Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Как было уже отмечено, МДЭА применяется в основном для селективной очистки от H2S в присутствии CO2. Однако, когда требуется одновременное извлечение H2S и CO2, необходимо нивелировать фактор селективности. Для этого было предложено применять водные растворы МДЭА и ДЭА. Добавкой ДЭА к раствору МДЭА в различных соотношениях можно
- 280
50
100 150 200 250 300 Парциальное давление CO2, кПа
Рис 4 26 Равновесная растворимость CO2 в системе СО. молярной концентрацией 4,28 моль/л при температуре 20 0C
цифры на кривых -концентрация H2S в растворе моль/моть МДЭА
350 400
H2S - МДЭА
50
100 150 200 250 300 Парциальное давление CO2, кПа
350 400
Рис 4 27 Равновесная растворимость CO2 в системе CO2 - H2S - МДЭА молярной концентрацией 4,28 моль/л при температуре 50 °С-
Цифры на кривых - концентрация H2S в растворе, моть/моль МДЭА
регулировать степень извлечения CO2 при практически полном удалении H2S.
Исследование индивидуальной и совместной растворимости H2S и CO2 в водных растворах смеси МДЭА и ДЭА [53, 118, 139] показали, что растворимость H2S и CO2 в смешанных поглотителях можно рассчитать (погрешность не превышает 20 %, что приемлемо для инженерных расчетов), как сумму растворимостей в индивидуальных аминах той же концентрации при постоянном парциальном давлении компонента:
а<ч = Ct1JV1 + Ct2N2, (4.16)
где N1, N2 - мольные доли аминов в смеси.
! 4.2.4. РАСТВОРИМОСТЬ УГЛЕВОДОРОДОВ
В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ЭТАНОЛАМИНОВ
Зависимость растворимости метана и этана в водных растворах ДЭА и МЭА при 65,6 °С приведена на рис 4 28 [143]. Растворимость углеводородов возрастает с увеличением концентрации амина в растворе, причем растворимость C2H,, зависит от концентрации сильнее, чем для CH4.
Присутствие H2S и CO2 в растворе в количестве 0,25 моль/ моль понижает растворимость метана примерно на 10-20 %. Присутствие этана мало влияет на растворимость метана; в то же время CH11 на 10-15 % понижает растворимость C2H,,.
Зависимость растворимости метана в растворе амина от температуры имеет минимум (рис. 4.29). Для 40 % мае. водного раствора ДЭА этот минимум в зависимости от парциального давления CH4 находится в пределах 70-90 °С.
Приведенные данные показывают, что растворимость CH4 и C2H6 в водных растворах ДЭА (в пределах рабочих концентраций) при парциальных давлениях их в газе, имеющих место в большинстве практических случаев, близка к растворимости их в воде Поэтому в инженерных расчетах аминовых установок могут быть использованы данные о растворимости углеводородов в воде.
На рис. 4.30 приведена зависимость константы фазового равновесия для водных растворов газов от температуры [78]
Константы фазового равновесия для физически растворимых углеводородных компонентов газа могут быть рассчитаны по следующим уравнениям:
18ЯСН)= 4,70-^?^ ^ \/ (4.17)
282 - , ч ¦ ,'
Концентрация в жидкой фазе, моль/10 г раствора
Рис. ^4.28. Растворимость метана (о) и этана (б) в растворах МЭА и ДЭА при
1 - H2O1 2~5% ДЭА, 3 - 25 % ДЭА; 4 - 40 % ДЭА; 5 - 15 % МДЭА, б -40 % МЭА
lgH(.„ =5,25- -50^; (,h6 г - 273
(4.18)
lgHCil =4,80
340 .
^ + 273 '
(4.19) 283
60 80 100 120 -140 Температура, °С
Рис. 4.29. Растворимость метана в 40 % растворе ДЭА от температуры: цифры на линиях парциальное давление CH1 (атм) / - 36, 2 -50, 3 - 63
lgtfN)=4,74- 7ц5, v 4 (4.20)
где Я, МПа; t, "С.
Приведенные выражения аппроксимируют экспериментальные данные для системы газ - вода [70, 93, 94]. Присутствие этаноламина в растворе до 15 % мае. не сказывается существенно на изменении растворимости газа. При более высокой концентрации амина в растворе [144] ^
IgH1= lga, Я,-0,07//2; (4.21)
J = Сж (ал + а„),
где / - ионная сила раствора; Cx - концентрация амина, моль/л; O7,, cx? - степень насыщения амина H2S (А) и CO2 (В), моль/моль.
Растворимость углеводородов в МДЭА исследована в работе [53]. Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 4.31.
Растворимость углеводородов в водных растворах МДЭА (5, моль, дол.) увеличивается пропорционально парциальному давлению компонента (р, кПа ) S = Kp. Исключение составляет метан при р > 5 МПа.
284
рлс, 4.30. Зависимость константы фазового равновесия для водных растворов газов ' от температуры
30 40 50 60 70 80 90 100 Температура, °С
В этом случае более точную корреляцию опытных данных дает уравнение Кричевского - Ильинской. Константы растворимости К, определенные из экспериментальных изотерм, приведены в табл. 4.35. На основании зависимости К от температуры (К = K0 ехр(-Д#/RT)) рассчитаны теплоты растворения, используя которые производится температурная интерполяция констант растворимости.
Полученные термодинамические данные позволяют сделать Ряд практических выводов. Во-первых, растворимость углеводородов в водных растворах МДЭА ниже, чем в растворах МЭА и ДЭА при одинаковых концентрациях. Это является
285
а б
р, МПа р, МПа
О 0,5 1,0 1,5 О 0,1 0,2
МДЭА, см3/см3 МДЭА, см3/см3
Рис. 4.31. Изотермы растворимости в воде и в водных растворах МДЭА:
а - меіана; /, 2 - H2O, 3 - 50 % мас МДЭА, 4, 5, 6 - 33 % мас МДЭА, / -20 °С, 2 - 40 °С; 3 - 20 °С, 4 - 20 °С, 5 - 40 °С, 6 - 60 °С, б - пропана; Г -H2O1 2, 3, 4 - 33 % МДЭА, / - 20 °С; .? - 20 °С, 3 - 40 °С, 4 - 60 °С
