Кузнецова Анна Петровна. Извлечение сернистых соединений из природных газов азотсодержащими водорастворимыми полимерами : Кузнєцова Ганна Петрівна. Вилучення сірчистих сполук з природних газів азотовмісними водорозчинними полімерами

Короткий опис

Кубанский Государственный технологический университет
КУЗНЕЦОВА Анна Петровна ИЗВЛЕЧЕНИЕ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ВОДОРАСТВОРИМЫМИ ПОЛИМЕРАМИ
Специальность 02.00.13 - нефтехимия
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата химических наук
Научный руководитель -
доктор технических наук, профессор
Ю.П. Ясьян
Краснодар - 2006
Содержание
Список условных обозначений и сокращений................................................ 5
Введение................................................................................................................... 6
I Литературный обзор 9
1.1 Жидкостные процессы очистки природного газа от сернистых соединений.............................. 9
1.1.1 Хемосорбционные процессы очистки................................................................ 12
1.1.2 Процессы очистки газа с использованием физических растворителей 24
1.1.3 Абсорбция смешанными растворителями.............................................................................. 31
1.1.4 Энергосберегающие процессы............................................................................. 36
1.2 Процессы адсорбционной очистки газа от сернистых соединений........................................ 39
1.2.1 Очистка газа на цеолитах............................................................................................................... 39
1.2.2 Хемосорбционно-каталитическая сероочистка газа 41
1.3 Перспективы развития технологии сероочистки газов 48
1.4 Цель работы и задачи исследования ............................................................................................. 56
II Экспериментальная часть............................................................................................. 57
2.1 Описание схемы и аппаратуры лабораторной установки 57
2.2 Перечень фиксируемых параметров и запланированных анализов...... 58
2.3 Методика анализов углеводородного газа, сероводорода и связанной серы в отработанном реагенте...................................................................................... 59
2.4 Методика изучения структуры азотсодержащего водорастворимого полимера и характеристика исследуемого реагента......................................................... 62
2.5 Методики проверки технологии сероочистки газа, расчета удельного расходного коэффициента АВП, расчета линейной скорости газа в контакторе и времени его пребывания в зоне
з
фазового контакта....................................................................................... 62
III Изучение химических свойств и структуры аминов, триазинов и азотсодержащих водорастворимых........................................ полимеров (АВП) 64
3.1 Сравнение химических свойств и структуры аминов, триазинов и азотсодержащего водорастворимого полимера .. 72
3.2 Исследования взаимодействия серы и сероводорода с различными азотсодержащими органическими
соединениями.............................................................................................. 77
3.3 Взаимодействие серы и серосодержащих веществ с азотсодержащими гетероциклическими соединениями 80
IV Изучение синтеза и свойств азотсодержащего водорастворимого полимера............................... 83
4.1 Определение возможности синтеза продуктов на основе реакции формалина и МЭА.................................................................................................................... 83
4.2 Определение теплового эффекта реакции............................................................................. 84
4.3 Результаты синтеза продуктов взаимодействия параформа и МЭА 85
4.4 Аналитическое обеспечение исследований............................................................................... 86
V Исследование эффективности очистки природного газа от сероводорода азотсодержащим водорастворимым полимером на экспериментальной установке 100
5.1 Методика проведения эксперимента на установке.............................................................................. 100
5.2 Основные факторы, влияющие на величину расходного коэффициента азотсодержащего водорастворимого полимера......................................... 103
5.3 Особенности технологии доочистки, выявленные при проведении исследований 105
5.4 Оценка результатов заключительных опытов................................................................... 108
5.5 Особенности разрабатываемой технологии, выявленные в ходе опытов 110
5.6 Обработка и обобщение экспериментальных данных 116
VI Технико-экономическая оценка промышленного внедрения технологии сероочистки газа с использованием азотсодержащего
водорастворимого полимера....................................................................................... 124
Выводы............................................................................................................................. 129
Список использованных источников........................................................................ 131
Приложения.................................................................................................................... 141

Список літератури

Выводы
1. Впервые предложен и экспериментально обоснован эффективный серопоглощающий реагент, синтезированный на основе МЭА (моноэтаноламина) и параформа, используемый для очистки малосернистых природных газов.
2. На основе современных методов анализа: ЯМР, тонкослойной хроматографии, хромато-масс-спектроскопии, ИК-спектроскопии изучена химическая природа и структура реагента, применяемого для сероочистки природного газа. Показано, что азотсодержащий водорастворимый полимер (АВП) является смесью соединений, основную долю которых составляют соединения триазиновой и оксазолидиновой структуры. Обнаружено, что соотношение триазиновых и оксазолидиновых компонентов в реагенте АВП зависит от соотношения исходных реагентов (параформа и МЭА) при проведении синтеза.
3. Определены основные характеристики свежего и отработанного серопоглощающего реагента АВП. Показано, что свежий АВП представляет собой вязкую маслянистую жидкость с плотностью немного выше 1,0 г/см3, хорошо растворимую в воде, не пожароопасную, активно реагирующую с сероводородом и другими сернистыми соединениями, не взаимодействующую с углекислым газом, не образующую твердой фазы при взаимодействии с сероводородом и другими сернистыми соединениями. Водородный показатель свежего реагента составляет 12.
4. Установлено, что отработанный раствор АВП представляет собой вязкую маслянистую жидкость янтарного или светло-коричневого цвета со слабым запахом формалина, хорошо растворимую в воде, не оказывающую токсического действия при вдыхании паров. Водородный показатель отработанного АВП составляет 8.
5. Изучены особенности синтеза реагента АВП и влияние режимных параметров на состав реагента. Показано, что синтез АВП проходит экзотермично при температуре от 0 до 80°С, вредных выбросов при синтезе не происходит. Повышение температуры до 80°С приводит к осмоленню продукта. Оптимальным соотношением моноэтаноламин-параформ при синтезе являлось 1:1. При соотношении 1:1,5 в продукте синтеза наблюдается большее число компонентов.
6. Результаты опытов показали, что основными факторами, влияющими на величину удельного расходного коэффициента, являлись факторы, способствующие увеличению поверхности фазового контакта газа и реагента: вязкость раствора АВП, высота реакционной зоны, объемная и линейная скорости газа, время пребывания газа в зоне реакции.
7. В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости удельного объемного расходного коэффициента реагента АВП от средней линейной скорости газа в зоне фазового контакта. Полученные зависимости могут быть использованы при расчетах геометрических размеров контакторов для установок сероочистки газа при любой производительности.
8. Использование АВП в комбинации с существующей технологией сероочистки газа на газоконденсатном промысле дает возможность получать дополнительно три кондиционных товарных продукта: серу коллоидную пасту по ТУ 0443-001-0575963-01, многофункциональный реагент АВП для подавления сульфат-редуцирующих бактерий, отработанный реагент АВП, как ингибитор коррозии.
9. Выполнена технико-экономическая оценка промышленного внедрения процесса сероочистки газа с использованием реагента АВП. Исследования показали, что реагент АВП обладает совокупностью положительных технологических и технико-экономических свойств, позволяющих рекомендовать его для промышленной сероочистки углеводородных малосернистых газов с содержанием сероводорода до 0,5 г/нм3.