การดูดซึมของ H₂S

H₂S เป็นกรดอ่อนที่ทำปฏิกิริยากับเอมีนใดๆ (ปฐมภูมิ ทุติยภูมิ หรือตติยภูมิ) โดยกลไกการถ่ายโอนโปรตอนอย่างรวดเร็ว- - ไม่จำเป็นต้องสร้างพันธะ:

R₃N + H₂S → R₃NH⁺ + HS⁻ (รวดเร็ว การแพร่กระจาย-มีจำกัด)

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเร็วมากจนถูกควบคุมโดยการถ่ายโอนมวล (การแพร่กระจายของ H₂S ไปยังส่วนต่อประสานของก๊าซ-) ไม่ใช่โดยจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา เอมีนทุกประเภทดูดซับ H₂S ในอัตราเดียวกันภายใต้แรงผลักดันที่เท่ากัน

การดูดซึมCO₂

CO₂ ต้องสร้างพันธะโควาเลนต์ใหม่กับเอมีนไนโตรเจน (ปฐมภูมิ/ทุติยภูมิ) หรือผ่านขั้นตอนการเติมน้ำช้า- (ตติยภูมิ) สิ่งนี้ทำให้การดูดซึม CO₂ ช้ากว่า H₂S และขึ้นอยู่กับประเภทของเอมีน:

ระดับประถมศึกษา/มัธยมศึกษา: CO₂ + RNH₂ → คาร์บาเมต (เร็ว - มิลลิวินาที)

ตติยภูมิ: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → ไบคาร์บอเนต (ช้า - วินาทีเป็นนาที)

⚡ 1. อัตราการดูดซึม (ค่าคงที่อัตราลำดับที่สอง- k₂)

อัตราที่เอมีนทำปฏิกิริยากับCO₂ในฟิล์มของเหลวจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของตัวดูดซับ สำหรับเอมีนปฐมภูมิ (NBEA, MEA) k₂ คือ 5,000–8,000 L/mol·s ที่ 25 องศา สำหรับเอมีนทุติยภูมิ (BDEA, DEA) k₂ คือ 1,000–3,000 L/mol·s สำหรับเอมีนระดับอุดมศึกษา (DMEA, DEAE, MDEA) k₂ ที่มีประสิทธิผลคือ 0.1–10 ลิตร/โมล·วินาที - ซึ่งครอบงำโดยขั้นตอนการให้น้ำให้น้ำ ค่า k₂ ที่สูงขึ้นหมายถึงคอลัมน์ตัวดูดซับที่สั้นลงหรือปริมาณงานที่สูงขึ้นสำหรับการแยกเดียวกัน

📦 2. ความสามารถในการรับน้ำหนักตามทฤษฎี (ก๊าซกรดโมล / โมลเอมีน)

เอมีนปฐมภูมิและทุติยภูมิก่อตัวเป็นคาร์บาเมต - โมเลกุล CO₂ หนึ่งโมเลกุลทำปฏิกิริยากับโมเลกุลเอมีนสองโมเลกุล (โมเลกุลหนึ่งเพื่อสร้างคาร์บาเมต และโมเลกุลหนึ่งเพื่อยอมรับโปรตอน) ทำให้มีการโหลดตามทฤษฎีของ CO₂/โมลเอมีน 0.5 โมล เอมีนระดับอุดมศึกษาก่อตัวเป็นไบคาร์บอเนต - เอมีนหนึ่งตัวยอมรับหนึ่งโปรตอนต่อโมเลกุลของ CO₂ - ทำให้มีการโหลดทางทฤษฎีเป็น CO₂/โมลเอมีน 1.0 โมล ในทางปฏิบัติ ปริมาณการรับน้ำหนักมากแทบจะไม่เกิน 0.45–0.5 สำหรับประถมศึกษา/มัธยมศึกษา หรือ 0.7–0.8 สำหรับตติยภูมิ เนื่องจากขีดจำกัดการกัดกร่อนและความหนืด ความสามารถในการรับน้ำหนักที่สูงขึ้นจะช่วยลดอัตราการไหลเวียนของตัวทำละลายที่ต้องการโดยตรง

🔥 3. ความร้อนของการดูดซับ (kJ/mol CO₂)

การก่อตัวของคาร์บาเมตจะปล่อยความร้อนออกมา 80–100 kJ/mol CO₂ มากกว่าการก่อตัวของไบคาร์บอเนต (~50 kJ/mol) ความร้อนเพิ่มเติมนี้ต้องถูกจ่ายในหม้อต้มรีเจนเนอเรเตอร์เพื่อย้อนกลับปฏิกิริยา - ซึ่งเป็นสาเหตุที่ระบบเอมีนหลักต้องการ CO₂ ของหม้อต้มซ้ำ 160–200 กิโลจูล/โมล ในขณะที่ระบบเอมีนระดับอุดมศึกษาต้องการ CO₂ เพียง 80–100 กิโลจูล/โมล สำหรับโรงงานที่กำจัดCO₂ 1,000 ตัน/วัน ความแตกต่างนี้แสดงถึงหน้าที่หม้อต้มซ้ำประมาณ 40–60 เมกะวัตต์ - ซึ่งเป็นต้นทุนการดำเนินงานหลัก

ความชื้น 4. การสูญเสียไอของตัวทำละลาย (จุดเดือดและความดันไอ)

อัลคาโนลามีนที่สูญเสียไปกับกระแสก๊าซที่ผ่านการบำบัดนั้นเป็นทั้งต้นทุนการดำเนินงาน (-ข้อกำหนดเพิ่มเติม) และความรับผิดต่อสิ่งแวดล้อม (การปล่อยเอมีนสู่ชั้นบรรยากาศ) จุดเดือดที่สูงขึ้นและความดันไอต่ำลงช่วยลดการพาตัวทำละลาย-ได้โดยตรง BDEA (bp 274 องศา , vp<0.01 hPa) loses 20–30× less solvent per unit volume of gas treated than MEA (bp 171 °C, vp ~0.5 hPa). For offshore gas treating where overboard discharge is restricted, BDEA's low volatility provides a compelling advantage.

🛡️5. อัตราการกัดกร่อนและการย่อยสลาย

สารละลายเอมีนเข้มข้นที่การรับน้ำหนักสูงมีฤทธิ์กัดกร่อนเหล็กกล้าคาร์บอน - โดยหลักแล้วเกิดจากการที่CO₂ละลายก่อตัวเป็นกรดคาร์บอนิกที่พื้นผิวโลหะ และต่อกิจกรรมของคาร์บาเมตไอออนที่พื้นผิวเหล็ก เอมีนปฐมภูมิที่มีปริมาณมากเกิน 0.4 โมล/โมลในอุปกรณ์เหล็กกล้าคาร์บอนจำเป็นต้องมีสารยับยั้งการกัดกร่อน (วานาเดียมเพนท็อกไซด์ 0.1–0.5%) หรือวัสดุภายในที่เป็นสแตนเลส เอมีนระดับตติยภูมิ (DMEA, DEAE) มีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าที่การโหลดที่เท่ากัน เนื่องจากไบคาร์บอเนตที่เกิดขึ้นมีความก้าวร้าวน้อยกว่าคาร์บาเมต เอมีนคาร์บาเมตทุติยภูมิของ BDEA มีฤทธิ์กัดกร่อนระดับกลาง

NBEA - เอมีนหลัก ใช้เฉพาะกลุ่มบำบัดก๊าซ

• ส่วนผสมที่ทนต่อการเกิดฟอง-:การไม่ชอบน้ำบางส่วนของโซ่บิวทิลช่วยปรับปรุงพฤติกรรมแรงตึงผิวของสารละลายเอมีน ซึ่งช่วยลดแนวโน้มที่จะเกิดฟองเมื่อสัมผัสกับกระแสก๊าซที่อุดมไปด้วยไฮโดรคาร์บอน- (ก๊าซที่เกี่ยวข้อง ก๊าซคอนเดนเสท) ระบบที่ใช้การไฟฟ้านครหลวง-สัมผัสกับไฮโดรคาร์บอน C5+ มักเกิดฟอง ส่วนผสมที่มีส่วนผสมของ NBEA- มีความทนทานมากกว่า
• การมีส่วนร่วมของเอมีนหลักในส่วนผสม:ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้เอมีนหลักที่ดูดซับได้เร็ว-แต่ความดันไอสูงของ MEA นั้นไม่เป็นที่พึงปรารถนา จุดเดือดที่สูงขึ้นของ NBEA (199 องศาเทียบกับ 171 องศาสำหรับ MEA) จะช่วยลดการพาเอมีนเหนือศีรษะของตัวดูดซับ-
• การรักษาพิเศษเฉพาะปริมาณน้อย-:สำหรับหน่วยให้ความหวานแบบติดตั้งลื่นไถลขนาดเล็ก-ที่แปรรูปก๊าซเปรี้ยวที่มี H₂S และ CO₂ ปานกลาง NBEA ที่ 25–35% จะให้การบำบัดที่มีประสิทธิภาพในระบบ-ตัวทำละลายเดียว

เอมีนทุติยภูมิ BDEA - ใช้เฉพาะกลุ่มบำบัดก๊าซ

• การรักษาการสูญเสีย-ต่ำนอกชายฝั่ง:ความดันไอของ BDEA (<0.01 hPa) is among the lowest of any commercial alkanolamine. Offshore gas treating on FPSOs (floating production, storage, offloading vessels) and platform facilities where amine discharges to sea are tightly regulated benefit significantly from BDEA as a partial replacement for DEA or MEA.
• การกำจัด CO₂ จำนวนมากด้วยการเลือกระดับปานกลาง:ลักษณะเอมีนรองของ BDEA ให้ความสามารถในการเลือก H₂S ปานกลาง - มากกว่าเอมีนหลักแต่น้อยกว่าตติยภูมิ สำหรับก๊าซป้อนที่ต้องลด CO₂ แต่ไม่ได้กำจัดออกไป ระบบที่ใช้ BDEA- จะหลีกเลี่ยงปัญหาการกัดกร่อนของ MEA ที่การรับน้ำหนักสูง
• ระบบรีเจนเนอเรเตอร์ที่อุณหภูมิสูง-:bp 274 องศาของ BDEA ช่วยให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิรีเจนเนอเรเตอร์สูงถึง 130–135 องศา โดยไม่มีการสูญเสียไอมากเกินไป - ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่จำกัดการใช้ DMEA ในรีเจนเนอเรเตอร์ที่อุณหภูมิสูง-

💨 การสูญเสียไอ (ก๊าซที่ผ่านการบำบัดแล้วถูกพาไป-)

เอมีนระเหยไปในกระแสก๊าซหวานเหนือตัวดูดซับ สัดส่วนต่อความดันไอ - กฟน. สูญเสีย ~50–150 กรัม/1,000 นิวตันเมตร; BDEA แพ้<1–5 g/1000 Nm³. Controlled by water wash section and demister pad. The boiling point advantage of BDEA and DEAE over MEA translates directly to lower make-up cost at large-volume treating units.

🌊 การพาของเหลว-ออกไป (หมอก/ละอองลอย)

หยดเอมีนละเอียดที่สะสมอยู่ในกระแสก๊าซ - โดยเฉพาะจากเหตุการณ์ฟอง การสูญเสียโดยทั่วไป: เอมีน 5–50 ppmw ในก๊าซที่ผ่านการบำบัด ควบคุมโดยเครื่องไล่ฝ้าตะแกรงลวด ใบพัดแพ็ค และเครื่องแยกแบบไซโคลนประสิทธิภาพสูง-ที่ด้านบนตัวดูดซับ การควบคุมการเกิดฟองคือมาตรการที่มีประสิทธิภาพที่สุด

🔥 การย่อยสลายด้วยความร้อน/ออกซิเดชั่น

เอมีนถูกใช้โดยปฏิกิริยาทางเคมีมากกว่าการสูญเสียทางกายภาพ ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายจะสะสมอยู่ในรายการตัวทำละลาย การเรียกคืนจะเป็นการลบออกและนำเอมีนที่ใช้งานได้กลับคืนมา ประมาณ 0.5–3 กก./ตัน CO₂ ที่กำจัดออกสำหรับการกฟน. 0.2–1 กิโลกรัม/ตันสำหรับ MDEA หรือ BDEA ในบริการก๊าซธรรมชาติฟรีที่มีO₂-

🔩 การสูญเสียทางกล

เอมีนที่สูญเสียไปในระหว่างกิจกรรมการบำรุงรักษา - ซีลปั๊ม การทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การเก็บตัวอย่าง การรั่วไหล ควบคุมโดยขั้นตอนการดูแลทำความสะอาดที่ดี ระบบเก็บตัวอย่างแบบปิด และการนำเอมีนกลับมาใช้ใหม่จากของเสียในการบำรุงรักษา โดยทั่วไป 0.1–0.5 กก./ตัน CO₂ กำจัดออกไป - เล็กน้อยแต่สามารถป้องกันได้

🏭 การปล่อยเอมีนในบรรยากาศ

ปฏิกิริยาในบรรยากาศของอัลคาโนลามีนกับ NOₓ จะทำให้เกิดไนตรามีนและไนโตรซามีนในปริมาณเล็กน้อย การศึกษาของสำนักงานสิ่งแวดล้อมนอร์เวย์ (Miljødirektoratet) เกี่ยวกับโรงงานดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขนาดใหญ่-จากการไฟฟ้านครหลวงระบุว่าสิ่งนี้เป็นข้อกังวลในระดับหลาย-ร้อยเมกะวัตต์ ที่อัตราการปล่อยก๊าซของหน่วยบำบัดก๊าซโดยทั่วไป ความเข้มข้นในบริเวณใกล้เคียงโรงงานจะต่ำกว่าเกณฑ์ด้านสุขภาพอย่างมาก คำแนะนำด้านกฎระเบียบจะแตกต่างกันไปตามเขตอำนาจศาล - ตรวจสอบกับหน่วยงานด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นสำหรับโรงงานขนาดใหญ่-

🌊 การปล่อยน้ำทะเล (นอกชายฝั่ง)

OSPAR (อนุสัญญาว่าด้วยการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมทางทะเลของภาคเหนือ-แอตแลนติกตะวันออก) และข้อบังคับของ MARPOL จำกัดการปล่อยเอมีนลงน้ำ-ซึ่งมีน้ำที่ผลิตและคอนเดนเสท ผู้ดำเนินการบนไหล่ทวีปนอร์เวย์และทะเลเหนือของสหราชอาณาจักรต้องปฏิบัติตามขีดจำกัดการปล่อยเอมีนที่เข้มงวด การใช้-เอมีนที่มีความผันผวนต่ำ (BDEA, DEAE) ช่วยลดการพาไอ-ไปยังของเหลวที่ผลิตขึ้น และลดปริมาณเอมีนในกระแสน้ำในกระบวนการที่ต้องมีการจัดการการปล่อยทิ้งให้เหลือน้อยที่สุด

ถาม: อัตราส่วน H₂S/CO₂ ในก๊าซป้อนส่งผลต่อการเลือกตัวทำละลายอย่างไร

อัตราส่วน H₂S/CO₂ ที่สูง (สูงกว่า 0.3 โมล/โมล) ในก๊าซป้อนเป็นตัวกระตุ้นสำคัญในการพิจารณาการกำจัด H₂S แบบคัดเลือกด้วยเอมีนระดับอุดมศึกษา (DEAE, MDEA) การกำจัดแบบเลือกเน้นที่ H₂S ในก๊าซกรดเพื่อการกู้คืนของ Claus ในขณะที่ปล่อยให้ CO₂ หลุดออกไป ช่วยลดภาระของพืช Claus และเพิ่มประสิทธิภาพในการนำกำมะถันกลับมาใช้ใหม่ อัตราส่วน H₂S/CO₂ ที่ต่ำ (ต่ำกว่า 0.1) แสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องกำจัดก๊าซทั้งสองในสัดส่วนที่เท่ากันโดยประมาณ - เอมีนปฐมภูมิหรือทุติยภูมิ หรือสารผสมระดับตติยภูมิที่กระตุ้นแล้ว มีความเหมาะสมมากกว่า เมื่อไม่มี H₂S ทั้งหมด (การกำจัด CO₂ บริสุทธิ์) อาร์กิวเมนต์การเลือกสรรจะหายไป และตัวเลือกคือจลนศาสตร์ล้วนๆ เทียบกับพลังงานการฟื้นฟู

ถาม: อัตราการหมุนเวียนของตัวทำละลายโดยทั่วไปสำหรับหน่วยให้ความหวานแบบ NBEA{0}} คือเท่าไร

อัตราการหมุนเวียนของตัวทำละลายแสดงเป็นอัตราส่วนของเหลว-ต่อ-ก๊าซ (L/G) ในแง่ปริมาตร สำหรับ NBEA ที่ 30 โดยน้ำหนัก% ในฝาปิดแบบฟอง-ทั่วไปหรือตัวดูดซับบรรจุภัณฑ์-ที่มีโครงสร้าง-ซึ่งแปรรูปก๊าซธรรมชาติที่ 50 บาร์ จำเป็นต้องใช้ L/G ทั่วไปที่ 0.8–1.5 ลิตรของเหลวต่อก๊าซ Nm³ สำหรับการกำจัด CO₂ จำนวนมากให้เหลือข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ 2% ซึ่งเทียบได้กับการกฟน. ที่ความเข้มข้นใกล้เคียงกัน อัตราที่แน่นอนขึ้นอยู่กับเป้าหมายในการบรรทุกจำนวนมาก องค์ประกอบของก๊าซ ความสูงของการบรรจุตัวดูดซับ และโปรไฟล์อุณหภูมิ - การจำลองกระบวนการเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกำหนดขนาดโดยละเอียด ติดต่อทีมเทคนิคของ Sinolook Chemical เพื่อขอรับการสนับสนุนการจำลองโดยใช้-พารามิเตอร์ทางเทอร์โมไดนามิกส์เฉพาะของ NBEA

ถาม: BDEA สามารถใช้ในหน่วยเอมีนที่ออกแบบโดย DEA- ที่มีอยู่โดยไม่ต้องดัดแปลงได้หรือไม่

การเปลี่ยนบางส่วนจาก DEA เป็น BDEA จำเป็นต้องมีการประเมินอย่างรอบคอบ BDEA มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (161 เทียบกับ 105 กรัม/โมลสำหรับ DEA) - การทดแทนที่เทียบเท่ากับน้ำหนัก- ทำให้เอมีนน้อยลง 35% ซึ่งทำให้ความสามารถในการดูดซับลดลง ความหนืดที่สูงขึ้นที่ความเข้มข้นของ BDEA อาจส่งผลต่อแรงดันตกของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและประสิทธิภาพของปั๊มด้วย อย่างไรก็ตาม ความดันไอที่ต่ำกว่ามากของ BDEA จะช่วยลดการพาเอมีน-จากการสูญเสีย ซึ่งอาจเป็นตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับสวิตช์ อัตรา-ตามการจำลองซ้ำของหน่วยที่ความเข้มข้น BDEA ที่เสนอถือเป็นสิ่งสำคัญก่อนที่จะทำการเปลี่ยนแปลงตัวทำละลาย การผสม BDEA เข้ากับรายการ DEA ที่มีอยู่ที่ 20–30% เป็นขั้นตอนแรกเป็นแนวทางที่มีความเสี่ยงต่ำกว่า- ซึ่งช่วยให้ได้รับประสบการณ์ในการปฏิบัติงานก่อนที่จะเปลี่ยนตัวทำละลายทั้งหมด

ถาม: มีวิธีการวิเคราะห์ใดบ้างที่ใช้ในการติดตามความเข้มข้นและคุณภาพของเอมีนในหน่วยปฏิบัติการ

การตรวจสอบมาตรฐานสำหรับหน่วยบำบัดก๊าซอัลคาโนลามีนประกอบด้วย: (1) ความเข้มข้นของเอมีนทั้งหมดด้วยกรด-การไตเตรทเบส (รายวัน) - วัดความเป็นด่างทั้งหมด; (2) การโหลด CO₂ และ H₂S (สมบูรณ์และไม่ติดมัน) โดยอุปกรณ์ Chittick หรือการไทเทรตแบบโพเทนชิโอเมตริก (รายวันระหว่างการเริ่มต้น รายสัปดาห์ระหว่างการทำงานปกติ) (3) ปริมาณเกลือความร้อน-ที่เสถียรโดยไอออนโครมาโทกราฟี (ทุกเดือน) - ตรวจติดตามการสะสมรูปแบบ อะซิเตต ไทโอซัลเฟต และการสะสมออกซาเลต (4) ส่วนประกอบเอมีนแต่ละรายการโดย GC หรือ HPLC เมื่อใช้งานระบบผสม (รายเดือน) - ตรวจสอบว่าองค์ประกอบของส่วนผสมไม่มีการเปลี่ยนแปลง (5) เหล็ก นิกเกิล และโครเมียมโดย ICP-OES (รายเดือน) - คำเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับการกัดกร่อน (6) เอมีนในก๊าซที่ผ่านการบำบัดโดย GC หรือท่อตรวจจับ (รายเดือน) - ตรวจสอบการสูญเสียค่าโสหุ้ยของตัวดูดซับ

ถาม: ตัวดูดซับที่ใช้ตัวทำละลาย NBEA หรือ BDEA แนะนำให้ใช้ขนาดบรรจุภัณฑ์ใด

For NBEA and BDEA-based solvents at the concentrations and viscosities typical in gas treating service, standard structured packing (Sulzer MellapakPlus 252.Y or Koch-Glitsch FLEXIPAC 2X equivalent) at 25–50 mm corrugation pitch provides a good balance of mass transfer efficiency and hydraulic capacity. BDEA at high concentration (>35 wt%) มีความหนืดสูงขึ้นเมื่อเทียบกับการบรรจุแบบมีโครงสร้าง MEA - ที่มีมุมช่องกว้างกว่า (45 องศา เทียบกับมาตรฐาน 60 องศา ) ปรับปรุงการกระจายตัวของของเหลวและลดความเสี่ยงของการกระจายตัวที่ไม่ถูกต้อง ถาดฝาฟอง-เป็นทางเลือกสำหรับบริการ-ที่มีความเปรอะเปื้อนสูงหรือมีฟองสูง- ซึ่งการอุดบรรจุภัณฑ์เป็นเรื่องที่กังวล การเลือกบรรจุภัณฑ์และขนาดคอลัมน์ควรได้รับการยืนยันโดยการจำลองไฮดรอลิกอย่างเข้มงวดโดยใช้ข้อมูลคุณสมบัติทางกายภาพของเอมีนจริง