Осушка и очистка природного газа от примесей сероводорода и углекислого газа на обменных формах гранулированных цеолитов А и Х без связующих веществ

• Автор: Илибаев, Радик Салаватович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Перечень сокращений, условных обозначений Введение
Глава 1 Литературный обзор
1.1 Способы осушки и очистки от сероводорода и диоксида углерода газовых сред
1.1.1 Адсорбционные методы
1.2 Классификация адсорбентов и адсорбатов
1.2.1 Важнейшие физико-химические характеристики адсорбентов
1.2.2 Цеолитсодержащие адсорбенты
1.3 Промышленные технологии адсорбционной осушки и очистки от сернистых соединений и диоксида углерода газообразных углеводородов на цеолитсодержащих адсорбентах
1.3.1 Осушка газов
1.3.2 Очистка газообразных углеводородов от сероводорода
1.3.3 Очистка газов от диоксида углерода
1.4 Регенерация цеолитсодержащих адсорбентов Глава 2 Объекты и методы исследования
2.1 Методики синтеза различных катионообменных форм цеолитов КаА-БСиЫаХ-БС
2.1.1 Методики синтеза цеолитов ХаА-БС и ХаХ-БС
2.1.2 Методика ионного обмена катионов Ха+ на катионы К+, Ьі+, ГЩ/, Са2+, М§2+ и Ьа3+ в цеолитах типа А и X
2.2 Методики исследования свойств синтезируемых цеолитных адсорбентов
2.2.1 Определение химического состава адсорбентов
2.2.2 Определение фазового состава и параметров ячейки цеолитов
2.2.3 Исследование параметров пористой структуры цеолитсодержащих адсорбентов
2.2.4 Методика определения предельных адсорбционных емкостей адсорбентов по углекислому газу, парам воды, н-гептана и бензолу
2.2.5 Методики определения адсорбционной активности гранулированных цеолитов в проточных адсорберах при осушке и очистке природного газа от сероводорода и углекислого газа
2.2.5.1 Методика определения адсорбционной активности по парам воды
2.2.5.2 Методика определения адсорбционной активности по углекислому газу
2.2.5.3 Методика определение адсорбционной активности по сероводороду
Глава 3 Синтез и исследование фазового состава, степени кристалличности и характеристик пористой структуры К, 1л, Н, Са, М§ и Ьа-форм цеолитов А-БС и Х-БС
3.1 Изучение влияния количества ионообменных обработок на степени обмена катионов 1Ча+ на катионы К+, л, ЬГ, Са2+, М1' и Ьа3+ в цеолите А-БС
3.2 Исследование влияния обмена катионов Ыа+ на катионы К+, Ы+, ГГ, Са2+, М£2+ и Ьа3+ на характеристики кристаллической решетки и пористой структуры цеолита А-БС
3.3 Изучение влияния количества ионообменных обработок на степень обмена катионов №+ на катионы К+, 1л+, ГГ1", Са2+, Mg2+ и Ьа3+ в цеолите Х-БС
3.4 Исследование влияния обмена катионов Иа+ на катионы К+, 1л+, Н+, Са2+, М£2+ и Ьа3+ на характеристики кристаллической решетки и пористой структуры цеолита Х-БС
Глава 4 Изучение адсорбционных характеристик обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС при осушке и очистке природного газа от примесей сероводорода и углекислого газа
4.1 Изучение предельных адсорбционных емкостей обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС по углекислому газу, парам воды, н-гептана и бензола
4.1.1 Предельные адсорбционные емкости обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС по парам воды
4.1.2 Предельные адсорбционные емкости обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС по углекислому газу
4.1.3 Предельные адсорбционные емкости обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС по парам н-гептана
4.1.4 Предельные адсорбционные емкости обменных форм цеолитов Х-БС по парам бензола
4.2 Изучение активностей обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС при адсорбционной осушке и очистке природного газа от примесей сероводорода и углекислого газа
4.2.1 Активности обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС при адсорбционной осушке природного газа
4.2.2 Активности обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС при адсорбционной очистке природного газа от примесей сероводорода
4.2.3 Активности обменных форм цеолитов А-БС и Х-БС при адсорбционной очистке природного газа от примесей углекислого газа

4.3 Наработка опытно-промышленной партии цеолита КА-БС и ее испытание в адсорбционной осушке углеводородного газа на 103 Белозерном ГПК
4.3.1 Наработка опытно-промышленной партии цеолита КА-БС
4.3.2 Испытание 10 тонн адсорбента КА-БС на установке адсорбционной осушки природного газа Белозерного ГПК
Выводы
Список литературы
Перечень сокращений, условных обозначений цеолиты ЫаА и №Х - порошкообразные цеолиты ЫаА и ИаХ; цеолиты ЫаА-БС и ЫаХ-БС - гранулированные цеолиты ЫаА и ЫаХ без связующих веществ;
РС - реакционная смесь; М - модуль;
1и.о., 2и.о. и Зи.о. - первый, второй и третий ионный обмены;
а(ыак)> а-(х а—» ьО» СХ(ыа—>N44)5 С(ыа—>н)? С(ха—> Са)> СС(ыаМё) И а(Ма ьа) “ СТепеНИ
I | | | ъ | 2
обмена катионов Иа на катионы К , Ы , ПНд , Са , ]У и Ьа в цеолитах; А(Н20), А(С02), А(Н2Б), А(СбН6) и А(н-С7Н16) - предельные адсорбционные емкости по Н20, С02, Н2Б, СбН6 и н-СуН;
0(Н20), 0(С02), П(Н28) - динамические адсорбционные активности по Н20, С02, Н28 при осушке и очистке метана;
РФА - рентгенофазовый анализ;
РСА - рентгеноструктурный анализ;
МРП - метод ртутной порометрии; пор вод - общий объем пор цеолита по водопоглощению, см3/г;
- кажущаяся удельная поверхность цеолита по низкотемпературной адсорбции N2, м2/г;
8уд - удельная поверхность цеолита по МРП, м2/г;
пор - объем пор цеолита по МРП, см3/г; бвх - размер входных окон в микропоры отдельных кристаллов цеолита, нм.

Глава 2 Объекты и методы исследования
2.1 Методики синтеза различных катионообменных форм цеолитов ХаА-БС и ХаХ-БС
2.1.1 Методики синтеза цеолитов ХаА-БС и ХаХ-БС
В литературном обзоре уже отмечалось, что в настоящее время в промышленных процессах осушки и очистки от сероводорода и углекислого газа различных по составу газовых сред все более широко применяют гранулированные цеолиты А-БС в Ха, К и Са-формах. Подобные цеолитные материалы обладают более высокими значениями адсорбционных характеристик и механической прочности, чем аналогичные формы гранулированного цеолита А со связующими веществами. В данной диссертационной работе синтезировали не только образцы цеолита ХаА-БС, но и цеолита ХаХ-БС. Их синтезировали по способам, разработанным в ИНК РАН [ 50, 81]. Их принципиальные схемы приведены на рисунках 2.1 и 2.2.
Видно, что они включают следующие стадии: кристаллизацию высокодисперсных цеолитов А и X; последующее смешение одного из полученных цеолитов с каолином, порообразующими добавками и грануляцию; а также термообработку при 600-650 °С и кристаллизацию гранул в единые сростки кристаллов указанных выше цеолитов.
Кристаллизацию гранул осуществляли в следующих условиях:
ХаА-БС - состав РС (2,0-2,4)Ха2ОАЛ203-(2,0-2,2)8Ю2*(60-100)Н20,
25-30 °С (1ч), 60 °С (20ч);
ХаХ-БС - состав РС (2,3-2,6)Ха2ОАЛ2О3*(3,0-3,5)8Ю2-(60-80)Н2О,
25-30 °С (8ч), 96 °С (24ч).
2.1.2 Методика ионного обмена катионов Ха+ на катионы К+, 1л+, ХН4+, Са2+, Mg2+ и Ьа3+ в цеолитах типа А и X
К+, 1л+, ХН4+, Са2+, М£2+ и Ьа3+- формы цеолитов А и X синтезировали
ионным обменом в водных растворах. Использовали водные растворы хлоридов лития, калия, аммония, кальция и магния, а также нитрат лантана.