Абсорбція вступ

Адсорбційні установки очищення газу складаються з 2-х, 3-х і 4-х апаратів - адсорберів, що працюють періодично в послідовних технологічних циклах: адсорбція (очищення газу), регенерація адсорбенту від поглинених компонентів (десорбція), охолодження і підготовка до параметрів стадії адсорбції.
Процеси абсорбційного очищення газу від сірководню, діоксиду вуглецю, сіркоорганічних сполук і вологи із застосуванням фізичних абсорбентів характеризуються високим ступенем поглинання кислих компонентів, невисокими швидкостями циркуляції і високими швидкостями циркуляції і питомої витрати абсорбенту, легкістю регенерації адсорбенту, низькими енерговитратами і відрізняються перевагою перед абсорбційними методами - вищою поглинальною здатністю адсорбентів навіть за низьких парціальних тисків видобувних компонентів і можливістю поєднувати очищення газу від сірководню, діоксиду вуглецю і сірчано-органічних сполук із глибоким осушенням (наприклад, до точки роси газу по волозі до мінус 90°С і нижче, особливо, при використанні короткоциклової технології).


Характеристика абсорбентів
Вибір абсорбенту є важливим завданням, тому що від його властивостей залежать технлогічна схема і техніко-економічні показники процесу очищення природного газу від кислих компонентів і сіркоорганічних сполук.
Вибір абсорбенту визначається низкою чинників, такими як: необхідний ступінь очищення газу, вміст видалених пень очищення газу, вміст компонентів, що видаляються, в газі, а також техніко-економічними показниками процесу (питомі витрати абсорбенту, теплової та електричної енергії, вартість і доступність та електричної енергії, вартість і доступність абсорбенту тощо).
Абсорбенти, що використовуються в промисловості, повинні відповідати таким основним вимогам:
-високій поглинальній здатності в широкому інтервалі тисків, температур і концентрацій розчинів розчинів для забезпечення мінімальної питомої витрати абсорбенту; ̶ високої поглинальної здатностіда абсорбенту;
-низьким тиском насичених парів, щоб забезпечити незначні втрати, пов'язані з втрати, пов'язані з їх випаровуванням при заданих технологічних параметрахпроведення процесу очищення газу;
низькою розчинністю вуглеводневих компонентів природного газу для зниження кількості утворюваного низьконапірного газу під час регенерації абсорбенту та збільшення тривалості використання абсорбенту під час багатократної циркуляції в системі "абсорбер - десорбер";
-низькою в'язкістю за технологічних умов експлуатації для зниження гідравлічних опорів і створення найбільшого контакту з газом у технологічній системі "абсорбер-десорбер".
-густиною, що відрізняється від густини вуглеводневого конденсату, з метою забезпечення їх більш ефективного розділення;
-низькою взаємною розчинністю з вуглеводнями конденсату для забезпечення їх більш ефективного розділення, скорочення їхніх втрат і збереження експлуатаційних властивостей абсорбенту;
низькою корозійною активністю (корозія обладнання на установках амінового очищення природного газу протікає, насамперед, у результаті взаємодій сірководню з металевою поверхнею апаратів з утворенням сульфіду заліза сульфіду заліза і взаємодії діоксиду вуглецю з металами з утворенням бікарбонату і карбонату; самі ж амінові абсорбенти не викликають корозію обладнання, але в процесі їх тривалої експлуатації корозія може додатково виникати і прискорюватися за рахунок появи в технологічній);
-низькою піноутворюваністю за гідродинамічних умов контакту з газовою сумішшю;
̶ низькою піноутворюваністю;
-високою стійкістю до термічної деструкції;
-хімічно нейтральними властивостями щодо інгібіторів, що застосовуються в процесах видобутку. застосовуваних у процесах видобутку і збору газу, тобто не вступати з ними в хімічні реакції;
високою селективністю щодо заданих компонентів природного газу, що видаляються природного газу;
-нетоксичністю;
-ринковою доступністю.
Як абсорбенти найширше застосовують алканоламіни. Найбільш відомими лее відомими етаноламінами, використовуваними в процесах очищення газу від Н2S і СО2, є: моноетаноламін (МЕА), діетаноламін (ДЕА), триетаноламін(ТЕА), диглікольамін (ДГА), діізопропаноламін (ДІПА), метилдіетаноламін(МДЕА). Найбільшого практичного застосування набули моно- і діетанола- мини.
Застосування ДЕА є найефективнішим у разі вмісту у вихідному газі поряд з Н2, Н2, Н2, Н2, Н2, Н2, Н2. поряд з Н2S і СО2 також COS і СS2, які, вступаючи в хімічну реакцію з МЕА з утворенням стабільних сполук, спричиняють його значні втрати.
Основні енергетичні витрати процесу абсорбційного очищення природного газу від кислих компонентів ного газу від кислих компонентів зумовлені енерговитратами на регенерацію абсорбентів. Так, наприклад, у разі використання ДЕА енерговитрати сягають 30-35% собівартості очищеного природного газу. Тому багато нафтогазових вие компанії світу розробляють і використовують енергозберігаючі абсорбенти композиційного типу, до складу яких входять різні етаноламіни та специфічні активуючі, модифікуючі добавки, зокрема структурні.
В цьому напрямку досвід промислової експлуатації абсорбційного процесу очищення газу від кислих компонентів показує, що найбільший інтерес представляють представляють композиційні абсорбенти на основі метилдіетаноламіну (МДЕА).
Так, наприклад, заміна моноетаноламіну на метилдіетаноламін дає змогу знизити зити енерговитрати до 30% за рахунок підвищення поглинальної здатності, зниження ження циркуляційної витрати робочого розчину; зменшення теплових витратпри регенерації МДЕА. При цьому також знижуються витрати на обслуговування і ремонт обладнання через більш низьку корозійну активність МДЕА і відсутність смолоутворення.
Більш висока поглинальна здатність МДЕА і триваліший термін його роботи без додавання свіжого в процесі експлуатації дають змогу економити кошти на закупівлю абсорбенту.
В основі технологічних розрахунків очищення природних газів з використанням хімічних абсорбентів стехіометричні рівняння хімічних реакцій поглинання кислих компонентів розчинами алканоламінів:
2RNH2+H2S ↔ (RNH3)2S
(RNH3)2S+H2S ↔ 2RNH3HS
2RNH2+CO2+H2O ↔ (RNH3)2CO3
(RNH3)2CO3+CO2+H2O ↔ 2RNH3HCO3
де, наприклад, для моноетаноламіну R - група ОНСН2СН2СН2 -.
Реакційна здатність алканоламінів збільшується в ряду: первинні > вторинні > третинні та корелюється з лужністю їхніх розчинів. При цьому діоксид вуглецю утворює з алканоламінами різні побічні продукти, механізм утворення яких не вивчений достатньою мірою. Деяка частина діоксиду вуглецю з алканоламінами на стадії регенерації абсорбенту руйнується з виділенням алканоламіну, а інша частина не регенерується – і це є однією з причин втрат алканоламіну. Найбільша кількість не регенерованих сполук діоксиду вуглецю з алканоламінами характерна для первинних алканоламінів, як для найбільш реакційноздатних.
У природному газі можуть міститися меркаптани RSН, які, будучи кислотами. оборотно реагують з алканоламінами з утворенням розчинних меркаптидів (меркаптиди є термічно нестабільними сполуками і легко руйнуються при нагріванні):
(Амін + nRSН ↔ (Амін ̶ пН)+ - nRS-
де R ̶ вуглеводневий радикал.
Реакції передує розчинення меркаптанів у водному розчині алканолу-міну і подальшій дисоціації на йони:

RSН ↔ RS- + Н+

Кислотність розчинів меркаптанів нижча, ніж водні розчини Н2S і СO2. Тому Н2S і СO2 витісняють меркаптани з їхніх сполук з амінами.
Значний вплив на розчинність меркаптанів у розчинах алканола-мінів чинить вміст СO2 у розчині. Зі збільшенням вмісту СO2 у розчині алканоламінів розчинність меркаптанів зменшується, наближаючись до розчинності у воді.
Розглянуте вище вказує на неможливість під час абсорбційного очищення газу від Н2S і СO2 з використанням алканоламінів одночасно повністю очистити газ також від меркаптанів.
Сірчанокис вуглецю, що міститься в газі, під час амінового абсорбційного очищення , у водних розчинах амінів гідролізується у водних розчинах алканоламінів:
СOS+Н2S ↔ СO2+Н2S.
Утворені Н2S і СO2 реагують з амінами. Внаслідок того, що у вихідному газі вміст СОS ходовому газі вміст СОS порівняно з концентрацією Н2S і СO2 не значний.
Також СОS може безпосередньо вступати в реакції з первинними та дру- гими алканоламінами з утворенням тіокарбаматів тіокарбаматів (за подобою СO2) та інших сполук. З первинними алканоламінами СОS утворює нерегенеровані продукти.
Основні фізико-хімічні властивості алканоламінів подано в таблиці

Таблиця 3.7.2.1. Фізико-хімічні властивості алканоламінів (масовий вміст основної речовини - не менше 99 %)