Synthesis of a copper-containing adsorbent with amino group for purification of natural gas from hydrogen sulphide and investigation of its structure

АННОТАЦИЯ

Состав и структура синтезированного адсорбента исследованы с помощью ИК-спектроскопии, элементного анализа, сканирующего электронного микроскопа. Исследования показали, что полученный медьсодержащий адсорбент можно использовать для удаления серы из нефти и газов.

ABSTRACT

The composition and structure of the synthesized adsorbent were investigated using IR spectroscopy, elemental analysis, and scanning electron microscope. Studies have shown that the resulting copper-containing adsorbent can be used to remove sulfur from oil and gases.

Ключевые слова: медьсодержащий адсорбент с аминогруппой, удаление серы, вязкость, нефть и газ.

Keywords: copper-containing adsorbent with amino group, sulfur removal, viscosity, oil and gas.

В Республике Узбекистан стабильно растет добыча нефти, газа и газового конденсата, содержащие соединения серы приводящие к коррозии. Добыча, подготовка, транспортировка, хранение и переработка таких углеводородных соединений создают ряд серьезных технологических и экологических проблем. [1, с.4-8].

Присутствие в углеводородном сырье сероводорода, меркаптанов и других агрессивных серосодержащих соединений увеличивает важность процесса глубокой сероочистки нефти и нефтепродуктов.   [2, с. 28-32].

Получен новый адсорбент марки CuAД (содержащий медь и аминогруппы) на основе хлорида меди и мочевины и изучены его свойства. Были изучены оптимальные условия получения адсорбента марки CuAD, то есть температура, время и соотношение компонентов, а также эффективность катализаторов.

Синтез адсорбента марки CuAД методом высокотемпературного нагрева. В специальную емкость из жаропрочной и кислотостойкой нержавеющей стали вместимостью 500 мл добавляли 55,3 г мочевины, 1 г хлорида меди, 0,5 г оксида цинка, 2,5 г оксида алюминия и в качестве катализатора борную кислоту (в количестве по отношению к общей массе 0,1%) и перемешивали до однородности. Реакцию проводили в печи до 200°C в течении 1 часа. Затем его нагревали до 250 ° C в течение 30 минут и до 300°C в течение 45 минут. Полученную порошковую смесь охладили до 50°C и растворили в 85% серной кислоте. В растворенный продукт добавили горячую воду для растворения первичных и промежуточных продуктов, которые не вступили в реакцию, а адсорбент CuAД выпадает в осадок. Осажденный адсорбент CuAД фильтровали на воронке Бюхнера и несколько раз промывали дистиллированной водой. Промытый продукт сушили в печи при 50°C. Выход продукта составил 85%.

Рисунок 1. Влияние температуры на выход продукта при синтезе адсорбента CuAДна основе солей меди

Чрезмерное повышение температуры и длительности синтеза приводит к значительному снижению выхода образующегося адсорбента.

Синтез адсорбента проводили при 200, 250 и 300°C. Как показано на рисунке 1, в процессе синтеза адсорбента марки CuAD до температуры 300°C, продольжительностью в два часа выход реакции составил 85%, при дальнейшем проведении процесса то есть через 30 минут выход упал до 80%.

Рисунок 2. ИК-спектр адсорбента марки CuAД

В ИК-спектре адсорбента марки CuAД линии поглощения валентных колебаний ароматического кольца наблюдались при 1460-1610 см^-1. Линии поглощения С-О группы составляют 1280 см^-1, а в областях поглощения 450–650 см^-1 наблюдалась сложная система металлической Cu с азотом и кислородом. Присутствие вторичного N-H группы наблюдалось в области поглощения 3350–3300 см^–1. Неравномерные деформационные колебания группы S-N наблюдались в диапазоне 1000-650 см^-1. Обнаружено, что в области поглощения 2000–1600 см^-1 имеется группа слабых линий (составных частот), количество и положение всех ароматических соединений, которые определяются типом замены бензольного кольца.

Аналитическая емкость микроскопа составляет 1 нм, чувствительность детектора INCA Energy составляет 133 эВ/10 мм², что позволяет анализировать элементы от бериллия до плутония. Микроанализ химических элементов пигментов проводился в приборе СЭМ под высоким вакуумом и изучался в областях с ускоряющим напряжением 20 кэВ и током 1 нА. В этом анализе изображения электронного сканера были получены с ускорением 30 кэВ, увеличением в 200 и 500  раз, а также с 0,66 и 1,663 мкм видимого поля.

Рисунок 3. Изображение адсорбента марки CuАД на сканирующем электронном микроскопе (увеличение 500 раз).

Рисунок 4. Элементный анализ адсорбента марки CuAД

Изучение состава и структуры порошкообразных адсорбентов, синтезированных с использованием мочевины и солей меди с помощью СЭМ дает информацию о степени реакционной способности исходных материалов и пористости объектов и их распределении, что позволяет оценить важные параметры, такие как их морфология, дисперсность. Одновременно можно наблюдать небольшие объекты с одинаковыми и резко отличающимися агломератами, радиусы образования которых от 10 нм до 1 мкм. В то же время можно будет наблюдать и изучать содержание и структуру на разных технологических этапах.

Список литературы:

1. Современные жидкофазные методы очистки газового сырья / А.Ю. Копылов и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2010. – Т. 53. – Вып. 9. – С. 4-8.
2. Булкатов А.Н. Углубленная переработка газового углеводородного сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2008. – № 9. – С. 28-32.