Образование продуктов деструкции в аминовых растворах очистки природного газа

В настоящее время значительное количество добываемого газа (природного и попутного нефтяного) содержит кислые компоненты — сероводород и диоксид углерода. Содержание этих веществ в газах разных месторождений изменяется в широких пределах от долей до десятков процентов. Сероводород является ядовитым веществом, его максимальное количество в газе, подаваемом в магистральные трубопроводы, регламентируются. Сероводород, также как и диоксид углерода, в присутствии воды образует кислоты, которые вызывают химическую и электрохимическую коррозию металлов. При определенных условиях сероводород является причиной сульфидного растрескивания металлов. Присутствие значительного количества диоксида углерода в газе снижает его теплоту сгорания, которая также регламентируется. Эти причины привели к разработке и промышленной реализации множества способов очистки углеводородных газов от кислых компонентов.

В Узбекистане, также как и в зарубежной практике, для очистки газа от сероводорода и диоксида углерода используется технология с применением алканоламинов. Основными достоинствами этой технологии являются: Высокая и надежная степень очистки газа независимо от парциального давления сероводорода и углекислоты, низкая вязкость водных поглотительных растворов, низкая абсорбция углеводородов, что гарантирует высокое качество кислых газов, являющихся сырьем для производства серы.

Использование аминовых растворов в процессах очистки имеет ряд недостатков, основ-ными из которых являются вспенивание абсорбента, а в ряде случаев уменьшение с течением времени его поглотительной способности [1]. Исследование и повышение стабильности абсорбционной емкости является актуальной задачей газоочистки. Основной причиной возникающих в процессе эксплуатации трудностей служит термохимическое разложение растворов абсорбента при взаимодействии с диоксидом углерода, содержащихся в очищаемом газе, при котором образуются продукты деструкции — азотсодержащие органические соединения [2]. Присутствие их в аминовых растворах ухудшает эксплуатационные свойства абсорбента, т. е. увеличивает вязкость раствора, снижает абсорбционные свойства, значительно повышает пенообразование раствора. Устранение этих негативных факторов является первостепенной задачей, так как они непосредственно влияют на производительность аминной системы и качество получаемой продукции. [3]

Исследование показали, что интенсивность разложения аминов зависит от состава газа, режима работы абсорбера и десорбера, наличия примесей и в самом растворе амина [4]. Как правила в растворах аминов идентифициированы сразу несколько продуктов разложения. Из кислых компонентов (H₂S и СО₂) влияние диоксида углерода на разложение аминов более значительно. Одним из основных продуктов побочной реакции ДЭА с СО₂ является N,N-ди(2-оксиэтил)-пиперазин (ОЭП). Производные ОЭП некоррозионноактивны и обладают поглотительной способностью в отношении кислых компонентов. При регенерации отработанного аминового раствора термическое разложение аминов без углекислоты протекает в малой степени и усиливается с повышением температуры и степени насыщения аминов СО₂. Потери ДЭА под действием СО₂ незначительны при температуре 100^оС и давлении 1,2 МПа и достигает более 90 % при температуре 175 ^оС и давлении 4,1МПа. Вероятно при взаимодействии СО₂ с аминами образуются карбонаты или карбаматы, которые превращаются в оксазолидон-2, затем в оксиэтил имидазолидон-2. Скорости побочных реакций обычно низки, продукты которых при длительной циркуляции раствора накапливаются в системе. [5,6]

Научной новизной в данной работе является исследование и анализ продуктов деструк-ции аминовых растворов, которые до сих пор не были в должной мере изучены и определены. Изучение особенностей побочных продуктов очистки газа, процессов очистки аминовых растворов от них, а также разработка оптимальной технологии очистки растворов является актуальной научно-прикладной задачей, решение которой позволит значительно повысить технико-экономические показатели процесса очистки газа от сероводорода и диоксида углерода.

Для определения состава продуктов деструкции диэтаноламина был проведен качественный и количественный анализ кубового остатка вакуумной дистилляции рабочего раствора диэтаноламина, определены его физико-химические свойства в лабораторных условиях, что представляет большой интерес для настоящей работы.

В таблице 1 приведены основные продукты деструкции ДЭА, а также массовая концентрация ПДД.

Таблица 1

Сегодня в мире существует несколько технологий, направленных на решение вышеуказанных проблем:

-        вакуумная дистилляция;

-        система фильтров;

-        электродиализ;

-        применение ингибиторов;

-        применение ионообменных смол.

Из вышеперечисленных методов наиболее перспективным на наш взгляд является применение ионообменных смол. В настоящей работе предлагается применение ионообменных смол для очистки от продуктов деградации аминового раствора.

Литература:

1.         Технология переработки сернистого природного газа Текст.: Справочник/А. И. Афанасьев, В. М. Стрючков, Н. И. Подлегаев и др. — Под ред. А. И. Афанасьева. -М.: Недра, 1993. 152 с.

2.         Мурин В. И., Кисленко Н. Н., Сурков Ю. В. Технология переработки газа и конденсата: Справочник: В 2 ч. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. — Ч.1–517 с.: ил.

3.         Агаев, Г.А., Настека, В.И., Сеидов, З. Д. Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов Текст. — М.: Недра, 1996. 301 е.; ил.

4.         Дж. Прайс Экономичная очистка аминового раствора Текст. // Нефтегазовые технологии. 1996. — № 1–2. — С. 58–59. Мановян, А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа Текст.: учебное пособие для вузов. — Изд. 2-е — М.: Химия, 2001. — 568 е.; ил.

5.         Ященко В. Л., Лысикова Т. И. Повышение эффективности подготовки и комплексной переработки газа. — Баку, 1983. — с. 114–119.

6.         Стюарт Э.Дж., Ланнинг Р. А. Сокращение потерь реагента на установках очистки аминами // Нефтегазовые технологии — 1995. — № 2. — с.53–56.