Структура норм расхода диэтаноламина

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Расход амина в процессе сероочистки – один из важных показателей работы установок очистки газа, поскольку стоимость абсорбента высока и затраты на приобретение абсорбента составляют существенную часть эксплуатационных затрат.

В общем виде формула расчета научно-обоснованной нормы расхода амина может быть представлена следующим образом:

Н=Н_т – Н_в+Н_п,(1)

где Н – норма расхода амина (на восполнение потерь);

Н_т- норма расхода реагента непосредственно на технологический процесс (теоретический и практический расход);

Н_в - норма возврата реагента в цикл (максимально возможное количество повторно используемого реагента);

Н_п - норма суммы потерь, связанных с несовершенством ведения технологического процесса, несовершенством оборудования, потерь при хранении и т.д.

Для определения общей потребности установок сероочистки в диэтаноламине следует к расчетной величине потребности (произведение нормы на план производства) добавлять количество ДЭА, необходимое для заполнения системы, которое рассчитывается по конструкторской документации.

Процесс аминовой очистки является обратным и количество реагента циркулирующего в системе должно быть постоянным, то величина Н_т и Н_в должны быть практически равны. Отсюда следует, что норму расхода амина можно рассчитывать по формуле:

Н=SН_п =SН_пр, (2)

где: Н_пр – норма суммы потерь аминов в технологическом процессе.

Основные составляющие потерь аминов на установках следующие: унос с газом, термохимическая деструкция аминов, механические потери.

У нос с газом. Общий унос амина с газом определяется уносом в парой фазе и в капельном виде. Величина первого определяется давлением паров амина над водными растворами и зависит от температуры, типа и концентрации амина в растворе. Хотя давление паров этаноламинов относительно невелико, потери их из-за испарения значительны, вследствие больших объемов очищаемого газа.

Потери амина за счет уноса в капельном состоянии зависят от нагрузок по газу и раствору, от эффективности работы сепарирующих устройств на газовых потоках, от вида применяемых контактных элементов в колонных аппаратах. Капельный унос резко возрастает при вспенивании поглотительного раствора. Эта величина потерь амина при нормальной работе заводских установок составляет 20-30 мг/м³ газа и возрастает до 100 мг/м³ при вспенивании раствора.

Термическое разложение аминов без углекислоты протекает в малой степени и усиливается с повышением температуры и степени насыщения амина СО₂. потери ДЭА под действием СО₂ незначительны при температуре 100⁰ С и давлении 1,2 МПа и достигают более 90 % при температуре 175⁰ С и давлении 4,1 МПа. Насыщенный СО₂ водный 20%-ный раствор ДЭА в течении 8 ч при давлении 1,7 МПа и температуре 125⁰ С разлагается на 22%. Без СО₂ при нагревании раствора ДЭА или в атмосфере азота в течении 8 ч при давлении 4,1 МПа и температуре 205⁰ с не наблюдается значительных изменений концентрации ДЭА или образования продуктов деструкции амина.

Механические потери происходят от разливов и утечек через неплотности аппаратуры в системе хранения и перекачки раствора.

Прочие потери вызываются химическим взаимодействием амина с другими компонентами газа (СОS, CS₂,RSH и др.), кислородом воздуха.

Исходя из вышесказанного, потери амина на установках очистки газа выражаются формулой (3):

Н_пр = Н_п.разл. + Н_п.ун. + Н_{п. исп.} + Н_п.мех.(3)

где: Н_п.разл. – потери амина от химического и термического разложения;

Н_п.ун. – потери амина в результате уноса с газом в виде брызг и капель;

Н_{п. исп.} – потери амина в результате испарения;

Н_п.мех.–прочие потери (механический разлив, утечки, вспенивание и др.)

Наибольшую статью потерь составляют потери от термического и химического разложения амина (60-70%). Химические потери обусловлены протеканием необратимых реакций амина с двуокисью углерода, содержащейся в газе. Эти реакции протекают медленно, но при регенерации растворов аминов на установках сероочистки скорость их значительно увеличивается. В зависимости от содержания СО₂ в газе термохимические потери составляют примерно 3-4 кг/1000 м³СО₂. Считается, что карбоматы и карбонаты, образовавшиеся в результате взаимодействия СО₂ с аминами, превращаются в оксазолидон–2, который затем образует оксиэтилмидазолидон-2. Замещенный имидазолидон гидролизуется до оксидиметилендиамина. В растворах ДЭА оксазолидон при повышенных температурах может превращаться в другое термически стойкое соединение- оксиэтилпиперазин. Оксазолидон-2 может образовываться и при обычных температурах, если в газе есть сероокись углерода. В растворе амина были обнаружены и другие содержащие азот и имеющие сложную структуру неиндетифицированные продукты разложения.

потери амина от термического и химического разложенияопределяются по формуле:

Н_п.разл. = Н_{п.разл.(терм.)}+ Н_{п.разл.(хим.)},(4)

где: Н_{п.разл.(терм.)} – составляющая нормы потерь от термического разложения;

Н_{п.разл.(хим.)} – составляющая нормы потерь от химического разложения

(реакции).

Константы скорости деградации аминов в среде СО₂ приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Константы скорости деградации аминов при различных температурах

Тип амина	Константа скорости деградации, дм³/моль·ч
Тип амина	100°С	120°С	140°С
ДЭА	8,98´10^-5	4,69´10^-4	1, 96´10^-3
МДЭА	6,53´10^-5	1, 10´10^-4	1, 76´10^-4

Количественная оценка потерь аминов при взаимодействии с затруднена, поскольку в литературе нет достаточного количества представительных данных по кинетике и механизму взаимодействия СО₂ с ДЭА и МДЭА.

В качестве предварительной оценки (принимая, что механизм побочных реакций МЭА, ДЭА и МДЭА с СО₂ одинаков) для расчета потерь аминов может быть использована зависимость:

V_эа = (2К´ С_Ж ´ a^Н_СО2) ´m (5)

где: V_эа– скорость превращения амина, моль/дм³·ч;

К – константа скорости превращения амина, дм³/моль·ч;

С_Ж – концентрация насыщенного амина, моль/дм³;

a^Н_СО2 – содержание СО₂ в насыщенном растворе, моль/дм³;

m – коэффициент, зависящий от состава сырьевого газа, наличия примесей в газе и растворе и технологических параметров процесса. По опытно-промышленным испытаниям следует принимать значение m = 0,8 ¸ 1,2.

Наибольшая деструкция аминов имеет место в зонах повышенных температур и максимального насыщения диоксидом углерода (линия насыщенного раствора с Т= 80-110°С). Для уменьшения деструкции амина под действием сероводорода желательно, чтобы соотношение Н₂S:СО₂ было как можно больше.

Норма потерь за счет химического взаимодействия с соляной кислотой, элементной серой, содержащейся в сырье, определяется в зависимости от состава сырья, поступающего на установку.

Норма потерь за счет химического взаимодействия состоит из следующих моментов:

- взаимодействие аминов с органическими сернистыми соединениями (меркаптанами, дисульфидами и тиофенами). Все виды аминов не вступают в реакцию с перечисленными соединениями и, следовательно, потери аминов не имеют места;

- взаимодействие амина с сероокисью углерода (СОS) и сероуглеродом (СS₂). Продукты взаимодействия ДЭА с СОS при регенерации легко диссоциируют, выделяя амин, а продукты взаимодействия СS₂ с ДЭА при нагревании регенерируются на 80% и более;

- амины химически взаимодействуют с кислородом воздуха, ингибиторами коррозии и др.

Определить эти потери расчетным путем невозможно. По результатам многочисленной практики как зарубежной, так и отечественной эти потери принимают в размере 5 г на 1000 м³ газа.

Н_{п.разл.(хим.)}= 5 г на 1000 м³ газа

Потери от испарения определяются по упругости паров амина над водными растворами в зависимости от температуры и концентрации растворов, а также от давления абсорбции. Давление насыщенных паров аминов, используемых в процессах сероочистки невелико и составляет, Па

при 20° С для ДЭА –1,3

МДЭА – 1,3

при 60°С для ДЭА – 0,3

МДЭА – 0,3

Паровой унос определяется по формуле:

Н _{п.уп.(пар)} = f (t, м, с), (6)

где: t – температура регенерированного амина;

м – молекулярная масса амина;

с – концентрация регенерированного амина.

Давление паров амина, используемого в сероочистке, невелико и поэтому доля потерь амина от испарения Н _{п.уп.(пар)} не превышает 5% и принимается по ряду источников

Н _{п.уп.(пар)} = 2,0 г на 1000 м³ газа.

Потери в результате уноса с газом в виде брызг и капель зависит от эффективности сепарационных устройств и нагрузки установки по газу и раствору. Величина этих потерь определяется экспериментальным методом на работающих заводских установках и при нормальных (регламентных) условиях эксплуатации установок очистки природного газа (применение антивспенивателя, соблюдение режима нагрузок и т.д.) может быть принята 20-30 г/1000м³.

В общем виде величина потерь амина за счет уноса с газом в капельном состоянии Н _{п.уп.(кап)} определяется зависимостью:

Н _{п.уп.(кап)}= f (G_газ, G_раств., h_сеп., m_кол.), (7)

где: G_газ, G_раств.– нагрузки установки по газу и раствору амина;

h_сеп – эффективность работы сепарационных устройств на газовых потоках;

m_кол. – вид применяемых контактных элементов в колонных аппаратах.

Механические потери амина (они же прочие потери) включают потери, которые происходят от разливов и утечек через неплотности аппаратуры в системе хранения и перекачки растворов. Потери по этой статье характеризуют уровень производственной культуры обслуживания и эксплуатации установок аминовой сероочистки природного газа.

Сюда же входят потери от вспенивания амина.

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 199; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!