекислый газ, химическая абсорбция, абсорбент, сероводород, регенерированный и насыщенный диэтаноламин.

Keywords: diethanolamine, carbon dioxide, chemical absorption, absorbent, hydrogen sulfide, regenerated and saturated diethanolamine.

Сегодня аминовая переработка широко применяется в нефтегазовой отрасли. Водные растворы этаноламинов позволяют очистить природный газ от сероводорода, углекислого газа, частично меркаптанов и других сернистых соединений. В зависимости от технологической задачи при очистке природного газа могут использоваться разные алканоламины [1]. Необходимость извлечения кислых газов (H₂S и SO₂) из ​​потока природного газа определяется их способностью проявлять коррозионную активность в присутствии воды, особенно при высоких температурах, и в то же время образованием кристаллогидратов углекислый газ в установке извлечения метана. Процесс очистки природного газа от примесей H₂S и SO₂ осуществляется методом селективной абсорбции (химической абсорбции) кислых газов жидкостью-абсорбентом [2-3], в результате чего абсорбированные вещества образуют из газовой смеси химические соединения и перейти к жидкому абсорбенту. В результате взаимодействия газообразных веществ H₂S и SO₂ с раствором диэтаноламина (ДЭА) в жидкой фазе протекают следующие реакции:

(СН₂СН₂ОН)₂HN + H₂S ↔ [(СН₂СН₂ОН)₂NH₂] HS ↔

↔ [(СН₂СН₂ОН)₂NH₂]⁺ + HS^-

(СН₂СН₂ОН)₂HN + СО₂ + Н₂О↔ [(СН₂СН₂ОН)₂NH₂] НСО₃ ↔

↔  [(СН₂СН₂ОН)₂NH₂]⁺ + HCO₃^-

Экспериментальные испытания проведены в лаборатории Шуртанского газохимического комплекса, по стандарту предприятия Ks: 39.2-36:2012. Настоящий стандарт устанавливает порядок определения количества диоксида углерода в растворах аминов, применяемых в технологических устройствах для очистки природного газа от кислых компонентов с помощью амина. Стандарт применяется в процессе переработки природного газа, в деятельности химических лабораторий, выполняющих анализ насыщенных и регенерированных растворов диэтаноламина или метилдиэтаноламина, используемых в абсорбентах газоочистных установок в аминной области. При этом определяется валюометрический метод определения количества углекислого газа в растворах аминов.

Сущность валюометрического метода определения количества углекислого газа в растворе амина, содержащем углекислый газ и сероводород, заключается в определении объема углекислого газа, выделившегося в газовую фазу при взаимодействии раствора амина с раствором медного купороса в кислой среде [4]. При этом сероводород превращается в сульфид меди, нерастворимый в воде.

Основными требованиями к условиям проведения измерений являются параметры окружающей среды, влияющие на точность измерений. Параметры окружающей среды, влияющие на точность измерений, должны соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры окружающей среды

Порядок проведения измерений. Сборка лабораторного прибора, показанного на рисунке 1.

Лабораторный прибор состоит из реакционной колбы объемом 100 см³ с двухходовым краном с резиновой трубкой и градуированной пипетки объемом 0,2 см³, конической колбы объемом 250 см³, плотно закрывающейся резиновой пробкой, и уравнительной посуды, наполненной насыщенным раствором хлорида натрия. Внутри колбы помещают стакан вместимостью 5-10 см³.

Рисунок 1. Определение углекислого газа в растворе амина.

 1- стакан для заливки раствора амина, 2- реакционная колба. 3- двухходовой кран, 4-газовая пипетка, 5- уравнительная посуда. 6- штатив.

Метод измерения основан на реакции раствора амина, содержащего диоксид углерода и сероводород, с раствором сульфата меди в кислой среде. При этом углекислый газ переходит в газовую фазу, а сероводород в нерастворимый в воде сульфид меди.

H₂S + CuSO₄ → CuS ↓ + H₂SO₄

5 см³ регенерированного раствора амина или 2,5 см³ насыщенного раствора амина наливают в химический стакан (1) и помещают в реакционную колбу (2), в которой находится 10 см³ раствора медного купороса с массовой долей 10 % и предварительно заливали 20 см³ раствора серной кислоты массовой долей 20%. Колбу плотно закрывают и с помощью крана (3) давление в пипетке (4) доводят до атмосферного. Реакционную колбу (2) осторожно встряхивают, чтобы перевернуть стакан и смешать раствор амина внутри с кислым раствором. Давление внутри пипетки приравнивают к атмосферному с помощью уравнительной посуды (5) и измеряют объем выделившегося углекислого газа.

После окончания эксперимента подсчитывали результаты определения измеренного количества диоксида углерода в растворе диэтаноламина.

Расчет результатов измерений.

а) Количество углекислого газа в растворе амина Х₁, г/дм³, рассчитывают по следующей формуле:

здесь, V_CO2 – объем выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст. и температура 0°С), см³;

M_r  – масса одного моля углекислого газа (44 г);

V_PA  – объем раствора амина, взятого на анализ, см³;

22400 –  объем, занимаемый одной грамм-молекулой углекислого газа при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст. и температура 0 °С), см³.

1000 –  коэффициент перевода см³ в дм³.

б) Массовую долю углекислого газа в растворе амина Х₂, W %, рассчитывают по следующей формуле:

здесь, v_CO2 – количество углекислого газа в растворе амина, г/дм³;

ρ –  плотность раствора амина, г/см³;

10 – коэффициент перевода долей единицы в концентрatsiю, выраженную в процентах по массе.

Результаты анализа количества диоксида углерода в растворе диэтаноламина в разных единицах приведены в таблице 2 ниже.

Таблица 2.

Результаты анализа количества диоксида углерода в растворах диэтаноламина

Результаты исследований показывают, что газ, очищаемый на Шуртанском газохимическом комплексе, является малосернистым газом. Согласно проекту для очистки природного газа от кислых газов на заводе используется 30-33 % раствор ДЭА. Основная цель – защита от коррозии и предотвращение вспенивания раствора диэтаноламина. Поэтому исследовательские испытания были сосредоточены на обнаружении кислых газов, то есть диоксида углерода, в растворе ДЭА. Результаты показали, что содержание углекислого газа в насыщенном растворе диэтаноламина составляло в среднем 5,471 % W : 3,218 % моль, а в регенерированном растворе  в среднем 0,223 % W: 0,123 % моль.

Список литературы:

1. Ильина Е.Н., Клямер С.Д. // Извлечение сероводорода и углекислоты из природного газа и производство элементарной серы// М.,:БНИИЭГазпром,1969.-86 с.3» NG/LNG/SNG Rectisol Haudbook. Hydrocarbon Processing, 1973, vol. 52, 4, p.98.
2. Рябова T.C., Чемодуров П.А. Очистка природного газа от сероводорода. М.:ВНМИГазпром, 1975. -40 с.
3. Опыт эксплуатatsiи установок очистки газа от кислых компонентов на Оренбургском и Мубарекском ГПЗ/Грищенко А.И. и др.
4. Эшдавлатова Г.Э., Камалов Л.С., Достижение высокой селективности при аминовой очистке природных газов //  QarDU XABARLARI. Ilmiy-nazariy, uslubiy jurnal. 2024 1/2. 95-100 c.
5. G.E.Eshdavlatova and A.X.Panjiyev. (2023). Study of thickening polymeric compositions for printing fabric of blended fibers // E3S Web of Conferences 402, 14032. TransSiberia 2023 .
6. H.D.Ismoilova, G.E.Eshdavlatova // The  influence  of  irrigation  regimes  on  cotton productivity // BIO  Web  of  Conferen ces   71,  01097 (2 023)  CIBTA-II-2023.