Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки природных газов
Хасанов, А. С. Образование термостойких солей в аминовых растворах очистки природных газов / А. С. Хасанов, М. О. Сатторов, А. А. Ямалетдинова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 2 (82). — С. 223-225. — URL: https://moluch.ru/archive/82/14945/ (дата обращения: 19.08.2023).
Очистка газов аминами растворами от кислых компонентов (СО2 и H2S) является типичным процессом хемосорбции, широко распространенным в настоящее время в нефтегазовой промышленности по причине того, что аминные растворы обладают хорошей поглотительной способностью. Сегодня узбекским нефтегазовым предприятиям, использующим этот метод очистки, необходимы новые эффективные способы решения проблем, связанных с эксплуатацией аминных установок, таких, как потери амина при уносе, коррозийный износ оборудования. вспенивание рабочих растворов, загрязнение продуктами деградации и т. д. Устранение этих негативных факторов является первостепенной задачей, так как они непосредственно влияют на производительность аминной системы и качество продукции.
В ходе очистки газов протекают реакции с образованием побочных соединений (формамидов, аминокислот, оксазолидонов, мочевины, диаминов), в аминный раствор попадают примеси, например тяжелые углеводороды и сульфид железа, которые оказывают негативное влияние на ведение процесса, например, повышают вспениваемость растворов, увеличивают скорость коррозии.
Газы, подвергаемые очистке растворами этаноламинов, могут содержать большое количество различных примесей, необратимо реагирующих с аминами: сернистых соединений, карбоновых кислот и др. Со всеми этими соединениями амины образуют термостойкие соли (ТСС) — любые ионные соединения, которые не могут быть выведены из аминного раствора нагреванием (например, в регенераторе или десорбционном устройстве). Данные соли не ограничиваются только соединениями, возникающими в результате реакций с загрязняющими примесями, накапливающимися в контакторе. Это также соли, возникающие при введении «нейтрализаторов» и других специальных добавок, а также солей, проникающих в амин в результате утечки охлаждающей воды и т. п.
Научной новизной в данной работе является исследование и анализ кубового остатка абсорбера кислого газа узла подготовки газового сырья ШГХК — насыщенного раствора ДЭА на предмет присутствия в нем термостойких солей.
Когда катионом соли является протонированный (связанный) амин, соли носят название термостойких аминных солей (ТСАС). Обычно соли, в которых катионную часть составляет не протонированный амин, а натрий или калий, не принимаются во внимание, что ведет к неправильной оценке состава раствора. Исследования химических лабораторий показали, что независимо от природы катиона любой вид термостойких солей оказывают одинаковое влияние, повышая уровень коррозии. Считается, что между негативно заряженными анионами и ионом сульфида происходит своего рода борьба за ионное железо в пассивационном слое, при этом анионы формируют стабильные комплексы соединений.
Термостойкие соли обычно получают название по аниону ионной пары, например, ацетаты, сульфаты, тиоцианаты, бутираты, оксалаты, хлориды, фосфаты и т. п. Данные соли носят название термостойких, потому что не выводятся из раствора и не покидают «связанный» амин после прохождения раствором регенератора. Каждый моль ТСС блокирует моль амина, препятствуя очистке от кислых газов. Все это уменьшает эффективность работы системы и может привести к усложнению условий аминной циркуляции, большему использованию пара в ребойлере аминной десорбции, низкому выведению серы из питательного или рабочего раствора газа, пониженной производительности.
Известны следующие способы накопления термостойких солей в алканоламинных системах:
1) реакция цианистого водорода и/или нитрила (продукты — формат, ацетат, тиоцианид);
2) окисление H2S (сульфат, тиосульфат);
3) абсорбция или добавление крепкого кислого аниона (хлорид, сульфат, фосфат);
4) окисление и распад этанола амина (формат, оксалат, ацетат);
5) гидролиз СО, катализированного металлами (формат).
Очень маленькая концентрация первичных реагентов в обработке газа приводит к постепенному образованию термостойких солей.
Известно, что анионы многих термостойких солей входят в соединения с железом. Эти соединения получаются в результате реакций:
Анионы, как тиоцианид, формат и ацетат, анионы обычных аминных термостойких солей формируют соединения с железом. Эти соединения потом вызывают растворение сульфида железа, что приводит к большему образованию ионов железа.
Термостойкие соли и продукты распада способствуют тому, что карбонат и сульфид железа становятся примерно в 30 раз более растворимы в ненасыщенной среде аминной системы. Когда амин попадает обратно в контактор и «собирает» СО2 и H2S, карбонат железа и сульфид железа осаждаются, оставляя ТСС и продукты распада свободными. Эти свободные соединения попадают обратно в ненасыщенный раствор, в котором они «вытягивают» железо. Этот процесс может повторятся снова и снова, вызывая сильную коррозию в ненасыщенном растворе, что приводит к нестабильной работе всей системы.
Для определения состава ТСС был проведен качественный и количественный анализ кубового остатка абсорбера кислого газа — насыщенного аминового раствора в лабораторных условиях.
В таблице 1 приведены основные определенные анионы ТСС, их общее количество, которое в пересчете на аминовый 31,81 %-ный раствор составляет 0,13 %.
Источник
Абсорбционная технология. Аминовая отмывка
Во многих углеводородных газах (ПНГ, природный газ, биогаз и др.) содержится значительное количество кислых компонентов, наиболее распространенными из которых являются углекислый газ (СО2) и сероводород (H2S), но могут встречаться также сероорганические соединения — серооксид углерода (COS), сероуглерод (CS2), меркаптаны (RSH), тиофены и другие примеси. Подобные примеси являются токсичными веществами, осложняют транспортирование и переработку газа, так как снижают эффективность каталитических процессов, приводят к возникновению коррозии газопроводов и оборудования.
Одни из методов удаления кислых примесей из углеводородного газа является химическая сорбция СО2 и H2S водными растворами различных аминов, моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА) и метилдиэтаноламин (МДЭА).
Основная однопоточная схема абсорбционной очистки газа растворами этаноламинов
Краткое описание процесса
Абсорбционная очистка газа аминами основана на том, что при взаимодействии с кислыми компонентами газа амины образуют химические соединения, легко распадающиеся на исходные компоненты при повышении температуры и снижении давления.
Для проведения процесса сырьевой газ подогревается до температуры, примерно равной температуре окружающей среды, и подается в абсорбционную колонну, в которой контактирует с раствором амина. Очищенный от кислых примесей газ затем проходит через сепаратор для отделения капельной жидкости и направляется на дальнейшую подготовку. Насыщенный раствор амина дегазируется, подогревается в рекуперативном теплообменнике и поступает в десорбер для регенерации. Регенерированный раствор амина затем охлаждается и насосами подается снова в абсорбционную колонну.
Преимущества установок аминовой очистки:
- Обеспечивают тонкую очистку газов от сероводорода и СО2, при различных давлениях, расходах и концентрациях кислых компонентов в исходном сырье
- Простота и надежность работы установки
К основным недостаткам процесса относятся:
- Низкая глубина извлечения меркаптанов и некоторых других сероорганических соединений
- Большие теплоэнергетические затраты на реализацию процесса
- Абсорбенты и продукты взаимодействия их с примесями, содержащиеся в сыром газе, нередко обладают повышенной коррозионной активностью
- Снижение эффективности процесса при высоком содержании тяжелых углеводородов
- Необходимость осушки газа и утилизации кислых газов после аминовой очистки
Абсорбционная технология (аминовая отмывка) применима в широком диапазоне концентраций серосодержащих соединений и СО2. Для различных задач используются растворы МЭА, ДЭА, ТЭА, МДЭА. В ряде случаев могут использоваться и другие абсорбенты. Для сокращения эксплуатационных затрат технология может комбинироваться с мембранной и адсорбционной очисткой.
Не является публичной офертой
Получите больше информации
Отправьте запрос и наш менеджер свяжется с Вами в ближайшее время
Источник