Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ АЛКАНОЛАМИНОВ

Изобретение относится к тонкой очистке рабочих растворов алканоламинов (МЭА и/или ДЭА и/или МДЭА) в процессе абсорбционной очистки природных, нефтяных, нефтезаводских и других углеводородных газов от кислых компонентов (Н₂S или СО₂) и может быть использовано в газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, коксохимической, химической и других отраслях промышленности.

Образующиеся в процессе абсорбционной очистки углеводородных газов продукты термохимического распада алканоламинов и коррозии металла, поступающие с очищаемым газом поверхностно-активные вещества и тяжелые углеводороды загрязняют рабочий раствор абсорбента, вызывают его вспенивание и усиливают коррозию оборудования, что приводит к повышению эксплуатационных затрат, а также затрат на техобслуживание и ремонт установок. При этом понижается сорбционная емкость применяемых аминов, затрудняется их регенерация, что приводит к ухудшению качества очищенного газа и снижению эффективности процесса в целом.

Известен способ тонкой очистки рабочих растворов этаноламинов в процессе очистки углеводородных газов от кислых компонентов, включающий удаление смолистых веществ и других вредных примесей в адсорбере, заполненном гранулированным активированным углем общего назначения марки АГ-3 производства АО “Сорбент” (г. Пермь) (Адсорбционная очистка растворов этаноламинов // Ю.И.Суетин, Э.Я.Досумова, B.C. Прокопенко и др.// Экспресс-информ. Газовая пром-сть. Сер.: Подготовка, переработка и использование газа. -1988. -вып.1. -С. 17-21).

Общим признаком известного и предлагаемого способов является очистка рабочих растворов алканоламинов от смолистых и других веществ в адсорбере, заполненном активированным углеродным сорбентом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ тонкой очистки рабочего раствора алканоламинов в процессе очистки углеводородных газов от кислых компонентов, включающий фильтрационное удаление механических примесей, извлечение смолистых веществ в адсорбере, заполненном гранулированным активированным углем специального назначения марки SGL производства канадской фирмы Travis Calgary, и удаление унесенных из адсорбера частиц угля в концевом фильтре системы тонкой очистки (Снижение пенообразования и потерь аминов при их очистке активированным углем. -Нефть, газ и нефтехимия за рубежом.-1983 г.-№8.-с. 110-112).

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:

- удаление из рабочих растворов алканоламинов механических примесей путем фильтрации;

- последующая тонкая очистка растворов в адсорбере, заполненном активированным углеродным сорбентом.

Недостатком известных способов очистки растворов алканоламинов является относительно невысокая адсорбционная емкость гранулированных активированных углей марок SGL и АГ-3, применяемых для очистки рабочего раствора этаноламина, по смолистым веществам, поверхностно-активным веществам и растворенным углеводородам. Этот недостаток обусловлен невысокой удельной поверхностью применяемых сорбентов (600-900 м²/г).

Техническая задача заключается в интенсификации процесса тонкой очистки растворов алканоламинов за счет увеличения сорбционной емкости адсорбента.

Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемом способе тонкой очистки растворов алканоламинов, включающем удаление механических примесей путем фильтрации раствора с последующей его тонкой очисткой на адсорбенте, в качестве последнего используют активированный волокнистый углеродный материал, в котором содержание пор с радиусом до 1,6×10^-9 м составляет 70-80% от суммарного объема пор углеродного материала.

Предпочтительным является использование в качестве сорбента активированного волокнистого углеродного материала, обладающего текстильной структурой, диаметр волокон которого составляет не более 3×10^-5 м.

Заявляемая совокупность признаков позволяет увеличить поглотительную емкость адсорбента, следствием чего является более продолжительная его работа в рабочем цикле очистки до регенерации при одинаковой массовой загрузке и качестве очистки раствора. Для этого после фильтрационной очистки рабочего раствора алканоламина от механических примесей тонкую очистку осуществляют в адсорбере, заполненном активированным волокнистым углеродным материалом, содержание в котором пор с радиусом до 1,6×10^-9 м составляет 70-80% от суммарного объема пор. Используемые для тонкой очистки растворов алканоламинов активированные волокнистые углеродные материалы с текстильной структурой (диаметр волокон которых не превышает 3×10^-5 м) обладают большой удельной поверхностью (от 1200 до 2000 м²/г) и, соответственно, более высокой адсорбционной емкостью, что позволяет при сохранении степени очистки раствора либо увеличить в 2-2,4 раза время межрегенерационного пробега адсорбера при одинаковой массовой загрузке, либо уменьшить в 2-2,4 раза массовую загрузку сорбирующего слоя по сравнению с гранулированными углями. Кроме того, исчезает необходимость подвергать рабочий раствор алканоламина очистке от частиц угля, уносимых из адсорбера в дополнительном аппарате - фильтре.

При адсорбции на структурированных активированных волокнистых углеродных материалах стадия внутренней адсорбции по времени достижения равновесия оптимально мала, поскольку в отличие от активированных углей макропоры практически отсутствуют, а микропоры (с радиусом до 1,6х10^-9 м) расположены непосредственно на поверхности за счет тонковолокнистой структуры сорбента (диаметр волокон не более 3х10^-5 м). Протяженность микропористых зон при этом превышает протяженность этих зон в активированных углях. Количество пор с радиусом до 1,6х10^-9 м весьма велико - 70-80% от суммарного объема пор. Это обстоятельство повышает скорость адсорбционных и десорбционных процессов на порядок и более. Кроме того, наличие текстильной структурной формы у заявляемых адсорбентов позволяет разнообразить аппаратурное оформление узлов тонкой адсорбционной очистки рабочих растворов алканоламинов на установках сероочистки газа.

Содержанию пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равному не менее 70% от суммарного объема пор, соответствует удельная поверхность сорбента не более 2000 м²/г. При дальнейшем увеличении общей удельной поверхности адсорбента (переактивации) уменьшится доля пор с радиусом до 1,6×10^-9 м в суммарном объеме пор (увеличится содержание пор с большим размером). Это отрицательно скажется на процессе тонкой очистки рабочего раствора алканоламина, например, от смолистых веществ, поскольку именно в порах с радиусом до 1,6×10^-9 м главным образом и происходит адсорбция молекул образующихся смолистых веществ. Кроме того, при увеличении удельной поверхности уменьшится прочность сорбента.

Содержанию пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равному не более 80% от суммарного объема пор, соответствует удельная поверхность сорбента не менее 1200 м²/г. При уменьшенной удельной поверхности (недоактивации) увеличится доля пор с радиусом до 1,6×10^-9 м в суммарном объеме пор, но уменьшится их абсолютное количество (поверхность). При этом также неизбежно уменьшится адсорбционная емкость сорбента по поглощаемым веществам, что отрицательно скажется на процессе очистки рабочего раствора алканоламина, например, от смолистых веществ.

Способ апробирован опытным путем в лабораторных условиях.

Примеры 1-4. Водный 2,5N модельный раствор диэтаноламина с содержанием смолистых веществ около 8 г/дм³ очищают от механических примесей в патронном фильтре, затем пропускают через адсорбер со скоростью 1 см³/мин при температуре 50°С до одинакового приближения к указанной начальной концентрации смолистых веществ на выходе из слоя адсорбента. Для приготовления модельного раствора использовали чистый диэтаноламин, дистиллированную воду и смолистые вещества, предварительно извлеченные методом вакуумной перегонки из рабочего раствора действующей установки сероочистки природного газа. Адсорбер при пропускании модельного раствора заполнен следующими поглотителями:

- активированным гранулированным углем общего назначения марки АГ-3;

- активированным гранулированным углем специального назначения марки SGL;

- нетканым (текстильная структура войлока) активированным волокнистым углеродным материалом с диаметром волокон не более 3×10^-5 м, например, марки карбопон-актив, с содержанием пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равным 80% от суммарного объема пор;

- тканым (текстильная структура ткани) активированным волокнистым углеродным материалом с диаметром волокон не более 3×10^-5 м, например, марки бусофит, с содержанием пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равным 70% от суммарного объема пор.

Определяют удельную динамическую адсорбционную емкость, показывающую количество (г) смолистых веществ, способное поглотиться 1 г данного адсорбента при пропускании через него с постоянной скоростью раствора с определенной начальной концентрацией смолистых веществ до появления этой же концентрации на выходе из слоя адсорбента. Это соответствует времени пропускания 20-25 часов для заявляемых материалов и 40-50 часов для активированных углей. Полученные результаты приведены в таблице. При этом в качестве начальной выбрана концентрация смолистых веществ 8 г/дм³.

Как видно из таблицы, нетканый активированный волокнистый углеродный материал марки карбопон-актив с содержанием пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равным 80% от суммарного объема пор, и тканый активированный волокнистый углеродный материал марки бусофит с содержанием пор с радиусом до 1,6×10^-9 м, равным 70% от суммарного объема пор, в 2-2,4 раза превосходят по удельной динамической адсорбционной емкости по смолистым веществам один из лучших известных применяемых для очистки рабочих растворов этаноламинов от смолистых веществ - активированный гранулированный уголь специального назначения марки SGL канадской фирмы Travis Calgary.

Таким образом, более высокая адсорбционная емкость активированных волокнистых углеродных материалов, обладающих текстильной структурой, с содержанием пор с радиусом до 1,6×10^-9 м на уровне 70-80% от суммарного объема пор при прочих равных условиях свидетельствует об их более длительном (не менее чем в 2-2,4 раза) периоде работы до регенерации, либо при сохранении продолжительности межрегенерационного пробега - о возможности снижения в 2-2,4 раза массовой загрузки сорбционного слоя по сравнению с активированным гранулированным углем марки SGL.