Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
40 60 80 Температура, °С
100
Рис. 4.10. Зависимость теплопроводности X водного раствора ДЭА от температуры (X = 0,4675 - 0,0062с»8338) t0 08 (условные обозначения см. рис. 4.7)
Температура, °С
Рис 4.11. Зависимость плотности водных растворов MДЭА от температуры при различной массовой доле МДЭА, %:
' - 60, 2 - 40; 3 - 20 ,,••»•Jr4
Экспериментальные данные по зависимости плотности вязкости и теплоемкости водных растворов ДЭА и МДЭА обобщены следующими уравнениями [123, 116, 53].
плотность (в кг/м3)
P = «-- «Г + с<«з - «^) - С'»2; л, „ (4.1)
вязкость (в Па-с)
(X= ЄХр-і-і----2-; (4 2)
1 - а3С \ - аеС
262
4,5
Температура, °С
Рис 4 13 Зависимость теплоемкости водных растворов МДЭА от температуры при различной массовой доле МДЭА, %
/ - 25 2 - 50 3 - 75, 4 - 100
Температура, °С
Рис. 4.15. Зависимость поверхностного натяжения растворов ДЭА (/) и МДЭА (//) от температуры и массовой доли ДЭА и МДЭА, %:
/ - 25, 2- 50, 3 - 75, 4- 35, 5 - 50,6 - 75
удельная теплоемкость (в Дж/(г-°С))
Ср = а, + а2Т - а3С + U11CT, (4.3)
где T - температура, °С; С ~ концентрация амина, % мае; а, -коэффициенты; тп, - показатели степени.
Значения а, и т, представлены в табл. 4.33.
Плотность, вязкость и теплоемкость водных растворов смеси МДЭА и ДЭА с ошибкой не более 15 % могут быть рассчитаны по закону аддитивности пропорционально молярной доли каждого амина в смеси (см. рис. 4.16)
Зависимость давления паров воды над растворами аминов с достаточной точностью описывается законом Рауля [58]:
Рнр = -^H2O ' Po >
где -XHfi - мольная доля воды в растворе, р0 - давление насыщенных паров чистой воды.
В пределах точности измерения наличие кислых газов в растворе мало сказывается на величине рн2о-
264
а
Температура, °С ' *
Рис. 4.16. Зависимость вязкости (а), теплоемкости (б) и плотности (в) водных растворов МДЭА+ДЭА от температуры:
о, • - доля ДЭА в смешанном абсорбенте (о - 30 % мае, • - 50 % мае ); / -общая концентрация амина в растворе 20 % мае; 2 - 30 % мас; 3 ~ 40 % мае.
Давление паров ДЭА и МДЭА в зависимости от температуры определяется уравнениями (мм рт. ст.): для МДЭА
In р = 17,229 - 4344'226; ' (4.4)
Г -110
265
б
Температура, °С
Рис. 4.16. Продолжение
Таблица 4.33
Значения а, и m, в уравнениях (4.1)-(4.3)
Физические свойства а2103 а3 Ш3 а4Ю4 а,Ю4 <г6103 т, т2
ДЭА
P 998 4,03 3400 2,5 1,45 1,19
H 0,0677 6821 4,4 141 1,05 4,97
сР 4,176 0,46 18,4 0,54
МДЭА
P 987,75 4,05 3900 31 1,67 1,257
H 0,0545 6400 1,8 115 1,9 4,3
С, 4,103 1,05 155 1,26
266
4,1
950
Рис 4 16. Продолжение
для ДЭА
In р = 18,704 -
5331,543 T - 99,7 :
где T = t + 273, t °С
і і лі Vt
I4A j
40 50 60 70 80 Температура, °С
'.і 4 !
(4 5)
4.2.2. МЕХАНИЗМ ПОГЛОЩЕНИЯ H2S, CO2 И ДРУГИХ СЕРНИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АМИНОВ
і
Механизм поглощения H2S и CO2 водными растворами аминов рассмотрен в работах [121, 40, 103, 99] Алка-ноламины, будучи щелочами, легко вступают в реакцию с кислыми газами H2S (CO2), образуя водорастворимые соли При этом протекают следующие реакции
267
H2S + [Амин] ^ [Амин H]+ + HS (мгновенно),
CO2 + 2 [Амин] ^ [Амин-Н]+ + [Амин-СОО]" (быстро); CO2+ H2O ^ H2CO3 (медленно),
* і
H2CO, Г H+ + HCOg (быстро),
HCO- ^H++ СО, (быстро),
з і
j
[Амин] + H+^! [Амин-Н]+ (быстро) **1
Все амины реагируют с H2S одинаковым образом с образованием гидросульфида или сульфида амина, причем реакция классифицируется как мгновенная Первичные и вторичные амины могут реагировать с CO2 с образованием карбамата (соли замещенной карбаминовой кислоты - амин-СОО~ H+), которая трактуется как быстрая реакция второго порядка Кроме того, с CO2 образуются карбонаты и бикарбонаты аминов, но образованию их предшествует медленная реакция растворения CO2 в воде с образованием угольной кислоты H2CO3 Считается, что при умеренных степенях карбонизации амина (до 0,5 моль CO2/ моль амина) преимущественно протекает реакция образования карбамата Карбаматы аминов - нестойкие соединения и в слабощелочной среде они медленно разлагаются с образованием бикарбоната (на примере вторичного амина) і-
R2NCOOR2NH2 + H2O ^ R2NH + R2NH2HCOj,
где R - HOCH2CH2-
У третичного алканоламина нет подвижного атома H+ в аминовой группе, поэтому становится невозможным протекание прямой и быстрой реакции с CO2 по карбаматному типу, а взаимодействие осуществляется через предварительную и медленную стадию образования и диссоциации угольной кислоты
CO2 + H2O ^ H2CO3; Ss
H2CO3 ^H+ + нсоь
[Амин] + H+ + HCO3 ^ [Амин-Н]+ • HCO3
Конечными продуктами реакции являются бикарбонат и карбонат Таким образом, разница в скоростях реакций тре-
268
тичных аминов с H2S (мгновенная реакция) и CO2 (медленная реакция) гораздо значительнее, чем для первичных и вторичных аминов Это позволяет использовать на практике третич ные амины для селективного извлечения H2S из смесей его с CO2
В соответствии с приведенными химическими реакциями H2S и CO2 с аминами концентрация активного (свободного) амина в растворе может быть рассчитана по уравнению
