СОЗДАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ АБСОРБИРУЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ АБСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ ГАЗА

CREATION OF EFFECTIVE ABSORBENT COMPOSITION FOR ABSORPTION GAS PURIFICATION

Ахмедова О.Б. Ахмедова Ш.У.

26.11.2024 28

11(128)

Цитировать:

Ахмедова О.Б., Ахмедова Ш.У. СОЗДАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ АБСОРБИРУЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ АБСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ ГАЗА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 11(128). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18636 (дата обращения: 18.12.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Водные растворы абсорбентов диэтаноламина (ДЭА), метилдиэтаноламина (МДЭА) применяются на газоперерабатывающих предприятиях. Однако алканоламины (включая ДЭА) имеют определенные недостатки. С учетом таких минусов разработан эффективный абсорбирующий состав для очистки природных газов от кислых компонентов. Результаты исследования показали, что организация процесса абсорбции посредством абсорбирующих композиций позволяет снизить скорость коррозии в устройствах и энергетические затраты на восстановление аминов. Из предлагаемых нами активаторов нового поколения были выбраны пиперазин, имедазол.

ABSTRACT

Aqueous solutions of absorbents diethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA) are used at gas processing plants. However, alkanolamines (including DEA) have certain disadvantages. Taking into account such disadvantages, an effective absorbent composition for purification of natural gases from acidic components was developed. The results of the study showed that the organization of the absorption process by means of absorbent compositions allows to reduce the corrosion rate in devices and energy costs for amine recovery. Piperazine, imedazole were chosen from our proposed new generation activators.

Ключевые слова: амины, моноэтаноламины (МЭА), диэтаноламины (ДЭA) и метилдиэтаноламины (MДЭA), кислые компоненты, экспанзерная установка, раствор аминов, углекислый газ (CO₂), сульфид водорода (H₂S), сульфид углерода (COS) - дисульфид углерода (CS₂), меркаптаны (RSH), тиофены (C₄H₄S).

Keywords: amines, monoethanolamines (MEA), diethanolamine (DEA) and methyldiethanolamine (MDEA), acidic components, expander, amine solution, carbon dioxide (CO₂), hydrogen sulfide (H₂S), carbon sulfide (COS)-carbon. disulfide (CS₂), mercaptans (RSH), thiophenes (C₄H₄S).

На сегодняшний день спрос на природный газ на мировом рынке растет из-за быстрого роста инфраструктуры во всех аспектах. Кроме того, особое внимание уделяется объему и качеству производства природного газа в Узбекистане, который является основным источником энергии. В Узбекистане действуют крупные газоперерабатывающие заводы - Мубаракский, Кандымский и Газлинский. В распоряжении АО "Узбекнефтегаз" по состоянию на февраль 2023 года находится 118 месторождений, из которых добывается природный газ из 85 месторождений. К 2030 году объем добычи природного газа в Узбекистане планируется составить 66,1 миллиарда кубометров. В свою очередь, потребление достигнет 56,5 миллиардов кубических метров. Это означает приоритетное удовлетворение спроса внутренних потребителей и глубокую переработку природного газа в качестве сырьевого сырья. В данное время на заводах по переработке газового сплава, находящихся в ведении АО "Узбекнефтегаз", используются водные растворы абсорбентов диэтаноламина (ДЭA), метилдиэтаноламина (MДЭA). Вместе с тем, алканоламины (включая ДЭA) имеют определенные недостатки, такие как высокое потребление тепловой энергии для восстановления насыщенного абсорбента, термохимическое разрушение при работе и проблемы коррозии. Учитывая такие недостатки, целесообразно разработать эффективную поглощающую композицию для очистки природных газов от неблагоприятных компонентов [1-3].

В настоящее время для очистки углеводородных газов от H₂S и CO₂применяется множество процессов, основанных на химических, физических или химико-физических взаимодействиях компонентов. В качестве абсорбентов наиболее часто используются химические (алканоламины), физические (Селексол, Сепасольв и др.), физико-химические (Сулфинол, Укарсол и др.). Основные современные промышленные процессы и абсорбенты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Селективное поглощение кислотных компонентов абсорбентов

№	Наименование процесса	Абсорбент	Тип процесса	Полученные компоненты
№	Наименование процесса	Абсорбент	Тип процесса	H₂S	CO₂	RSH	COS	CS₂
1	МЭА	моноэтаноламин	химические	п	п	ч	ч	ч
2	ДЭА	диэталамин	химические	п	п	ч	ч	ч
3	ТЭА	триэтаноламин	химические	п	ч	ч	ч	ч
4	MДЭA	метилдиэтаноламин	химические	п	ч	ч	ч	ч
5	ДИПA	диизопропаноламин	химические	п	п	ч	ч	ч
6	Эконамин	дигликоламин	химические	п	п	ч	ч	ч
7	Алкасид ДИК	калиевая соль диметиламино-уксусной кислоты	химические	ч	п	ч	ч	ч
8	Aмизол	метанол+MEA	химико-физический	п	п	п	п	п
9	Бенфилд	карбонат калия + добавка	химические	п	п	ч	п	ч
10	Шелочной	гидроксид натрия	химические	п	п	ч	ч	ч
11	Флюор	пропиленкарбонат	физический	п	п	п	п	п
12	Ректизол	холодный метанол	физический	п	п	п	п	п
13	Пуризол	метилпирролидон	физический	п	п	п	п	п
14	Селексол	диметиловые эфиры полиэтиленгликоля	физический	п	п	п	п	п
15	Сепасольв	метилизопропиловые эфиры полиэтиленгликолей	физический	п	п	п	п	п
16	Сульфинол	сульфолан + ДИПА	химико-физический	п	п	п	п	п
17	Укарсол LE-701	метиловые эфиры полигликоля + МДЭА	химико-физический	п	ч	п	п	п
18	Укарсол LE-702	метиловые эфиры полигликоля + ДЭА	химико-физический	п	п	п	п	п

Примечание: п – полная очистка, ч – частичная.

Выбор абсорбента определяется составом природного газа и способом использования H₂S, полученного из газа. На нескольких газоперерабатывающих заводах в Узбекистане используется абсорбент метилдиэтаноламин (МДЭА).

Процесс поглощения H₂S происходит с образованием гидросульфида:

H₂S + (C₂H₅O)₂CH₃N → HS^- + (C₂H₅O)₂CH₃NH⁺

Эта реакция протекает практически мгновенно (происходит обмен протонов). Поэтому в большинстве случаев скорость поглощения сероводорода лимитируется переносом H₂S из объема газа на поверхность газ/жидкость.

Процесс поглощения СО₂ происходит по следующей реакции:

CO₂ + H₂O + (C₂H₅O)₂CH₃N → HCO₃^- + (C₂H₅O)₂CH₃NH⁺

МДЭА не образует углерода, поэтому реакции с участием углекислого газа ограничиваются образованием бикарбонатов. Реакция декарбоната происходит медленно. Это свойство обусловлено тем, что сульфид водорода лучше избирательно поглощается растворами МДЭА по сравнению с растворами, основанными на вторичных аминах [4].

Многолетняя практика использования ДЭА и МЭА подтверждает эти правила, учитывая, что энергетическая составляющая составляет около трети стоимости очищенного газа, поэтому исследования по разработке абсорбирующих композиций нового поколения актуальны.

В таблице 2 приведены рекомендуемые значения концентрации алканоламинов в абсорбенте и степени их насыщения H₂S, CO₂.

Таблица 2.

Рекомендуемые концентрации растворов алканоламинов и степень их насыщения H₂S и CO₂ (3-5)

Алканоламин	Концентрация алканоламина в растворе, % (масса)	Соотношение H₂S, CO₂, моль/моль амина
Алканоламин	Концентрация алканоламина в растворе, % (масса)	В насыщенном абсорбенте	В восстановленном состоянии
MEA-моноэтаноламин	15-20	0,30-0,35	0,10-0,15
DEA-диэтаноламин	25-35	0,35-0,40	0,05-0,07
MDEA-метилдиэтаноламин	30-50	0,45-0,50	0,004-0,01
DGA-дигликольамин	40-60	0,35-0,40	0,02-0,10

Из приведенной выше таблицы можно сделать вывод, что уровень насыщенности H₂S, CO₂выше, чем у метилдиэтаноламина (MДЭA). МДЭА относится к категории этаноламинов третьего уровня.

В последние десятилетия на газоперерабатывающих заводах используются 35-40% водные растворы метилдиэтаноламина. MДЭA поглощает CO₂ в газовых смесях медленнее, чем H₂S. Это позволяет выделить из них в основном H₂S в процессе очистки газа. В частности, чем больше H₂S в установках Клауса, тем легче получить элементарную серу. Но с учётом современных экологических требований, поглощение CO₂ из природного газа очень важно. Результаты измерений скорости поглощения CO₂ были получены в состоянии композиции.

Таблица 3.

Уровень поглощения CO₂ абсорбентами на основе MDEA

(МДЭА 50% (mass) концентрация, t=20 °C, Pco₂=760 мм.рт.ст.)

№	Aбсорбент	W, см^З/(моль-с)¹
1	MDEA	1,55
2	TEA	1,30
3	MDEA+ 10% (MDEA+H₂SO₄)	1,18
4	MDEA+ 10% (TBAEA+H₂SO₄)	1,09
5	MDEA+ 10% H₃PO₄	1,22
6	MDEA+ 10% TEA	1,42
7	MDEA+ 20% TEA	1,37
8	MDEA+ 5% К₃РО₄	1,21
9	MDEA+10% PEG-400	1,27
10	MDEA+10% Диаметиловый эфир PEG	1,33
11	MDEA+10% Meтиловый эфир TEG (METEG)	1,25
12	MDEA+0,01% Полиметилцилоксан	1,38
13	MDEA+10% TBAEE	1,37
14	MDEA+10% EMS	1,30

Испытывались известные дополнения из литературы (№3,4,5) и предложенные автором работы (№6÷14).

Несомненно, более перспективным способом повышения эффективности очистки аминов является использование новых, более эффективных абсорбирующих композиций [5].

Технология процесса. Большинство углеводородных газов (натуральный газ, биогаз и т. д.) содержат большое количество неординарных компонентов, наиболее распространенными являются углекислый газ (CO₂) и сульфид водорода (H₂S), но также можно найти углеводородные соединения - сульфид углерода (COS) - дисульфид углерода (CS₂), меркаптаны (RSH), тиофены и другие смеси. Разработка полноценной абсорбирующей композиции важна в связи с тем, что технологии каталитической переработки углеводородных газов требуют глубокой очистки от вредных компонентов и в настоящее время в таких предприятиях возникают некоторые проблемы. Для создания наиболее эффективной композиции композиционных абсорбентов важно выбрать оптимальную композицию, определить концентрацию активирующих веществ, которые к ней добавляются. Разработка полноценной абсорбирующей композиции важна в связи с тем, что технологии каталитической переработки углеводородных газов требуют глубокой очистки от вредных компонентов и в настоящее время в таких предприятиях возникают некоторые проблемы. Для создания наиболее эффективной композиции композиционных абсорбентов важно выбрать оптимальную композицию, определить концентрацию активирующих веществ, которые к ней добавляются. В соответствии с этим были разработаны композиции по составу и концентрации. Активаторы могут быть как первичными, так и вторичными аминами. Мы предлагаем новое поколение активаторов – пиперазин и имадазол (таблица-4) [6-7].

Таблица 4.

Композиция абсорбирующих композиций на основе МДЭА, ДЭА, пиперазина, имедазола для очистки газов от кислых компонентов

№	Название абсорбента	Количество воды в абсорбирующей композиции	Концентрация компонентов
№	Название абсорбента	Количество воды в абсорбирующей композиции	MDEA	DEA	DIPA	piperazin	Imedazol
1	1- пример	63	35	-	-	2	-
2	2- пример	68	-	30	-	2	-
3	3- пример	63	35	-	-	-	2
4	4- пример	68	-	30	-	-	2
5	5- пример	51	30	17	-	2
6	6- пример	51	30	7	-		2
7	7- пример	58	30	-	10	2
8	8- пример	59	-	25	14	-	2

Ниже приведены качественные показатели сырья и продукции, поступающей на Шуртанский газохимический комплекс. Сравнены результаты после абсорбционного анализа под действием абсорбента ДЭА и композиционного абсорбента, применяемых на первичном заводе в процессе очистки природного газа с помощью амина (таблица 5).

Таблица 5.

Состав природного газа , поступающего в Шуртанский газохимический комплекс и после очистки амином

№	Состав компонента	Мольная доля природного газа, поступающего на Шуртанский газохимический комплекс, %	Молярные доли природного газа после очистки амином, %	Молярные доли газа после абсорбции с помощью композиционного абсорбента, %
1	CО₂	3,36	0,09	0,005
2	H₂S	0,06	0,001	0,001
3	СН₄	88,74	92,62	92,62
4	С₂Н₆	4,08	4,26	4,26
5	С₃Н₈	0,89	0,93	0,93
6	С₄H₁₀	0,41	0,43	0,43
7	С₅ углеводороды	0,17	0,18	0,18
8	С₆и высшие углеводороды	0,3	0,31	0,31
9	Н₂	0,76	0,79	0,79
10	H₂О	1,23	0,47	0,47

Результаты исследования показали, что организация процесса абсорбции через абсорбционные композиции позволяет снизить скорость коррозии в устройствах, а также энергозатраты на восстановление аминов.

В заключение можно сказать, что результаты вышеупомянутых испытаний на промышленном уровне были положительными по показателям испытаний на основе образца 8. Оказывается, это лучше, чем абсорбент, который используется на заводе. Результаты исследования показали, что организация процесса абсорбции через абсорбционные композиции позволяет снизить скорость коррозии в устройствах, а также энергозатраты на восстановление аминов.

Список литературы:

Давронов, Ф. Ф. У., Нусратиллоев, И. А. У., & Тиллоев, Л. И. (2018). Изучение характеристики физических поглотителей для очистки газов. Вопросы науки и образования, (3 (15)).
Атауллаев, Ш. Н., Тиллоев, Л. И., & Халимов, А. А. (2019). АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ ОСУШКИ ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ РАСТВОРОВ ГЛИКОЛЕЙ. Теория и практика современной науки, (3), 33-35.
Т.Р.Юлдашев (2023) Актуальные проблемы аминой очистки природных газов и пути их использование Universum: технические науки №4(109)2023
С.В. Набоков, Н.П. Петкина (2015) Абсорбенты для очистки газов от Н₂S и СО₂: опыт и перспективы применения этаноламинов на газоперерабатывающих заводах ОАО «Газпром» Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ №1(21)/2015, 3-8.
Panoyev E.R., Do‘stov H.B. (2021) YUQORI OLTINGUGURTLI GAZLARNI TOZALASHDA MAHALLIY ABSORBENTLARNING TA’SIRINI TAHLIL QILISH “Фан ва технологиялар тараққиёти” №3/2021, 130-135.
Djavadov P. S., & Axmedova O. B. (2023). MAHALLIY GAZKONDENSATLARNING TARKIBI VA XUSUSIYATLARINI TADQIQ QILISH. Scientific progress, 4(5), 336-340.
Нарзуллаев Ж. У., Мелиев Ш. Ш., & Ахмедова О. Б. (2017). ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КИСЛЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО И НЕФТЯНОГО ГАЗОВ. Вопросы науки и образования, (2), 23-24.