Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
найти поправочные коэффициенты для H2S и CO2 на соответствующих корреляционных кривых;
определить уточненные значения равновесных давлений H2S и CO2 над раствором амина по следующим выражениям:
Pn2S
Рсо2
о
Ph2S
Рсо,
¦f,
¦fr
(1,,-48,9)/3,56
20
V J
InCL
X
(4.10)
(4.11)
^CO2
о
Рсо2
уточненное равновесное давление H2S и CO2, - полученное из номограммы равновесное дав-
где pHiS, Па; Ph2S
ление для H2S и CO2, Па; іж - температура раствора, °С; Сж -концентрация амина, % мае; ft и fc - поправочные коэффициенты.
Наличие в газе второго компонента (H2S или CO2) снижает растворимость другого (соответственно увеличивается равновесное давление компонента над раствором).
В литературе отсутствуют аналогичные номограммы или аналитические зависимости для определения равновесного давления кислых компонентов над системой МДЭА-Н25-CO2.
Имеющиеся данные по равновесию в двойных системах МДЭА-Н28 и МДЭА-С02 [129], приведенные на рис. 4.21-4.25, носят оценочный характер, т.к. присутствие третьего компонента значительно повышает равновесное давление в системе, что следует из данных, полученных в НПО ГИПХ, по равновесию в тройных системах (рис. 4.26, 4.27).
В работах [53, 54] изучена совместная растворимость H2S и CO2 в водных растворах МДЭА и на базе экспериментальных Данных (табл. 4.34) разработана математическая модель равновесия в системе МДЭА-Н25-С02, в основу которой положено представление о едином механизме равновесия кислых компо-
18* 275
нентов. При этом рассматривался как аддитивный характер обеих форм равновесия, так и перекрестные эффекты, включая эффект конкурентности, т.е. взаимного вытеснения кислых компонентов.
В модели использована система уравнений, вполне точно описывающая равновесие газ - жидкость как в области низких насыщений, когда поглощенные компоненты находятся практически полностью в химически связанном состоянии, так и в области средних насыщений, когда физическая растворимость и хемосорбция компонентов соизмеримы; и в области высоких насыщений, когда доля физически растворимых компонентов является преобладающей
В модели учтены также перекрестные случаи, когда один компонент растворен в основном химически, а другой - физически. >< *
276
Рис. 4.22. Равновесная растворимость H2S в растворе МДЭА молярной концентрацией 2 моль/л при различной температуре, °С: / - 100; 2-40
0,01 0,1 1
Концентрация H2 S, моль/моль
Совместная растворимость H2S (инд. 1) и CO2 (инд. 2) в водных растворах МДЭА описывается системой алгебраических уравнений.
аДа, + а2) + S^a1 + Ct2) - .S1 = 0; . • . ' (4.12)
Щ(а, + Ct2) + ?2(ct, + а2) -B2-O1 -.. и (4.13)
где а,, Ct2 - степень насыщения (химического связывания) амина кислыми компонентами, моль/моль амина; Ви Zi2 - константы, которые рассчитываются по закону действующих масс Для реакций взаимодействия H2S и CO2 с алканоламином, предполагая, что концентрация компонента в жидкой фазе пропорциональна парциальному давлению:
[с,] = яд.
277
Рис. 4 23. Равновесная растворимость H2S в растворе МДЭА молярной концентрацией 4, 28 моль/л при различной температуре, °С: / - 120 2 - 100,' 3 - 70 4 -40 5 - 25
0,01 0,1 1
Концентрация H2 S, моль/моль
Таблица 4 34
Совместная растворимости H2S и CO2 в 30 % мае. водными растворами МДЭА при 20 °С
Парциальное давление, МПа Содержание в растворе, моль/л
H2S CO2 H2S (расч ) CO2 (расч ) H2S (эксп ) CO2 (эксп )
фнзнч раствор хпмич связан фнзич раствор хнмнч связан общее общее
0,064 0,340 0,810 0,260 0,100 0,012 0,320 0,070 0,090 0,280 0,036 0,060 0,190 0,290 0,480 0,190 2,270 0,980 1,640 3,100 0,05 0,09 0,57 0,12 0,12 0,05 0,41 0,16 0,12 0,57 0,78 1,20 1,17 0,80 0,32 0,25 0,68 0,37 0,28 0,49 0,015 0,110 0,040 0,037 0,160 0,150 0,530 0,300 0,620 0,720 0,44 0,50 0,45 1,92 0,79 1,06 2,10 1,70 2,00 2,10 0,86 1,32 1,70 0,85 0,42 0,35 1,19 0,49 0,37 1,17 0,45 0,60 0,49 2,10 1,06 1,12 2,50 2,00 2,75 2,85
278
Значение эффективных коэффициентов активности, необходимых для определения Bx и B2, были найдены путем обработки экспериментальных равновесных данных в зависимости от ионной силы раствора и температуры.
Полная (физическая и химическая) растворимость H2S и CO2 равна
Xx = HxPx + тах; ' ' ° / -л- (4.14)
X2= H2P2 + та2, ¦ '->« • >' J (4.15)
где т - молярная концентрация амина. '">' • 1
Используя предполагающую математическую модель, разработана программа для ЭВМ. Последовательность расчета системы уравнений зависит от постановки задачи.
Наиболее типичными случаями являются следующие: по известным парциальным давлениям обоих компонентов требу-
279
ется найти полные растворимости в растворе амина, или по заданным концентрациям компонентов в растворе определить их равновесные парциальные давления.
Метод решения обеих задач итерационный, что связано с нелинейной взаимосвязью между переменными. Во всех случаях все сводится к решению уравнений (4.4)-(4.5) относительно пары переменных (P1, P2 или Хи X2). Обработка экспериментальных данных, используя разработанную математическую модель (см. табл. 4.34), показала удовлетворительное соответствие расчетных и опытных данных.
