CC BY
20TABIIY GAZNI NORDON KOMPONENTLARDAN TOZALASHDA SELEKTIVLIGI YUQORI BO'LGAN AMINLI ERITMALARDAN FOYDALANISHNING SAMARADORLIGI
T.R. Yuldashev
Qarshi muhandislik-iqtisofiyot instituti
Annotatsiya. Nordon gazlarni tozalashda selektivligi yuqori bo'lgan aminlarni tanlash shartlari va mezonlari ko'rib chiqilgan. Aminli tozalashda har xil mono- va dietanolaminli eritmalar qo'llaniladi va ular yordamida tabiiy gazning tarkibidan vodorod sulfid, merkaptanlarni va uglerod gazlari olib chiqiladi. Maqolada kislotali gazlarni aminli tozalashning samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillar va texnik-iqtisodiy maqsadga muvofiqliligi muhokama qilingan. Oltingugurtdan aminli tozalashda sodir bo'ladigan asosiy jarayon bu-massaalmashinuv qurilmalarida ta'minlangan kolonnali apparatdagi (absorberda) vodorod sulfidni absorbsiyasi, merkaptanlar va uglerod ikki oksidi absorbsiyasi hisoblanadi. Tozalash jarayonlari uchun katta miqdordagi har xil turdagi yutgichlar ishlangan va ishlab chiqariladi.
Kalit so'zlar: selektivlik, absorbsiya, desorbsiya, aminli eritmalar, nordon komponentlar, regeneratsiya jarayonlari, aminli texnologiyaning kamchiliklari.
EFFICIENCY OF USING AMINE SOLUTIONS WITH HIGH SELECTIVITY IN CLEANING NATURAL GAS FROM ACIDIC COMPONENTS T.R. Yuldashev
Karshi Engineering-Economics Institute
Abstract. Conditions and criteria for choosing amines with high selectivity in sour gas purification are considered. In amine treatment, various mono- and diethanolamine solutions are used, and with their help, hydrogen sulfide, mercaptans and carbon gases are removed from the composition of natural gas. The article discusses the factors affecting the efficiency of amine purification of acid gases and feasibility of technical and economic feasibility. The main process that takes place in amine desulfurization is the absorption of hydrogen sulfide, mercaptans and carbon dioxide in the column apparatus (absorber) provided in mass exchange devices. A large number of different types of absorbers are designed and manufactured for cleaning processes.
Keywords: selectivity, absorption, desorption, amine solutions, acidic components, regeneration processes, disadvantages of amine technology.
Kirish. Ishlarni olib borish jarayonida quyidagilar aniqlanadi: ekspanzer va nordon, xom hamda tozalangan gazlarning komponent tarkibi, regeneratsiyalangan nordon DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
komponentlarning va yutgichning sarfiga bog'liqligi holda tozalanadigan gazning sarfidagi to'yingan eritmadagi tarkibi, asosiy jarayonning tozalanish ko'rsatgichiga bog'liqligi, aminli oltingugurtdan tozalashda vodorod sulfidning, merkaptanlarni va uglerod ikki oksidini massaalmashinuv qurilmalaridagi ta'minlangan kolonnali apparatidagi sodir bo'ladigan absorbsiyasi hisoblanadi.
Adabiyotlar tahlili va metodlar. Oltingugurtdan tozalash qurilmasining ish ko'rsatgichlari, gazni tozalash sifati va selektivligi qo'llaniladigan massaalmashinuv qurilmalari va yutgichlarning turiga bog'liqdir. Yutgichlar va gaz-eritma kontakt vaqtining o'zgarishi, yutgichlarning solishtirma sarfi, yutuvchanlik qobiliyati, jarayonning bug' sarfi va parametrlarining rejimlari hamda absorbsiya va desorbsiya jarayonlaridagi eritmada shakllanuvchi moddaning miqdori ishlangan bo'lib, katta konsentratsiyada ishlab chiqariladi.
Tabiiy gazlar uglevodorodlar bilan bir qatorda nordon gazlar, uglerod ikkioksidi (C02), vodorod sulfid (H2S), merkaptanlar (RSH) va boshqalarning tarkibidan iborat, qaysiki, aniq sharoitlarda tashish va gazlardan foydalanish jarayonini murakkablashtiradi. Qayta ishlashda, tashishda va foydalanishda mumkin bo'lgan murakkabliklarni oldini olishda tabiiy gazdagi keraksiz komponentlarning tarkibi bo'yicha o'rnatilgan meyoriy ko'rsatgichlarga erishishga yo'naltirilgan zaruriy chora tadbirlarning rejasi oldindan ishlab chiqiladi. Shularni hisobga olgan holda gazlarni tozalash jarayonlari texnologiyalari va yutgichlarni oralig'idagi asosiy mezonlarni tanlashda "keraksiz" komponentlarni belgilangan holda chuqur olib chiqishga erishish mumkinligi va ulardan kerakli mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun ko'rib chiqiladi.
Ishlab chiqarish sanoatida katta sondagi usullar va texnologiyalar qo'llaniladi qaysiki, ular tozalash vositalari (yutgichlar), nordon komponentlarni tozalash ko'rsatgichlari va qayta ishlanadigan xomashyoni hajmlari bo'yicha farq qiladi [1, 2, 3, 6].
Sho'rtan gaz qazib chiqarish boshqarmasi kamoltingugurtli tabiiy gazlarni (vodorod sulfidning tarkibi 0,08%) qayta ishlashda O'zDSt 948 tovar gazni olish talabiga javob beruvchi hamda SUG (suyultirilgan uglevodorod gazi), barqaror kondensatni va oltingugurt elementini olish maqsadiga mo'ljallangan. Hozirgi vaqtda tabiiy gazdagi xomashyoda vodorod sulfidning tarkibi 0,12 — 0,14 % ni tashkil qiladi. Nordon gazlarni olib chiqish jarayoni seolitlar asosidagi adsorbsiya usulida amalga oshiriladi. Seolitli adsorbsiya tozalash qurilmasining normal ish rejimlarida nordon gazlarning komponentlari bilan to'yingan (H2S va C02) kamoltingugurtli tabiiy gazning regeneratsiya gazlarini shakllantiradi qaysiki, ASO-1,2 aminli oltingugurtdan tozalash qurilmasiga yo'naltiriladi. ASO-1,2 qurilmasi dietanolaminli absorbent bilan nordon komponentlardan (H2S va CO2) regeneratsiya gazini tozalash uchun mo'ljallangan. ASO-2 ning mahsulotlari gazni regeneratsiyasida nordon komponentlardan tozalangan hisoblanadi qaysiki, u magistral gazuzatmasiga yo'naltiriladi. Tozalash jarayonida yutuvchi eritma sifatida 20-25%li DEAning suvli eritmasidan foydalanilgan. Gazlarni regeneratsiyasi tozalash jarayonida konsentratsiyalangan nordon gaz ajratiladi qaysiki, u vodorod sulfid bo'yicha o'zgaruvchan yuklama sharoitida to'g'ri oksidlanish usuli bilan oltingugurt elementini olish qurilmasiga yo'naltiriladi.
ASO-2 qurilmasida ("Sho'rtan gazni qazib chiqarish boshqarmasi") gazlarni tozalashni regeneratsiyasi jarayonida aminli absorbentni qo'llanilish sifatida dietanolaminni kamchiliklar
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
bilan tavsiflanganligi ya'ni, korroziya faolligining yuqori darajasi, eritgichlar sarfining yuqoriligi, nisbatan eritgichlarning ko'p yo'qotilishi, uning regeneratsiya jarayoniga energiya sarflarining yuqoriligi va DEAning xossalari bilan bog'liqligi kabi kamchiliklar uchragan. Tadqiqotning asosiy maqsadi aminli tozalash usullaridan foydalanib gazni nordon komponentlardan tozalash jarayoni hisoblanadi hamda uning ekspluatatsiya qilish jarayonidagi muammolarni yomonlashtirishga olib keluvchi samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillarni tezroq yechish masalalarini talab qilinadi.
H2S va СО2 larning aminlar bilan o'zaro ta'siri aminlarning turiga bog'liq holda sodir bo'ladi. Azot atomida o'rindoshning mavjudligi aminning reaksiyalanish qobiliyatiga bog'liq.
MDEA (uchlamchi amin) MEA va DEA bilan taqqoslanishi bo'yicha vodorod sulfidni olib chiqish minosobatda ko'proq selektiv ya'ni, odatda absorbsiyalanmagan uglerod ikki oksidining miqdori bilan tavsiflanadi [1, 4, 5].
H2S va СО2 larni aminlar bilan reaksiyalanish tezligidagi farqlari ya'ni, H2S ni aminlar bilan yutilishida massauzatish qarshiligi gaz fazasida to'plangan, СО2 ni yutilishida esa -suyuqlikda yutilishga olib keladi. MDEAning H2S (bir zumdagi reaksiyasi) va СО2 (sekin reaksiyasi) reaksiya tezliklaridagi farq ikkilamchi aminlarga nisbatan juda tez boradi. Vodorod sulfid bilan tez reaksiyaning va СО2 bilan sekin reaksiyasi samarasi aralashmadan vodorod sulfidni СО2 metildietanolaminom bilan olib chiqishni selektivligida foydalaniladi [5]. Bunda absorber shunday o'lchamlarga ega bo'lishi kerakki, unda gazni kontaktda bo'lish vaqtini, hamma vodorod sulfidni amalda yutilishi uchun yetarlicha bo'lishi, uglerod ikki oksidini amaliy miqdorda olib chiqish uchun yetarli bo'lmasligini ta'minlashi kerak. Vodorod sulfid bo'yicha jarayonning selektivligi gaz-suyuqlik kontakt vaqtini kamayishi bilan oshadi.
MDEA СО2 mavjud bo'lganda H2S ni selektiv olib chiqish imkoniyatini ta'minlaydi, shu bilan birgalikda nordon gazda H2S ning ulushini oshiradi. MDEAning afzalligi xuddi selektiv yutgich kabi kamoltingugurtli gazlarni tozalashda namoyon bo'ladi qaysiki, H2S ning nisbati СО2 ga nisbatan 1 dan kam [4].
Selektiv texnologiyaning kamchiligi tashiladigan tovar gazda СО2 ni ballastining oshishi hisoblanadi.
Kombinatsiyalangan yutgich DEA va MDEAning ijobiy xossalari hisoblanadi, lekin aminlarni aniq nisbatlarda ushlab turishda qiyinchilikni yaratadi.
MDEAning DEAga nisbatan afzalliklari quyidagilardan iborat:
- DEA bilan taqqoslash bo'yicha yuqori termik barqarorlik va eritmaning kichik korroziya faolligi;
- H2S va CO2 reaksiya issiqligining kichikligi ya'ni, absorbentning regeneratsiyasiga issiqlikning miqdorini kamaytirishning imkoniyati;
- karbon kislotalari va korroziya ingibitorlari bilan reaksiyasida regeneratsiyalanmaydigan amidlarni shakllantirmaydi, shunday qilib, aminni yo'qotilishi sodir bo'lmaydi, issiqlik almashgichning ichki yuzalarida qattiq cho'kindilar shakllanmaydi;
- to'yingan bug'larning bosimini pastligi tufayli uchuvchanlik evaziga aminning yo'qotilishi kamayadi;
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
- MEA va DEAning kerakli sarflari MDEA ga nisbatan biroz yuqoridir.
Jarayonning parametrlarini va massaalmashinuv qurilmalarini absorbsiya jarayoniga
yutgichlarning aralashishini ta'sirini tahlili
MDEA vodorod sulfidga nisbatan katta yutilish faolligiga ega. MDEAning CO2 bilan sekin reaksiya tezligi amaliy ko'rsatgichgacha bartaraf qilingan bo'lishi, bir yoki ikki kimyoviy faol birlamchi yoki ikkilamchi aminlarni qo'shib aminlarni suvda aralashmasini shakllantirish mumkin.
Bundan tashqari MDEAni СО2 bilan sekin reaksiya tezligi absorberdagi parametrlar, konstruksiyalar, likopchalarning turi (nasadkalar) bilan egallanishi mumkin ya'ni, bunda uni suyuqlik tarkibida bo'lib turishning (kontakt) mos bo'lgan vaqti ta'minlanadi. СО2 ning asosiy miqdorini yo'qotish uchun MDEAdan samarali foydalanish uchun uni suyuqlik fazasida bo'lish vaqti СО2 ning reaksiyasini bo'lib o'tishi uchun yetarlicha ko'p vaqtga ega bo'lishi zarur. Pastroq bosimlarda juda ham reaktiv amin qo'shilganda eritmani СО2 ni olib chiqish qobiliyatini kuchaytiradi.
Shunday qilib, MDEA qo'llaniladigan sohada tovar gaziga qo'yilgan talablar bajarilmasligi, aminning aralashmasidan foydalanish qurilmaning ishini yaxshilashi mumkin.
Aminli tozalashning texnologik jarayonining ketma-ketligi
Absorbsiya jarayoni kolonna turidagi apparatda olib boriladi ya'ni, absorberda.
Kimyoviy ta'sir qilish reaksiyasi suyuqlik fazasida absorberning nasadkasi (likopchaning) kontakt yuzalarida bo'lib o'tadi ya'ni, bunda uzluksiz qarshi oqimda xomashyo oqimlarining kontaktida: tabiiy gazning - pastdan yuqoriga va aminli eritmaning - yuqoridan pastga oqimida.
Fazalarning kontaktlashish jarayonida H2S va СО2 larning suyuq yutuvchilari bilan kimyoviy birikmalarni shakllantirib xemosorbsiyasi amalga oshiriladi.
Aminli eritmalarni nordon komponentlar bilan to'yinishi aminni - desorberda bug'lantirish kolonnasida regeneratsiyalanadi u yerda, kimyoviy reaksiyani amingacha va gazlarni esa issiqlikni yutilishida (endotermik reaksiyasi) parchalanishi sodir bo'ladi. Desorbsiya jarayoni bosimni pasayishi va haroratning oshishi hisobiga bo'lib o'tadi. Barqaror ishlar rejimini ta'minlash maqsadida tizimga qarshi ko'piklanuvchi kiritiladi.
Gazni aminli eritmalar bilan oltingugurtdan tozalash qurilmasi ishining ishonchliligi quyidagi sharoitlarda pasayadi:
- aminlarning destruksiyasini qo'shimcha reaksiyalar va termik parchalanish hisobiga;
- jihozlarni va mahsulotuzatmalarni korroziyasi;
- smolanishi;
- gazni tozalash (quritish) tizimida ko'piklanish;
- quvurlarni va jihozlarni yuzasida qattiq aralashmalarning cho'kishi.
Tizimda ko'piklanishni jadallashuvining mavjudligi absorbentning yo'qotilishi va tovar gazning sifatini yomonlashishga olib keladi. Ko'pik shakllanishning tashqi belgilari kolonnada bosimni keskin tushishini oshishi hisoblanadi.
Korroziya tezligi juda ko'p o'zgaruvchan kattaliklarga bog'liq. Qo'llaniladigan aminlarni
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
korroziya faolligi quyidagi tartibda pasaytiriladi: MEA, DEA, MDEA.
Korroziya tezligiga nordon gazdagi СО2 va H2S larning nisbiy miqdorlari ham ta'sir ko'rsatadi. Nordon gazdagi СО2 uglerod gazi H2S ga nisbatan korrozion hisoblanadi. Bunday holatda nordon gazdagi СО2 va H2S larning konsentratsiyasi mutloq aniqlovchi parametr hisoblanmaydi, ularning konsentratsiya nisbatlari qaynoq aminli eritmaning tarkibini aniqlaydi. Bundan tashqari korroziyaga xuddi fizik va kimyoviy parametrlar ham ta'sir qiladi hamda korroziya jarayoni jihozlarni qanday po'latlardan tayyorlanganligiga ham bog'liqdir.
Korroziya tezligi haroratning oshishi va eritmadagi СО2 ning konsentratsiyasini oshishi bilan ko'tariladi, shuning uchun ularning tarkibi eritmada oshganda filtratsiyaga beriladigan eritmaning miqdorini oshirish zarurligi hisoblanadi.
Metallning yuzasida temir sulfidning eroziyasi mavjud bo'lmaganda himoya pardasi yaratiladi. Buni hisobga olgan holda eng to'yintirilgan eritma kam tarkibdagi СО2 ni va katta tarkibdagi H2S ni gazlardan tozalashga ruxsat etiladi.
Aminli tozalash samaradorligiga ta'sir qiluvchi omillar va tozalash jarayonini olib borish tartiblari
Aminli tozalash texnologiyasining eng asosiy kamchiliklaridan biri aminli eritmalarning regeneratsiya haroratining yuqoriligi va kislorodning mavjudligida parchalanishi hisoblanadi. Bundan tashqari alkanolaminning kationlari organik (aminni degradatsiya mahsulotlari) va noorganik kislotalarni anionlari bilan o'zaro ta'sirlanishi natijasida issiqlikga chidamli tuzni (ICHT) shakllantiradi. ICHT barqaror va eritgichlarni regeneratsiyasi uchun namunaviy sharoitda parchalanmaydi.
Absorbsiya tizimida ICHTlarni to'planishi ekspluatatsiya muammolariga olib keladi, ya'ni, CO2 ning absorbsiya xususiyatlarini pasaytirish va uning fizik-kimyoviy xossalarini pasaytirish, xuddi korroziya faolligini oshirish, tiqilib qolish va jihozlarni eroziyalanishi kabi holatlarni keltirib chiqaradi. ICHTlar aminli eritgichlardan distillyatsiya (ionli almashishi) yoki elektrodializ (YED) yordami bilan olib chiqilishi mumkin. Ammo ikkala yondashuv holati ham ICHTlarni komponentlari bilan bilan birgalikda zaryadlangan zarrachalarni ham olib chiqish holatini keltirib chiqaradi va parchalangan neytral mahsulotlarni olib chiqish uchun qo'shimcha ishlov berish talab qilinishi mumkin, xuddi qumli filtr va faollashtirilgan ko'mir kabi.
ICHT texnologik gaz va suyuqlikda ba'zi bir kislotali komponentlarni mavjudligi sababli shakllanadi ya'ni, amin bilan ICHTni shakllanishi bilan qaytmas reaksiyalarni olib keladi. Bunday ifloslantirgichlarning tarkibiga xlorid, sulfat, formiat, atsetat, oksalat, tiotsinat va tiosulfat qo'shiladi. Shakllangan tuzlar nisbatan mustahkam kimyoviy bog'lanishga ega qaysiki, aminning sirkulyatsiyasi konturida ICHTlarni sekin asta to'planishga olib keladi, ICHTlarning miqdorini ruxsat etilgan chegaradan oshganda ekspluatatsiya qilishda va texnik xizmat ko'rsatishda bir qator muammolar paydo bo'ladi.
Aminli oltingugurtdan tozalash jarayonini modellashtirish
Aminli oltingugurtdan tozalash jarayonini va optimal variantdagi eritmani jarayonini modellashtirish ishlab chiqilgan qurilmasini o'rganilgandan keyin ekspluatatsiya qilish muammolari hisobga olinadi. Hisoblar aminli eritmani, metildietanolamin (MDEA) va
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
dietanolamin (DEA)ni optimal fraksion tarkibini aniqlash maqsadida olib boriladi.
Hisoblarda MDEA va DEA laming har xil nisbatlari qo'llaniladi qaysiki, bunda tabiiy gazning meyoriy sifatli tavsiflariga erishiladi.
1-jadval
Aminli eritmalar Gazning sarfi, M03m3/h Aminnin g sarfi, m3/h Sol. sarf l/m3 Issiqlik energiyasi Tozalangan gaz Нордон газ (н.г.)
G cal/1-10" m3 G cal/110" m3 H2S mg/ m3 СО2, % H2S, % СО2, % N.g.nin g sarfi. m3/h
15 % DEA+15 % MDEA (30 % amin +70 % H2O) 150 170 1,13 0,138 20,7 09 2,69 0,20 24,4 82 67,2 84 5557,79
12 % (60 %) DEA+8 % (40 %)MDEA (20 % amin +80 % N2O) 120 160 1,33 0,168 20,2 05 2,56 0,03 24,5 4 67,2 2 4442,00
20 % MDEA+80 % H2O 150 155 1,03 0,128 19,2 99 3,6 1,06 32,6 70 58,8 76 4174,60
30 % MDEA+70 % H2O 120 115 0,958 0,149 17,9 24 2,14 0,85 32,1 0 59,5 1 3396,00
15-20 % (DEA+MDEA)+8 5-80 % H2O (haqiqiy) 121 230-260 1,8 - 2,7 0,163 24,3 (19,7 2) 4,66,9 0,23-0,30 - - -
Har xil kombinatsiyali aminlardan foydalanib oltingugurtdan tozalash jarayonini modellashtirishda va loyihaga nisbati bo'yicha past bosimlarda kirish OzDst 948 standart talablarning hisobga olinganligini hisoblash natijalaridan ko'rinib turibdi.
Modellashtirishning asosiy tahliliy ko'rsatgichlari 1-jadvalda keltirilgan. Nordon komponentlarning tarkibi bo'yicha eng oxirgi eritmadagi aminli reagentlarni nisbatlari bo'yicha nordon komponentlar tarkibining normativ qiymatlariga erishish uchun aminli eritmaning massali sarfini bog'liq ko'rsatgichlarining natijalari 1-jadvalda keltirilgan .
Xulosa. Tabiiy gazlarni qayta ishlashga tayyorlashning asosiy bosqichlari nordon aralashmalardan, birinchi navbatda vodorod sulfiddan va uglerod ikki oksididan tozalash hisoblanadi, natijada tovar gazi va nordon gazlar hamda gazli oltingugurt ishlab chiqarish uchun xomashyo shakllantirish muammolari ko'rib chiqilgan. Ammo alkanolaminlar bilan
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
absorbsiyalash texnologiyasining jiddiy kamchiliklari mavjudligi tahlil qilingan: aminlarni regeneratsiyasida energetik xarajatlarning yuqoriligi, aminlarning destruksiyasi, har xil aralashmalar bilan ifloslanishi, absorbsiyada ko'piklanish va b.lar muammoligi bo'yicha qolmoqda.
1. Коренченко О.В., Харламова М.Д. Эффектив- ность применения метилдиэтаноламина в про-цессе аминовой очистки газов // Химические науки. -2017.- №2 (56).- С.94-98.
2. Новые материалы для очистки этаноламиновых растворов / А.Ю. Аджиев, Ю.Н. Борушко-Горняк, Н.В. Монахов, В.В. Мельчин // Газовая промышленность. -2003. - № 12. - С. 60-62.
3. Yuldashev T.R., Maxmudov M.J. // Tabiiy gazni nordon komponentlardan absorbsion usullarda tozalash texnologiyasi. Monografiya. Qarshi - "INTELLEKT" nashriyoti -2022. - 210 bet .
4. Yuldashev T.R., Maxmudov M.J., // Tabiiy gazlarni nordon komponentlardan tozalash. BMTI. Fan va texnologiyalar taraqqiyoti ilmiy - texnikaviy jurnal. 2022. - №2 - 82-95 betlar.
5. Yuldashev T.R., Makhmudov M.J., Ametova D.M. Purification of industrial gases from dispersed particles - Science and Education in Karakalpakstan. №3/1 (26) 2022. ISSN 2181-9203-79-90 р^Л
6. Yuldashev T.R., Makhmudov M,J.Cleaninng of Natural from Sobe Component. Journal of Siberian Federal University. Engineeng & Technologies 2023, 16(3): 296-306/ Journal of Siberian Federal University.
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8377015_
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO'YXATI
