CC BY
18
№ 12 (81)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОЧИСТКИ ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО МЭА-РАСТВОРА ОТ СМОЛИСТЫХ ВЕЩЕСТВ
Менглиев Шерзод Шоимович
старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: khimiyanefti@mail. т
Ахмедов Улуг Каримович
д-р. хим. наук, проф., глав. науч. сотр. Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан Республика Узбекистан, г. Ташкент
Игамкулова Наргиса Абдувалиевна
канд. хим. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент
COLLOIDAL CHEMICAL REGULARITIES OF PURIFICATION OF CIRCULATING MEA SOLUTION FROM RESINOUS SUBSTANCES
Sherzod Mengliev
Senior lecturer
at the Tashkent Institute of Chemical Technology
Uzbekistan, Tashkent
Ulug Akhmedov
Doctor of Chemistry, Prof., Chief Researcher of the Institute of General and Inorganic Chemistry
of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Uzbekistan, Tashkent
Igamkulova Nargiza Abduvalievna
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Tashkent Institute of Chemical Technology
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследований коллоидно-химических закономерностей очистки МЭА -растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3, при предварительной фильтрации МЭА-растворов от механических примесей через кварцевой песок.
Определили, что в процессе очистки МЭА-растворов от смолистых веществ возможно проведение тонкой эффективной очистки, включающей фильтрационное удаление механических примесей с последующим извлечением смолистых веществ на активированном угле АГ-3.
ABSTRACT
The article presents the results of research on the purification of circulating MEA solutions from resinous substances on strongly basic resins A-23 and AV-17-8 and activated carbon AG-3, with preliminary filtration of MEA solutions from mechanical impurities through quartz sand.
It was determined that in the process of purification of MEA solutions from resinous substances, it is possible to carry out fine effective cleaning, including filtration removal of mechanical impurities, followed by extraction of resinous substances on AG-3 activated carbon.
Ключевые слова: моноэтаноламин, адсорбционная очистка, смолистые вещества, аниониты, кварцевый песок, активированный уголь, механические примеси.
Keywords: monoethanolamine, adsorption purification, resinous substances, anionites, quartz sand, activated carbon, mechanical impurities.
Библиографическое описание: Менглиев Ш.Ш., Ахмедов У.К., Игамкулова Н.А. Коллоидно-химические закономерности очистки циркулирующего МЭА-раствора от смолистых веществ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11045 (дата обращения: 25.12.2020).
№ 12 (81)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Мировое производство природных, органомине-ральных, синтетических и композиционных сорбентов, применяемых для очистки нефти и газов от кислых газов, увеличилось в два раза по сравнению с прошлым десятилетием. Из них 55% применяется в нефтегазоперерабатывающих предприятиях в целях очистки природных и отходящих газов от кислых компонентов меркаптанов, карбонилсульфидов, дисульфид углерода и других серосодержащих соединений.
В последнее время в Республике на промышленных предприятиях переработки нефти и газа основное внимание уделяется поиску методов очистки природных и отходящих газов производства от органических соединений серы, меркаптанов, карбонил-сульфида (СОS), дисульфида углерода (СS2) и сульфидов (RSR), а также созданию новых видов высокоэффективных композиционных абсорбентов для очистки газов. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан определены главные задачи, направленные на «модернизацию и диверсификацию промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, направленные на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов» [1]. В связи с этим, имеют большое значение исследования по созданию композиционных абсорбентов и разработка высокоэффективных композиционных абсорбентов в составе различных функциональных групп, увеличивающие степень отчистки кислых компонентов природных и отходящих газовых выбросов производства.
Учитывая, что к основным проблемам в работе моноэтаноламиновых (МЭА) установок относятся значительные потери растворителя и ускоренная коррозия оборудования, при этом ухудшается очистка газа, значительно увеличиваются расходные коэффициенты, выводится из строя оборудование.
Потери моноэтаноламина в процессе очистки конвертированного газа от СО2 возникают (кроме уноса с газовыми потоками) в результате образования побочных соединений. Раствор МЭА способен к поглощению кислорода. Кислород потенциально ускоряет разложение амина. При высокой температуре в десорбере за счёт поглощённого кислорода с большой скоростью протекают реакции окисления и полимеризации МЭА [2,3].
Моноэтаноламин сравнительно легко окисляется сначала с образованием а-аминоальдегида, затем глицина, гликолевой кислоты, щавелевой кислоты и, наконец, муравьиной кислоты. Эти кислоты приводят к коррозии с образованием нерастворимых солей железа, способных забивать аппаратуру.
Продукты осмоления - тяжёлые смолистые соединения в дальнейшем образуют отложения по всему технологическому оборудованию. Необходимо заметить, что возникшие смолистые отложения являются катализатором дальнейшего образования отложений и вызывают интенсивную коррозию оборудования.
Тем не менее, регенерированные растворы МЭА зачастую содержат смолистые вещества выше нормируемых значений, кроме смолистых веществ растворы МЭА содержат примеси в виде связанного азота, муравьиной кислоты, нитратов, сульфатов, хлоридов, твёрдых частиц (сульфидов железа, окиси железа, пыли, песка, прокатной окалины, маслянистых веществ) и других [4,6].
Целью исследований явилось исследование возможности очистки циркулирующего МЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей адсорбционным способом, в связи с этим изучался состав регенерированных МЭА-растворов, исследовались возможности очистки МЭА-растворов от смолистых веществ на сильноосновных смолах А-23 и АВ-17-8 и активированном угле АГ-3, проводилась предварительная фильтрации МЭА-растворов от механических примесей через кварцевой песок, определение удельной адсорбционной ёмкости исследуемых сорбентов и степени очистки растворов от смолистых веществ, а также исследовалась возможность регенерации сорбентов, определяли выбор оптимального сорбента для проведения тонкой очистки МЭА-раствора.
Были использованы сильноосновные аниониты ге-левого типа А-23 компании ^Ьюп (США) и АВ-17-8 производства Российской Федерации. Подготовка смол проводилась в соответствии с требованиями ГОСТ 20301-74; ГОСТ 20255.1-89; ГОСТ 20255.2-89. Активированный уголь АГ-3 предварительно промывали глубокообессоленной водой, очищали от механических примесей. Через подготовленные сорбенты объёмом 100 см3 пропускали очищаемые растворы моноэтаноламина с определённой скоростью (4,2-33 см3/мин) до проскока смолистых веществ (достижения концентрации смол в фильтрате выше нормируемых значений) или резкого снижения степени очистки. Определяли степень очистки и оценивали адсорбционную ёмкость сорбента. Затем сорбент (ионообменные смолы) регенерировали 5 %-ным раствором едкого натрия, отмывали водой и запускали снова для очистки МЭА-раствора по следующему циклу. Регенерацию отработанного активированного угля проводили кипячением в глубоко-обессоленной воде в течение 2-х часов. Определяли состав фильтратов [5].
Также для очистки использовали природный речной песок. Отделяли от крупных включений и камней на сетках с ячейками 2 мм; затем отсеяли и промыли от пыли на сетках с ячейками 0,34 мм. Для фильтра использовали чистый кварцевый песок с зернистостью (0,34-1,0) мм.
Как видно из результатов анализов, приведенных в таблице 1, регенерированные водные раствора МЭА I, II ступеней очистки содержали МЭА 9,27-13,56 %; связанного азота 0,004 -0,14 %; смолистых веществ 1,05-2,45 г/дм3; муравьиной кислоты 0,03-0,075 г/дм3; общей серы 0,315-1,0 г/дм3; хлоридов 0,014-0,032 %; нитратов 0,044-0,252 г/дм3; механических примесей - 0,028 %. Подбор скорости подачи МЭА-раствора через адсорбенты осуществляли по результатам очистки раствора от смолистых
№ 12 (81)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
веществ. Оптимальными скоростями подачи МЭА раствора оказались: на анионите А-23- 8,2 cм3/мин (загрузка смолы 100 см3); на анионите АВ-17-8 -8,2 cм3/мин (загрузка смолы 100 см3); на активированном угле АГ-3 - 8,8 cм3/мин (загрузка угля 100 см3); на песочном фильтре - 13,6 cм3/мин (загрузка песка 657 см3).
При проведении предварительной фильтрации МЭА-раствора от механических примесей через песок увеличивался пробег работы анионита А-23 и
повышалась степень очистки от смолистых веществ до 64 %, полученные результаты приведены в таблице 2. Эффективность очистки анионита АВ-17-8 была ниже, чем у смолы А-23 возможно потому, что для исследований был взят анионит АВ-17-8, бывший в употреблении. Пробег анионита со степенью очистка 45^52 % составил - 5 дм3 (раствора МЭА). Удельная адсорбционная ёмкость по смолистым веществам составила 0,08 г/г.
Таблица 1.
Показатели исходных регенерированных моноэтаноламиновых растворов (II ступени нитка «А» и «Б»)
цеха № 222
Исходная проба
№ Химические показатели 1 2 3 4 5 6 7
п/п нитка нитка нитка нитка нитка нитка нитка
«А» «А» «А» «А» «А» «Б» «А»
1 Массовая концентрация муравьиной кислоты, г/1 0,04 0,03 0,05 0,06 0,04 0,03 0,075
2 Массовая концентрация СО2, г/1 8,9 8,67 8,56 10,67 11 11,18 19,65
3 Массовая доля общего азота, % 2,375 2,29 2,48 2,607 3,23 2,27 2,79
4 Массовая доля связанного азота, % 0,137 0,07 0,07 0,08 0,12 0,14 0,004
5 Массовая концентрация смолистых веществ, г/1 1,35 1,68 1,25 1,60 2,075 2,45 1,050
6 Массовая доля SO42-, % - 0,12 0,16 0,23 0,19 0,13 0,30
7 Массовая доля С1-, % - 0,031 0,02 0,023 0,028 0,014 0,032
8 Плотность, г/см3 1,011 1,011 1,011 1,014 1,017 1,012 1,028
9 Показатель активности водородных ионов, рН 10,85 10,75 10,82 10,41 10,95 10,45 10,00
10 Массовая концентрация N03, мг/л - 77 50 34 57 44 252
11 Массовая концентрация общей серы, мг/л - 345 440 574 677,4 315,93 1003,94
12 Массовая доля МЭА, % (хром. метод) 9,75 9,66 10,5 11,01 13,56 10,77 12,14
13 Массовая доля МЭА, % (титр. метод) - 9,65 10,40 11,65 13,85 9,27 12,56
14 Массовая доля механических примесей , % - - - - - 0,028 -
Предварительное удаление механических примесей на песочном фильтре также повышало степень очистки от смолистых веществ МЭА-раствора до 72 % (табл.2). Регенерация анионита АВ-17-8 5 %-ным щелочным раствором эффективных результатов на II и тем более III циклах очистки не показала.
Испытание активированного угля АГ-3 в качестве адсорбента смолистых веществ и других вредных примесей проводили на фильтрованных от механических примесей через песок МЭА-растворах. Кварцевой фильтр удалял все твёрдые частицы и снижал содержание смолистых веществ на 5,5^38,0 %.
На момент составления отчёта через 100 cм3 влажного угля (50 г сухого) пропущено 126 дм3 регенерированных МЭА-растворов I, II ступеней МЭАО. В настоящее время работы продолжаются. Необходимо отметить, что при работе с перерывами во времени проскок по смолистым веществам, достигавший до предельного значения, >1 г/дм3 заметно снижался, но адсорбент работал и далее без регенерации.
После пробега 126 дм3, сорбент, очевидно близок к насыщению. Удельная адсорбционная ёмкость АГ-3 по смолистым веществам составила > 2 г на 1 г сухого активированного угля.
Таким образом, результаты проведённых выше исследований показывают на низкую эффективность и крайне низкую сорбционную ёмкость ионообменных смол А-23, АВ-17-8 в процессе очистки МЭА-растворов от смолистых веществ, а также на возможность проведения тонкой эффективной очистки рабочего раствора МЭА в процессе очистки конгаза от кислых компонентов, включающей фильтрационное удаление механических примесей с последующим извлечением смолистых веществ на активированном угле АГ-3.
На основании положительных результатов исследований для снижения потерь МЭА и улучшения качества циркулирующих МЭА-растворов, помимо регенерации МЭА из балластных соединений путем разгонки растворов, рекомендуем проведение тонкой адсорбционной очистки МЭА-раствора от смолистых веществ и других вредных примесей на активированном угле АГ-3.
Предварительно предлагаем провести фильтрационную очистку раствора от механических примесей через кварцевый песок.
При этом следует учесть, что фильтрационную очистку через кварцевый фильтр для отделения от твердых частиц (сульфида железа, окиси железа, пыли, песка, прокатной окалины, нерастворимых
№ 12 (81)
AunÎ Am te:
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
маслянистых и смолистых веществ) должен пройти максимально возможный поток регенерированного раствора МЭА I, II ступеней моноэтаноламиновой очистки. Для тонкой адсорбционной очистки от смолистых веществ и других растворенных примесей на
АГ-3 направлять исключительно очищенный от механических примесей раствор с расходом не менее 5 м3/ч.
Таблица 2.
Очистка раствора моноэтаноламина (II ступени, нитка «Б») после предварительной фильтрации через песок
Химические показатели Усредн. А-23, 8,2 ml/min АВ-17-8, 8,2 ml/min
№ п/п проба (после песка) 1 л 2л 3л 4л 5л 6л 7л 8л 1л 2л 3л 4л 5л 6л 7л 8л 9л
1 Массовая концентрация муравьиной кислоты, g/l 0,024 0,023 0,042 0,031 0,065 0,029 0,036 0,013 0,047 - 0,014 0,037 0,069 0,045 0,0046 0,014 0,046 0,034
2 Массовая концентрация СО2, g/l 9,86 6,88 8,65 8,65 8,82 6,0 10,23 9,69 6,87 9,17 7,58 - 8,82 10,21 8,64 6,0 10,32 8,45 10,25 7,05 9,26 8,71 9,43 8,99
3 Массовая
доля общего 2,582 2,67 2,63 2,73 2,77 2,69 2,65 2,64 2,63 - 2,736 2,74 2,75 2,72 2,61 2,63 2,75 2,71
азота, %
4 Массовая доля связанного азота, % 0,127
5 Массовая концентрация смолистых веществ, g/l 2,2 0,8 1,0 1,2 1,1 1,3 1,1 1,1 1,025 - 0,625 1,8 1,725 1,75 1,5 2,05 1,9 2,05
6 Массовая доля SÛ42-, % 0,15 отс отс 0,081 0,17 0,20 0,13 0,17 0,18 0,016 0,15 0,12 0,15 0,20 0,22 0,19 0,19 0,2
7 Плотность, g/cm3 1,016 1,011 1,014 1,014 1,015 1,015 1,015 1,016 1,014 1,012 1,013 1,014 1,016 1,015 1,015 1,015 1,015 1,016
8 Показатель активности водородных ионов, рН 10,75 10,94 - 10,71 - - 10,70 - 10,74 10,86 - 10,75 - - 10,83 - - 10,73
9 Массовая концентрация NO3, mg/l 152 2,0 - 2,4 - - 88 - 160 42 - 122 - - 140 - - 156
10 Массовая доля МЭА, % (хром. Метод) 11,23 11,63 11,56 11,19 11,48 11,54 11,58 11,71 11,45 11,35 11,87 11,94 11,08 11,24 11,54 11,2 11,96 11,78
11 Массовая доля МЭА, % (титр. Метод) 11,39 11,63 11,54 11,8 11,84 11,63 11,55 11,99 11,64 11,44 11,42 11,47 11,46 11,57 11,53 11,66 11,81 11,68
12 Массовая концентрация общей серы, mg/l 470,3 5,08 - 196 - - 381 - 452 17,37 - 309,9 - - 410,2 - - 450,6
№ 12 (81)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Химические показатели Усредн. А-23, 8,2 ml/min АВ-17-8, 8,2 ml/min
№ п/п проба (после песка) 1 л 2л 3л 4л 5л 6л 7л 8л 1л 2л 3л 4л 5л 6л 7л 8л 9л
13 Массовая
доля механических 0,0013 0,006 0,01 отс отс отс отс отс отс 0,008 0,013 0,007 отс отс 0,004 отс отс 0,012
примесей, %
14 Степень очистки, % 63,6 54,5 45,5 50 41 50 50 53 72 18 6,8
Список литературы:
1. Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017года № УП - 4947 «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан».
2. 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.
3. Очистка газа от сернистых соединений с использованием различных абсорбентов [Текст] / Энергосберегающие технологии при переработке газа и газового конденсата. - Аналитич. альбом. — Под ред. А.И. Гриценко. -М.: ВНИИГАЗ, 1996. - С. 27-49.
4. Тараканов Г.В., Мановян А.К. Основы технологии переработки природного газа и конденсата [Текст]: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов». — Астрахань: АГТУ, 2000. - 231 с ; ил.
5. Ouwerkerk С. Design for Selective H2S Abcorption Hydrocarbon Processing, — Vol. 57.-1978.-89 p.
6. Oil and Gas Journal. - 1981. - Aug. - P. 91-99.
