Моделирование реакции поглощения углекислого газа водными растворами аммиака и аминов

• Автор: Артемьева, Елена Леонидовна
• Шифр специальности: 02.00.13, 02.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОГЛОЩЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АММИАКА И АМИНОВ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Методы очистки попутных, промышленных и технологических газов

от кислых примесей.

1.2 Процесс аминовой очистки газов

1.3 Классификация аминов, использующихся для промышленной

очистки газов от примесей

1.4 Сравнительная характеристика промышленных абсорбентов аммиака и алканоламинов.

1.5 Механизмы реакций, лежащих в основе процесса извлечения углекислого газа растворами аммиака и аминов

1.5.1 Карбаматный механизм

1.5.2 Цвиттерионный механизм

1.5.3 Бикарбонатный механизм
1.5.4 Тримолекулярный механизм
1.6 Анализ экспериментальных и теоретических данных
исследования термодинамики и кинетики процесса аминовой очистки
1.7 Структурирование в водных растворах аммиака и аминов
1.8 Методы компьютерного моделирования, использующиеся для описания
процесса извлечения углекислого газа растворами аммиака и аминов
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКЦИИ ПОГЛОЩЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АММИАКА И АМИНОВ
2.1 Выбор квантовохимического метода расчета.
2.1.1 Определение относительной ошибки при расчете структурных параметров
2.1.2 Оценка адекватности квантовохимических методов расчета данным эксперимента.
2.2 Моделирование реакций, лежащих в основе процесса поглощения углекислого газа аммиаком и органическими аминами в газовой фазе.
2.2.1 Моделирование реакции поглощения углекислого газа аммиаком.
2.2.1.1 Возможность реализации карбаматного и цвиттерионного механизмов в газовой фазе
2.2.1.2 Возможность реализации бикарбонатного механизма в газовой
2.2.2 Моделирование реакции поглощения углекислого газа органическими аминами
2.3 Моделирование реакций, лежащих в основе процесса поглощения углекислого газа аммиаком и органическими аминами в водной фазе континуальная модель.
2.3.1 Моделирование реакции поглощения углекислого газа аммиаком континуальная модель.
2.3.1.1 Возможность реализации карбаматного и цвиттерионного механизмов континуальная модель
2.3.1.2 Возможность реализации бикарбонатного механизма континуальная модель.
2.3.2 Моделирование реакции поглощения углекислого газа органическими аминами континуальная модель.
2.4 Моделирование структурирования водных растворов аммиака, аминов и углекислого газа с применением дискретной модели
2.4.1 Закономерности структурирования водных растворов аммиака при поглощении С
2.4.1.1 Моделирование молекулярных комплексов ИНз Нп.
2.4.1.2 Определение состава и структуры первой гидратной оболочки молекулы аммиака
2.4.1.3 Моделирование молекулярных комплексов С Нп
2.4.1.4 Определение состава и структуры первой гидратной оболочки
молекулы С
2.4.2 Моделирование молекулярных комплексов Ыз Нп. Определение
состава и структуры первой гидратной оболочки аминов.
2.5 Моделирование взаимодействий, лежащих в основе процесса поглощения углекислого газа аммиаком и органическими аминами в водной фазе с применением дискретной модели
2.5.1 Возможность реализации карбаматного и цвиттерионного механизмов дискретная модель
2.5.2 Возможность реализации бикарбонатного механизма дискретная модель
2.5.3 Моделирование реакции поглощения углекислого газа органическими
аминами дискретная модель
3. МЕТОДИКА И ВЫБОР МЕТОДА КВАНТОВОХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕАКЦИИ ПОГЛОЩЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АММИАКА И АМИНОВ.
3.1 Методика квантовохимических расчетов для моделирования реакции поглощения углекислого газа водными растворами аммиака и аминов
3.1.1 Квантовохимические программы, использующиеся для компьютерного моделирования реакций и межмолекулярных взаимодействий.
3.1.2 Создание входного файла для определения молекулярной спецификации.
3.1.3 Расчет изолированных молекул и ионов процедура оптимизации.
3.1.4 Выполнение расчета учета электронной корреляции в методе теории возмущений МеллераПлессета
3.1.5 Решение колебательной задачи и анализ порядка стационарных
3.1.6 Нахождение переходного состояния.
3.1.7 Термохимический расчет изменения энталыши, свободной энергии и энтропии.
3.1.8 Проведение сканирования поверхности потенциальной энергии по координате реакции
3.1.9 Учет влияния растворителя континуальная модель
3.1. Учет влияния растворителя дискретная модель
3.1. Расчет пространственного строения молекулярных и ионных комплексов
3.1. Расчет энергии межмолекулярного взаимодействия в молекулярных
и ионных комплексах.
3.1. Учет суперпозиционной ошибки базисного набора ВВБЕ при расчете комплексов
3.1. Методика определения состава первой гидратной оболочки.
3.2 Методика оценки адекватности квантовохимических методов расчета
данным эксперимента.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Углекислый газ, кроме того, является балластом и увеличивает затраты на транспортировку газа, а также затрудняет переработку газа выделение этана, гелия и другие процессы, связанные с глубоким охлаждением газа 2. Концентрация С в газе, например, после конверсии окиси углерода, составляет К 3,4. Основные процессы очистки природного газа, синтезгаза нефтезаводских газов приведены в таблице 1. Таблица 1. Процесс Абсорбент Число установок на г. Наиболее простым и старым методом удаления С является водная очистка, относящаяся к типичному процессу физической абсорбции. При сравнительно небольших давлениях наблюдается линейная зависимость между парциальным давлением Рсог и растворимостью газа С в растворе 3. С ростом температуры процесса растворимость С в растворе заметно снижается. Теплота растворения С в воде при С составляет 5,0 ккалмоль. СО, потери водорода и загрязнение им СО2. Выбор процесса очистки газа определяется экономикой и зависит от многих факторов, основными из которых являются состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др3,4. В последние годы разработаны методы очистки газа растворами алканоламинов в органических растворителях или в смесях воды и органического растворителя. Кроме более низких теплоемкостей, давления насыщенных паров и теплоты испарения, преимуществом органических растворителей является то, что при абсорбции под давлением они сами начинают поглощать С за счет физической абсорбции, причем десорбция этой части растворенного газа достигается лишь сбросом давления 7. Основными процессами, применяемыми в газо и нефтеперерабатывающей промышленности, являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации 3. Ведущее место в мировой практике занимают хемосорбциопные аминовые процессы 8. Он зависит от растворимости компонента в абсорбенте при различных температурах и давлениях. С повышением температуры растворимости газа в жидкостях, абсорбционный обтем, как правило, уменьшается. От растворимости и расхода газа на реакцию зависит скорость химического взаимодействия, абсорбции и регенерации десорбции, скорость циркуляции растворителя между абсорбером и десорбером и связанный с этим расход энергии 9. При очистке газа от СО2 протекает ряд побочных процессов, в которых принимает участие двуокись углерода, кислород, сернистые соединения, материалы аппаратуры и др. Скорость этих побочных реакций обычно невелика по сравнению со скоростью основных реакций. Однако при длительной циркуляции раствора в системе накапливаются побочные продукты. Это приводит к забиванию и коррозии оборудования, ухудшает очистку, увеличивает расход тепла вследствие уменьшения коэффициентов массо и теплопередачи и потери абсорбента . Кроме этаиоламинов, традиционно используемых при очистке газов от кислых примесей, возможно использование и других абсорбентов, содержащих в своем составе одну или несколько аминогрупп табл. Таблица 1. Амины Структурная формула Т ЛС м. Дютаноламин ДЭА ОЕА . Продолжение таблицы 1. Кметилдиэтаноламин МДЭА МйЕА сн. Мономстнлэтаноламип ММЭА ММЕА НА мсн. Аминоэтнлэтаноламин АЭЭА АЕЕА НаМСН2СНг. Мамнноэгилииииразии АЭП АИР нм . Диметиламинопропиламин ДМАПА ОМАРА до, исн,сн. Метокснпроииламин МОПА МОРА снрснгснгсн2мне 8,7 ,1 е 5,7. Аминопропилморфолин АГ1М АРМ Л 0 менхден. Пентаметнлдиэтилентрнамин РМЭЕТА НА он, МСН. Тетраметил бисаминоэтилэтиловын эфир 2Р НА ,сн3 исн2снгосн2сн2. Пентаметилднпропиленлрнамин сн, н,сч ,сн, Н,СН ЫС1 НгГ н СД 7,0 1,4 ь 1 9,7 8. Продолжение таблицы 1. Т риэтилентетрам и н ТЕТА i. X0 X0 0 X1 0 X2 ,ii3i 2. НК1 ,,3. Т3 . Пенски Мартенса РМСС, с I , при I , температуры вспышки, определенная в открытом тигле методом Кливленда СОС, v приблизительно для водного раствора i при , первичный компонент при 5 I при при I температура начала кипения I, iii ii i. Для очистки технологических газов от углекислого газа в некоторых процессах применяют водный аммиак .