Міністерствоосвіти Російської Федерації
ТОМСЬКИЙПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультетхіміко-технологічний
Кафедрахімічної технології палива
КОНТРОЛЬНАРОБОТА
З дисципліни
В«Хімічнатехнологія нафти і газу В»
СПОСОБИПІДГОТОВКИ ТА ОЧИЩЕННЯ ГАЗІВ
Томськ 2009
ВСТУП
В основну групу процесівочищення і переробки газів входять наступні:
-Сепараціяконденсату - відділення рідкої фази, що виноситься газом із свердловини;
-Сепараціякраплинної рідини після відділення основній її частині на щаблі сепараціїконденсату;
-Відділення шкідливихдомішок - сірководню і діоксиду вуглецю;
-Глибока осушкагазу від вологи охолодженням до точки роси (мінус 30 В° С і нижче);
-Отбензініваніягазу - видалення з нього углеводородовот пропану і вище;
-Витяг гелію.
До шкідливих домішок газувідносяться отруйні і корозійно-активні сірковмісні сполуки і негорючіінертні гази, що знижують теплоту згоряння вуглеводневого газу.
У загальному випадку ввуглеводневому газі можуть міститися такі сірковмісні сполуки, яксірководень, серооксід вуглецю, сірковуглець, меркаптани, а в газовомуконденсаті - також сульфіди і дисульфід.
До складу інертних газіввходять діоксид вуглецю, азот і гелій.
1.СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯВУГЛЕВОДНЕВИХ ГАЗІВ ВІД Н2S, СO2 та меркаптанів
Для очищення природногогазу від Н2S і С02 застосовують різні процеси, які можна розбити нанаступні групи:
• хемосорбціонниепроцеси, засновані на хімічній взаємодії Н2S і С02 з активною частиноюабсорбенту;
• процеси фізичноїабсорбції, в яких витяг кислих компонентів відбувається за рахунок їхрозчинності в органічних поглотителях;
• комбінованіпроцеси, що використовують одночасно хімічні фізичні поглиначі;
• окислювальні процеси,засновані на необоротному перетворенні поглиненого сірководню в сірку;
• адсорбційні процеси,засновані на витяганні компонентів газу твердими поглиначами-адсорбентами(Молекулярні сита, активоване вугілля та ін)
Вибір процесу очищенняприродного газ від сірчистих сполук залежить від багатьох факторів, основними зяких є: склад і параметри сировинного газу, необхідний ступінь очищенняі область використання товарного газу, наявність і параметри енергоресурсів,відходи виробництва та ін
Аналіз світової практики,накопиченої в області очищення природних газів, показує, що основнимипроцесами для обробки великих потоків газу є абсорбційні звикористанням хімічних і фізичних абсорбентів і їх комбінації.Окислювальні та адсорбційні процеси застосовують, як правило, для очищенняневеликих потоків газу, або для тонкого очищення газу.
До абсорбенту,використовуваним в промисловості, висуваються такі вимоги:
• недефіцитних
• висока поглинальназдатність
• низька пружність пари
• низька в'язкість
• низька теплоємність
• нетоксичність
• селективність (приселективної абсорбції)
З хемосорбентов найбільшшироко застосовують алканоламіни. Використання хімічних розчинників заснованона хімічній реакції між хемосорбентов і кислими компонентами. Максимальнапоглинальна здатність водних розчинів хімічних абсорбентів обмеженастехіометрією.
Найбільш відомимиетаноламінів, використовуваними в процесах очищення газу від Н2S і С02 є:
• моноетаноламін (МЕА)
• діетаноламін (ТЕА)
• триетаноламін (ТЕА)
• діглікольамін (ДГА)
• діізопропаноламін(Діпа)
• метілдіетаноламін(МДЕА)
Найбільше практичнезастосування отримали моно-і діетаноламін. Використання ДЕА особливодоцільно в тих випадках, коли в вихідному газі поряд з Н2S і С02містяться COS і СS2, які вступають в необоротну реакцію з МЕА, викликаючи йогозначні втрати. Для селективного вилучення Н2S в присутності СO2використовують третинний амін - метілдіетаноламін.
У фізичних процесахвитяг кислих компонентів з газу відбувається за рахунок фізичноїрозчинення їх в застосовуваному абсорбенти. При цьому, чим вище парціальнийтиск компонентів, тим вище їх розчинність. З фізичних абсорбентівпромислове застосування для очищення газів знайшли такі, як:
• метанол
• N-метілпірролідон
• алкілових ефіриполіетилен гліколю
• пропіленкарбонат
Очищення вуглеводневихгазів етаноламінів
Фізико-хімічнівластивості етаноламінів і їх водних розчинів
Алканоламіни(Аміноспирти, оксіаміни) можна розглядати як похідні аміаку, в якомуодин або кілька атомів водню заміщені на спиртовій радикал або спиртовоїі вуглеводневий.
де R - спиртовоїрадикал, наприклад С2Н4ОН; R2, R3 - або спиртової, або вуглеводневий радикал,або Н +.
За ступенем заміщення атомівводню при атомі азоту алканоламіни діляться первинні, вторинні і третинні.
Первинні
Вторинні
Третинні
Алканоламіни містять поПринаймні одну гідроксильну (-ОН) і одну аміногрупу
Присутність гідроксильноїгрупи знижує тиск насичених парів і підвищує розчинність аміну у воді,а аміногрупа надає водним розчинам лужність, необхідну длявзаємодії з Н2S і СO2, які у водному середовищі дисоціюють з утвореннямслабких кислот.
Алканоламіни - це безбарвні,в'язкі, гігроскопічні рідини, що змішуються з водою і низькомолекулярнимиспиртами у всіх співвідношеннях; вони майже нерозчинні у неполярнихрозчинниках.
Безводні алканоламінизастосовують, як правило, у вигляді водних розчинів. Концентрація аміну в розчиніможе змінюватися в широких межах, її вибирають на підставі досвіду роботи і заміркувань корозії устаткування.
Хімізм взаємодіїН2S, CО2 і інших компонентів з етаноламінів.
Алканоламіни, будучилугами, легко вступають в реакцію з кислими газами Н2S (СO2), утворюючиводорозчинні солі. При цьому протікають наступні реакції:
Н2S + [Амін] <->[Амін х Н] + + НS + (миттєво)
СO2 +2 х [Амін] <->[Амін х Н] + + [Амін х СОО] - (швидко)
СO2 + Н2O <-> Н2СO3 (повільно)
Н2СO3 <-> Н + + НСO3-(Швидко)
НСO3-<-> Н + + СO3-(швидко)
[Амін] + Н + <->[Амін х Н] + (швидко)
Всі аміни реагують з Н2Sоднаковим чином з утворенням гідросульфіду або сульфіду аміну, причомуреакція класифікується як миттєва.
Первинні та вторинніаміни можуть реагувати з СO2 з утворенням карбаматів (солі замещеннойкарбамінової кислоти - амін * СОО-* Н +), яка трактується як швидка реакціядругого порядку. Крім того, з СO2 утворюються карбонати і бікарбонати амінів,але утворенню їх передує повільна реакція розчинення СO2 у воді зутворенням вугільної кислоти Н2СO3. Вважається, що при помірних ступеняхкарбонізації аміну (до 0,5 моль СO2/моль аміну) переважно протікаєшвидка реакція освіти карбаматів. Карбаматів амінів - нестійкі з'єднанняі в слабощелочной середовищі вони повільно розкладаються з утворенням бікарбонату (наприкладі вторинного аміну):
R2NCOOR2NH2 +H2O <-> R2NH + R2NH2HCO3
де R - HOCH2CH2
У третинного алканоламінанемає рухомого атома Н + в аміновоі групі (N -), тому стаєнеможливим протікання прямої і швидкої реакції з СO2 по карбаматних типу, авзаємодія здійснюється через попередню і повільну стадіюосвіти і дисоціації вугільної кислоти:
СО2 + Н2О <-> Н2СО3;Н2СО3 <-> Н + + НСО3-
[Амін] + Н + + НСО-<-> [Амін х Н] + х НСO3-
Кінцевими продуктамиреакції є бікарбонат і карбонат. Таким чином, різниця в швидкостяхреакцій третинних амінів з Н2S (миттєва реакція) і СO2 (повільна реакція)набагато значніше, ніж для первинних і вторинних амінів. Це дозволяєвикористовувати на практиці третинні аміни для селективного вилучення Н2S зсумішей його з СO2.
Реакційна здатністьалканоламінов змінюється в ряді: первинні> вторинні> третинні ікорелюєтьс...
