بررسی اثر افزایش سولفولان در آنتالپی جذب و دفع H2S در محلول‌های آبی متیل دی اتانول آمین با استفاده از داده‌های حلالیت

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 پژوهشکده گاز، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

فناوری محلول های آبی الکانول آمین در زمره روش­ های بسیار مهم در تصفیه گاز طبیعی می­ باشند. آب با قطبیت و ثابت دی­الکتریک بالا محیطی را برای واکنش شیمیایی آلکانول آمین ­ها با گازهای اسیدی به وجود می ­آورد. این­گونه محلول ها در کنار برتری­ هایشان به طورعموم دارای دو عیب اساسی نیز می­ باشند. آن­ ها حلال ­های مناسبی برای جذب مرکاپتان­ ها نیستند و به علت گرمازایی واکنش گازهای اسیدی با محلول آلکانول آمین گرمای زیادی برای بازیافت محلول در برج دفع نیاز است و درنتیحه آن به علت دمای بالای برج دفع احتمال اثرهای جانبی مانند تخریب و تجزیه محلول بالاتر می ­رود. امروزه افزودن حلال فیزیکی (سولفولان یا N متیل پیرولیدون) و تشکیل یک حلال هیبریدی ( آب + آلکانول آمین + حلال فیزیکی) به منظور جذب هم­زمان گازهای اسیدی و مرکاپتان ها مورد توجه قرار گرفته است. در کار حاضر حلالیت گاز اسیدی H2S را در حلال هیبریدی (H2O-MDEA-SFL) و غیرهیبریدی (H2O-MDEA) با استفاده از مدل e-Pitzer و داده­ های موجود در مقاله­ ها مدل شد و با بهره گیری از معادله گیبس-هلمهولتز، آنتالپی جذب H2S در هر دو حلال هیبریدی و غیر هیبریدی  محاسبه شد و اثر افزایش سولفولان در میزان تغییر آنتالپی جذب گازهای اسیدی در بازه فشارهای کم تا متوسط مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد مدل مورد نظر با دقت خوبی (متوسط خطای نسبی % 4/5) توانایی پیشگویی داده ­های حلالیت برای سامانه­ های حلال هیبریدی را دارد و همچنین در بازه­ فشارهای پایین تا متوسط، افزایش سولفولان  به عنوان حلال فیزیکی نمی­ تواند اثر چشمگیری در میزان آنتالپی انحلال گاز هیدروژن سولفید در حلال آب-متیل دی­اتانول آمین  داشته باشد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] حسینی جناب، مسیح، "تصفیه و فرآورش گاز طبیعی"، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران (1392).
[2] Isaacs E.E., Otto F.D., Mather A.E., Solubility of Hydrogen Sulfide and Carbon Dioxide
in a Sulfinol Solution,
Journal of Chemical and Engineering Data, 22(3): 317-319 (1977).
[3] Rajani J.B., Treating Technologies of Shell Global Solutions for Natural Gas and Refinery Gas Streams, In "Research Institue of Petroleum Industry Congress", 12: 1-19 (2004).
[4] Papadopoulos, Michael N., Carl H. Deal. "Method of Separating Acidic Gases from Gaseous Mixtures", U.S. Patent 3,347,621, October 17 (1967).
[5] Ghanbarabadi H., Khoshandam B., Simulation and Comparison of Sulfinol Solvent Performance with Amine Solvents In Removing Sulfur Compounds and Acid Gases From Natural Sour Gas, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 22: 415-420 (2015).
[7] Gouedard C., Picq D., Launay F., Carrette P.-L., Amine Degradation in CO2 Capture. I. A Review. International Journal of Greenhouse Gas Control, (10): 244-270 (2012).
[9] Dicko M., Coquelet C., Jarne C., Northrop S., Richon D., Acid Gases Partial Pressures Above a 50 wt% Aqueous Methyldiethanolamine Solution: Experimental Work and Modeling, Fluid Phase Equilibria, 289(2): 99-109 (2010).
[10] Shokouhi M., Ahmadi R., Measuring the Density and Viscosity of H2S-Loaded Aqueous Methyldiethanolamine Solution, The Journal of Chemical Thermodynamics, 102: 228-236 (2016).
[11] Shokouhi M., Jalili A.H., Zoghi A.T., Experimental Investigation of Hydrogen Sulfide Solubility in Aqueous Sulfolane Solution. The Journal of Chemical Thermodynamics, 106: 232-242 (2017).
[12] Kuranov G., Rumpf R., Smirnova N.A., Maurer G., Solubility of Single Gases Carbon Dioxide and Hydrogen Sulfide in Aqueous Solutions of N-Methyldiethanolamine in the Temperature Range 313− 413 K at Pressures up to 5 MPa, Industrial & Engineering Chemistry Research, 35(6): 1959-1966 (1996).
[13] Kamps P.-S.Á., Model for the Gibbs Excess Energy of Mixed-Solvent (Chemical-Reacting and Gas-containing) Electrolyte Systems, Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(1): 201-225 (2005).
[14] Prausnitz J.N., Lichtenhaler R.N., Agevedo E.G., “Molecular Thermodynamics of Fluid Phase Equilibria”, 3th ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, (1999).
[15] Aroua M.K., Salleh R.M., Solubility of CO2 in Aqueous Piperazine and Its Modeling Using the Kent‐Eisenberg Approach, Chemical Engineering & Technology: Industrial Chemistry‐Plant Equipment‐Process Engineering‐Biotechnology, 27(1): 65-70 (2004).
[16] Goncharov V.V., Verstakov E.S., Kessler Y.M., Dielectric and Viscous Properties of Water-Tetramethyl Sulfone Mixtures, J. Structure Chemistry, 24(6): 869-872 (1984).
[17] Saleh M.A., Ahmed M.S., Begum S.K., Density, Viscosity and Thermodynamic Activation for Viscous Flow of Water + Sulfolane. Physics and Chemistry of Liquids, 44(2): 153-165 (2006).
[18] Wang Y.‐W., Otto F.D., Mather A.E., Xu S., Solubilities and Diffusivities of N2O and CO2 in Aqueous Sulfolane Solutions, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 51(2): 197-208 (1991).
[19] Shokouhi M., Jalili A.H., Mohammadian A.H., Hosseini-Jenab M., Sadraei-Nouri S., Heat Capacity, Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity of Aqueous Sulfolane Solutions, Thermochimica Acta, 560: 63-70 (2013).
[20] Shokouhi M., Jalili A.H., Zoghi A.T., Carbon Dioxide Solubility in Aqueous Sulfolane Solution, The Journal of Chemical Thermodynamics, 132: 62-72 (2019).
[21] Benoit R.L., Choux G., Réactions dans le Sulfolane. III. Etude des Interactions Eau–Sulfolane. Canadian Journal of Chemistry 46(20): 3215-3219 (1968).
[22] Dortmund Data Bank Software and Separation Technology
[24] Xu S., Qing S. Zhen Z., Zhang C., Carroll J.J., Vapor Pressure Measurements of Aqueous N-Methyldiethanolamine Solutions, Fluid Phase Equilibria, 67: 197-201 (1991).
[26] Chapoy A., Mohammadi A.H., Tohidi B., Experimental Measurement and Phase Behavior Modeling of Hydrogen Sulfide− Water Binary System, Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(19): 7567-7574 (2005).
[27] Jalili A.H., Shokouhi M., Samani F., Hosseini-Jenab M., Measuring the Solubility of CO2 and H2S in sulfolane and the Density and Viscosity of Saturated Liquid Binary Mixtures of (Sulfolane + CO2) and (Sulfolane + H2S). The Journal of Chemical Thermodynamics, 85: 13-25 (2015).
[28] Roberts B.E., Mather A.E., Solubility of H2S and CO2 in Sulfolane. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 66(3): 519-520 (1988).
[29] Murrieta-Guevara F., Romero-Martinez A., Trejo A., Solubilities of Carbon Dioxide and Hydrogen Sulfide in Propylene Carbonate, N-Methylpyrrolidone and Sulfolane, Fluid Phase Equilibria, 44(1): 105-115 (1988).
[30] Jou F-Y., Deshmukh, R.D., Otto, F.D., Mather A.E., Solubility of H2S, CO2, CH4 and C2H6 in Sulfolane at Elevated Pressures, Fluid Phase Equilibria, 56: 313-324 (1990).
[31] Macgregor R.J., Mather A.E., Equilibrium Solubility of H2S and CO2 and Their Mixtures in a Mixed Solvent, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 69(6): 1357-1366 (1991).
[32] Sidi-Boumedine R., Horstmann S., Fischer K., Provost E., Fürst W., Gmehling J., Experimental Determination of Hydrogen Sulfide Solubility Data in Aqueous Alkanolamine Solutions, Fluid Phase Equilibria, 218(1): 149-155 (2004).
[33] Kamps P.-S., Balaban A., Jodecke M., Koranov J., Smirnova N.A., Maurer G., Solubility of Single Gases Carbon Dioxide and Hydrogen Sulfide in Aqueous Solutions of N-Methyldiethanolamine at Temperatures from 313 to 393 K and Pressures up to 7.6 MPa:  New Experimental Data and Model Extension, Industrial & Engineering Chemistry Research, 40(2): 696-706 (2001).
[34] Mathonat C., Majer V., Mather A.E., Grolier J.-P.E., Enthalpies of Absorption and Solubility of CO2 in Aqueous Solutions of Methyldiethanolamine, Fluid Phase Equilibria, 140(1-2): 171-182 (1997).