АБСОРБЕНТ ДЛЯ ОСУШКИ И ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
ABSORBENT TO DRY AND CLEAN GAS OF CARBON SULFIDE AND CARBON DIOXIDE

Изобретение относится к газовой, нефтяной и химической промышленности, в частности к области абсорбционной осушки и очистки углеводородных газов от сероводорода и углекислого газа.
Известен абсорбент для осушки и очистки газов на основе алканоламина, тетрагидротиофена и воды. В качестве алканоламина применяют диизопропаноламин (ДИПА) или диэтаноламин (ДЭА). Абсорбент имеет следующий состав (мас.%): алканоламин - 30, тетрагидротиофен - 64, вода - 6 (Николаев, В.В. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа / В.В.Николаев, Н.В.Бусыгина, И.Г.Бусыгин. - М.: Недра, 1998. - с.77-83).
Недостатком данного абсорбента является преждевременное разгазирование раствора, приводящее к образованию газовых пробок, гидравлическим ударам и вспениванию.
Известен абсорбент для осушки и очистки газов на основе метилдиэтаноламина (МДЭА), алкиловых эфиров полиэтиленгликолей и воды. Абсорбент имеет следующий состав. (мас.%): МДЭА - 40-45, алкиловые эфиры полиэтиленгликолей - 50-55, вода - 0-5 (Николаев, В.В. Основные процессы физической и физико-химической переработки газа / В.В.Николаев, Н.В.Бусыгина, И.Г.Бусыгин. - М.: Недра, 1998. - с.77-83).
Недостатком данного абсорбента является повышенная растворимость в нем углеводородов.
Предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемым результатам наиболее близок абсорбент на основе моноэтаноламина (МЭА) диэтиленгликоля (ДЭГ) и воды (Гриценко А.И. Физические методы переработки и использование газа / А.И.Гриценко, И.А.Александров, И.А.Галанин. - М.: Недра, 1981.). В качестве поглотительной жидкости применяется смесь, состоящая из 20% моноэтаноламина, 75% диэтиленгликоля и 5% воды (по массе). Абсорбент позволяет объединить процессы осушки и очистки газа.
Недостатками данного абсорбента являются низкая поглотительная способность по отношению к сероводороду и углекислому газу, низкая термическая стабильность МЭА, большие потери МЭА от испарения, высокое содержание остаточной влаги в очищаемом газе.
Задачей изобретения является увеличение поглотительной способности абсорбента по отношению к сероводороду и углекислому газу, увеличение термической стабильности абсорбента и снижение содержания влаги в очищенном газе.
Поставленная техническая задача решается созданием абсорбента для осушки и очистки газов от сероводорода и углекислого газа, содержащего диэтиленгликоль, воду и один из следующих алканолэтилендиаминов - моноизопропанолэтилендиамин, диизопропанолэтилендиамин, моноэтанолэтилендиамин, диэтанолэтилендиамин - при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алканолэтилендиамин
20-30;
диэтиленгликоль
65-75;
вода
- остальное.
Алканолэтилендиамин представляет собой оксиэтилированные и оксипропилированные продукты этилендиамина (Левченко Д.Н. Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях / Д.Н.Левченко, Н.В.Верштейн, Н.И.Николаева. - М.: Химия, 1985). Данные реагенты являются промежуточными соединениями при производстве проксаминов (неионогенных поверхностно-активных веществ на основе этилендиамина), применяемых при деэмульгировании нефти и увеличения нефтеотдачи нефтяных пластов. Алканолэтилендиамины получают путем присоединения оксида пропилена или оксида этилена к этилендиамину по следующим реакциям:
где n=1-4, у=1-2, х=0-2
Физико-химические свойства алканолэтилендиаминов в таблице 1.
Кроме того, предлагаемые реагенты обладают меньшей упругостью паров по сравнению с МЭА (таблица 1), что позволяет говорить о меньших потерях от испарения.
Поглотительную и осушающую способность определяли на лабораторной установке, состоящей из:
- баллона с испытуемым газом - 1;
- баллона с инертным газом - 2;
- лабораторного абсорбера - 3;
- термометра стеклянного - 4;
- лабораторного автотрансформатора регулировочного - 5;
- ротаметра - 6;
- холодильника воздушного - 7;
- конической колбы для приема конденсата - 8;
- колбы Дрекселя с поглотителем сероводорода (ацетатом свинца) - 9;
- газового счетчика барабанного (с жидкостным затвором) - 10;
- переходника стеклянного -11;
- шприца для отбора проб - 12;
- насадки из стеклянных шариков - 13;
- нихромовой нити, обогревающей абсорбер - 14;
- вентилей - 15;
- колбы Дрекселя с поглотителем влаги (ДЭГ) - 16.
Заявленный способ поясняется чертежом (Фигура).
Состав исходного и отходящего газа представлен в таблице 2. Содержание влаги в исходном газе во всех случаях равнялось 0,0642 г/л.
Определение поглотительной и осушающей способности проводили в следующем порядке:
- в собранную установку вносили приблизительно 25 мл раствора абсорбента так, чтобы жидкость не проваливалась через перегородку, сбоку в абсорбер 3 (через гнездо термометра или контактного термометра);
- начинали ввод очищаемого газа из баллона 1. Расход газа регулировали по ротаметру 6 на уровне 1,2 л/мин. Отмечали температуру, скорость подачи, время начала ввода газа, расход газа до абсорбера 3, расход газа на выходе лабораторной установки;
- после начала ввода исходного газа отбирали пробу газа шприцом 12 для хроматографического анализа;
- определяли проскок сероводорода по потемнению окраски раствора ацетата свинца, находящемуся в колбе Дрекселя 9;
- после проскока сероводорода прекращали подачу испытуемого образца газа.
Состав газа до и после пропускания через слой абсорбента определяли хроматографичеким методом по ГОСТ 23781-83 "Газы горючие природные, хроматографический метод определения компонентного состава".
Расход газа до пропускания через абсорбент измеряли ротаметром 6.
Расход газа после пропускания через абсорбент измеряли газовым счетчиком 10.
Результаты проведенных экспериментов представлены в таблицах 2, 3. Как видно из этих таблиц, алканолэтилендиамины обладают повышенной поглотительной способностью по отношению к сероводороду и углекислому газу в сравнении с моноэтаноламином. Так, например, при применении абсорбента, состоящего из 20% (масс.) моноэтанолэтилендиамина, 75% диэтиленгликоля и 5% воды поглотительная способность реагента по отношению к сероводороду составляет 16,17 мл сероводорода/мл реагента, по отношению к углекислому газу - 15,21 мл углекислого газа/мл реагента. При этом глубина абсорбции сероводорода составляет 100% (об.), а углекислого газа - 98,45% (об.), что позволяет очищать газ до остаточного содержания сероводорода менее 0,00001% (об.), и углекислого газа - 0,05% (об.). При испытании 30%-ного (мас.) водно-диэтиленгликолевого раствора моноэтаноламина поглотительная способность по отношению к сероводороду составила 8,17 мл сероводорода/мл реагента, по отношению к углекислому газу - 7,66 мл углекислого газа/мл реагента. При этом глубина абсорбции сероводорода составляет 99,49% (об.), а углекислого газа - 93,38% (об.), что позволяет очищать газ до остаточного содержания сероводорода 0,02% (об.), и углекислого газа - 0,2% (об.).
Также водно-диэтиленгликолевые растворы алканолэтилендиаминов позволяют осушать газы до остаточного содержания влаги в очищенном и осушенном газе 0,0051-0,0076 г влаги/л газа.
Термическая стабильность реагентов определяли путем нагрева до 165°С и 140°С и выдержке при этих температурах 2 часа по изменению массы навески реагента, оптической плотности и светопропусканию реагентов. Экспериментальные данные о термической стабильности реагентов представлены в таблицах 4, 5. Как видно из этих таблиц, диизопропанолэтилендиамин и диэтанолэтилендиамин имеют существенно большую термическую стабильность по сравнению с моноэтаноламином.
Таблица 1
Физико-химические свойства реагентов
Реагент
Температура кипения, °С
Плотность, г/мл
Показатель преломления, n<sub>d</sub> <sup>20</sup>
МЭА (прототип)
247
1,0180
1,4347
МОПЭДА (моноизопропанолэтилендиамин)
254
1,1013
1,4963
ДОПЭДА (диизопропанолэтилендиамин)
329
1,1106
1,5002
МОЭЭДА (моноэтанолэтилендиамин)
231
1,0751
1,4856
ДОЭЭДА (диэтанолэтилендиамин)
303
1,0942
1,4961
Таблица 4
Экспериментальные данные по определению термической стабильности реагентов при 165°С
Реагент
Оптическая плотности
Светопропускание, %
Изменение массы навески, %
Цвет реагента
До нагрева
После нагрева
До нагрева
После нагрева
До нагрева
После нагрева
МЭА (прототип)
1
1,5
9
3
-17,36
Зеленый
Темно-зеленый
МОПЭДА
0,61
5,1
23,5
0
-15,26
Бесцветный
Светло-желтый
ДОПЭДА
0,65
0,64
22
22,5
-4,1
Бесцветный
бесцветный
МОЭЭДА
1,8
3,9
1,5
0
-16,35
Темно-коричневый
Темно-коричневый
ДОЭЭДА
1,8
1,8
1,5
1,5
-2,7
Темно-коричневый
Темно-коричневый
Таблица 5 -
Экспериментальные данные по определению термической стабильности реагентов при 140°С
Реагент
Оптическая плотности
Светопропускание, %
Изменение массы навески, %
Цвет реагента
До нагрева
После нагрева
До нагрева
После нагрева
До нагрева
После нагрева
МЭА (прототип)
1
1,3
9
5,5
-9,01
Зеленый
Темно-зеленый
МОЭЭДА
1,8
1,8
1,5
1,5
-7,07
Темно-коричневый
Темно-коричневый
МОПЭДА
0,61
0,65
23,5
21,5
-7,01
Бесцветный
бесцветный