ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СЕРОВОДОРОДА В АЛКАНОЛАМИНЕ ПРИ ОЧИСТКЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ КИСЛЫХ КОМПОНЕНТОВ

АННОТАЦИЯ

Настоящая статья посвящена количественному определению содержания сероводорода (H2S) в растворе диэтаноламина (DEA), применяемом для очистки природных газов от кислых компонентов. Рассматривается механизм абсорбции H2S в аминном растворе и формирование протонированных форм DEA и связанных продуктов, а также влияние процесса насыщения и регенерации на состав раствора. Экспериментально применён потенциометрический метод титрования для точного определения концентраций H2S в насыщенном и регенерированном DEA. Определены массовая доля (W) и молярная доля (моль) H2S в представленных образцах. Результаты показывают снижение содержания H2S после регенерации, хотя сохраняются его следы в регенерированном растворе. Полученные данные позволяют оценить эффективность регенерации и оптимизировать режимы очистки природного газа.

ABSTRACT

This article focuses on the quantitative determination of hydrogen sulfide (H2S) in a diethanolamine (DEA) solution used to remove acidic components from natural gases. The mechanism of H2S absorption in the amine solution and the formation of protonated DEA and related products are discussed, as well as the effect of saturation and regeneration on the solution composition. A potentiometric titration method is experimentally applied to accurately determine H2S concentrations in saturated and regenerated DEA. The mass fraction (W) and molar fraction (mol) of H2S in the presented samples are determined. The results show a decrease in H2S content after regeneration, but traces of it remain in the regenerated solution. The data obtained allow us to evaluate the efficiency of regeneration and optimize natural gas purification modes.

Ключевые слова: абсорбция, регенерированный и насыщенный диэтаноламин, абсорбент, сероводород, титратор, механические примеси.

Keywords: absorption, regenerated and saturated diethanolamine, absorbent, hydrogen sulfide, titrator, mechanical impurities.

Введение.

Выбор процесса очистки природного газа от кислых компонентов зависит от многих факторов, основными из которых являются следующие: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и другие.

На сегодняшний день анализ накопленного мирового опыта очистки природного газа показывает, что основными процессами переработки крупных газовых потоков являются абсорбционные процессы с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинаций [4].

Методология.

Алканоламины являются наиболее широко используемыми химическими сорбентами. Использование химических растворителей основано на реакции между химическим сорбентом и кислотными компонентами. Максимальная поглотительная способность водных растворов химических абсорбентов ограничена стехиометрией. Исследования показали, что среди алканоламинов наиболее часто используются монодиэтаноламин и диэтаноламин [3]. На основании вышеизложенного, были проведены исследования в центральной заводской лаборатории Шуртанского газохимического комплекса и получены достаточно значимые результаты. Экспериментальные испытания проводились по стандарту КSt 39.2-36:2012 хЧ [5]. В настоящее время диэтаноламин используется в качестве абсорбента при очистке природного газа алканоламином на заводе. Указанный стандарт направлен на определение количества сероводорода в составе насыщенных и регенерированных растворов диэтаноламина, применяемых в поглотителях устройств очистки алканоламинов, методом потенциометрического титрования [1].

Результаты.

Пробы отбирают в специальные стеклянные (полиэтиленовые) емкости, промывают синтетическими моющими средствами и концентрированной технической соляной кислотой, согласно графику аналитического контроля. После очистки реагентами емкости тщательно промывают водопроводной водой, затем ополаскивают дистиллированной водой  [2]. Образцы специально не подготавливаются. Для анализа требуется 180–200 мл раствора амина.

Порядок проведения измерений. Анализ всегда необходимо начинать с регенерированного раствора диэтаноламина. В цилиндр объемом 250 мл помещают 160 мл образца и добавляют к нему 50 мл 2 H раствора NaOH. Затем, в отдельный цилиндр отбирают 10 мл полученной пробы с помощью пипетки Мора и разбавляют дистиллированной водой до 50 мл. Коэффициент разбавления в данном случае составит 5. Цилиндр накрывают крышкой, тщательно перемешивают и оставляют на 4–5 минут.

Затем в стакан объёмом 100 мл добавляют 50 мл раствора, после чего прибавляют 1 мл 2 H раствора NH₄OH и ставят на измерение при помощи потенциометрического титратора ORION 900 A. Этот потенциометрический титратор автоматически титрует, добавляя по 0,05 мл 0,03 мол/л раствора AgNO₃. Измерения проводятся как минимум три раза, и берётся среднее значение. Те же измерения проводят с насыщенным раствором диэтаноламина. В этом случае берется всего 1 мл образца (насыщенный раствор диэтаноламина) и разбавляется дистиллированной водой до объёма 50 мл. Тогда коэффициент разбавления будет равен 50.

Обсуждение.

Цель добавления NaOH в раствор диэтаноламина заключается в том, что в составе газа, помимо сероводорода, присутствуют также меркаптаны и ионы CO₃^2-. NaOH образует комплексные соединения с этими ионами. Иногда вместе с газом поступают и другие механические примеси. Затем добавляют NH₄OH для осаждения AgNO₃. В потенциометрическом титраторе в среднем расходуется 1,40 мл раствора AgNO₃ (по 0,05 мл).

H₂S + AgNO₃ → Ag₂S ↓ + HNO₃

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

Расчет результатов измерений.

а) Количество сероводорода в растворе диэтаноламина Х₁, г/дм³, рассчитывают по следующей формуле:

V_H2S – показатель сероводорода в потенциометрическом титраторе, г/дм³;

50 – коэффициент разбавления образца;

1,31 – коэффициент разбавления раствора NaOH;

M_r  – молекулярная масса 1 моля сероводорода, (34 г);

A_r  – относительная атомная масса серы (32 г);

1000 – коэффициент перевода мг³ в дм³.

б) Массовую долю сероводорода в растворе диэтаноламина Х₂, % W, рассчитывают по следующей формуле:

v_H2S  – количество сероводорода в растворе амина, г/дм³;

M_r  – молекулярная масса 1 моля сероводорода, (34 г);

A_r  – относительная атомная масса серы (32 г);

1000 – коэффициент перевода мг³ в дм³;

ρ – плотность раствора диэтаноламина, г/см³.

Результаты анализа количества сероводорода в растворе диэтаноламина в разных единицах приведены в таблице 1 ниже.

Таблица 1.

 Результаты анализа количества сероводорода в растворах диэтаноламина

Заключение

Результаты лаборатории показывают, что газ, очищаемый на Шуртанском газохимическом комплексе, является малосернистым газом. Изучены физико-химические свойства диэтаноламина, также взаимодействие H₂S и других компонентов природного газа с диэтаноламином. Согласно проекту, для очистки природного газа от кислых газов на заводе используется 30-33 %–ный раствор ДЭА. Основная цель – защита от коррозии и предотвращение вспенивания раствора диэтаноламина. Поэтому исследовательские испытания были сосредоточены на обнаружении кислых газов, то есть сероводорода, в растворе ДЭА. Результаты показали, что содержание сероводорода 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. Берлин М.А., Гореченков В.Г., Волков Н.П. Переработка нефтяных и природных газов. – М.: Химия, 1981. – 472 с.
2. Литвинова А.Е. Моделирование и комплексный анализ режима работы установки очистки газа от сероводорода раствором диэтаноламина : магистерская дисс.; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Инженерная школа природных ресурсов (ИШПР), Отделение химической инженерии (ОХИ) ; науч. рук. Е. В. Попок. – Томск, 2018.
3. Рябова T.C., Чемодуров П.А. Очистка природного газа от сероводорода. – М.:ВНМИГазпром, 1975. – 40 с.
4. Эшдавлатова Г.Э., Камалов Л.С. Oпределение количества углекислого газа в различных единицах в аминных растворах // Universum: технические науки. – 2024. – Вып. 10 (127). – Ч. 4. – C. 55–58 с.
5. Akmalxon K., Suvankul N., Jamshidbek X. Cleaning of Methyldiethanolamine & Diethanolamine Solutions Used in Natural Gas Cleaning // Universum: технические науки. – 2024. – 10(5 (122)). – C. 4–9.