Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Введение На сегодняшний день традиционным способом промышленной очистки природного газа от кислых газов является аминоспиртовая хемосорбция [1-4]. Принцип процесса заключается в растворении диоксида углерода и сероводорода в растворах аминоспиртов, представляющих собой слабые основания, которые способны к ионизации растворённых в воде кислых газов. Далее сорбент с растворёнными в нём газами отводится в десорбер, где регенерируется путём нагрева и снижения давления. Третичные аминоспирты — наиболее распространённый сорбент. Это обусловлено относительно низкой энергоёмкостью процесса регенерации, меньшей коррозионной активностью, а также они в меньшей степени склонны к образованию токсичных побочных продуктов. Альтернативой аминоспиртам выступают ионные соединения. Они характеризуются меньшей экологической нагрузкой, высокой сорбционной ёмкостью, низким давлением паров, сравнительно высокой термической и химической стабильностью. Недостатком наиболее перспективных ионных жидкостей для растворения кислых газов является их высокая вязкость, которая препятствует массопереносу. Альтернативой аминоспиртовой хемосорбции выступает метод мембранного газоразделения — за счёт простоты эксплуатации, масштабируемости, энергоэффективности, при этом недостатком метода является низкая степень очистки в сравнении с сорбционными методами. В настоящей статье представлено исследование процесса удаления кислых газов из метансодержащих газовых смесей гибридным методом мембранно-абсорбционного газоразделения с применением абсорбентов на основе метилдиэтаноламина с добавлением ионной жидкости. Метод характеризуется высокой энергоэффективностью, проведением процесса разделения в одном массообменном аппарате, простотой эксплуатации и высокой степенью разделения. Результаты исследований Экспериментальная оценка предложенного способа удаления кислых газов методом мембранно­ абсорбционного газоразделения проводилась на примере модельной восьмикомпонентной газовой смеси, содержащей метан, этан, диоксид углерода, пропан, азот, бутан, сероводород и ксенон в соотношении: 75,68/7,41/5,40/4,53/3,01/2,47/1,39/0,11 мол. % соответственно. Ключевой особенностью мембранно-абсорбционного аппарата является применение комбинированной системы из двух типов половолоконных мембран, которые расположены одна внутри другой, а межмембранное пространство заполняется жидким абсорбентом. Процесс газоразделения происходит следующим образом. Газовая смесь под давлением подаётся в кожух аппарата, где попадает на внешнюю мембрану, которая представляет собой ультрафильтрационное волокно. Затем газовая смесь беспрепятственно попадает в слой абсорбента, который растворяет примесные компоненты кислых газов. Растворённый в абсорбенте газ контактирует с поверхностью газоразделительной половолоконной мембраной из полисульфона и, в свою очередь, растворяется на её поверхности, затем под действием перепада давления десорбируется с внутренней стороны мембраны. В качестве абсорбента была синтезирована ионная жидкость глицината ( 2 -гидроксиэтил)диметиламмония ([N 1 , 1 , 2 o h , 2 o h ] [Gly]). Схема синтеза представлена на рис. 1. На первом этапе была синтезирована [ N 1 , 1 , 2 o h , 2 o h ] [ C 1 ] путём добавления к диметилэтаноламину эквимолярного количества этиленхлоргидрина. Реакционную смесь нагревали до 343 К с обратным холодильником в течение 6 ч. Полученное ионное соединение несколько раз промывали диэтиловым эфиром. Растворитель декантировали, конечный продукт в течение 3 сут сушили в вакууме при температуре Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 260-263. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 260-263. Рис. 1. Схема синтеза [N 1 , 1 , 2 OH, 2 OH][Gly] © Крючков С. С., Атласкин А. А., Атласкина М. Е., Степакова А. Н., Смородин К. А., Воротынцев И. В., 2024 261