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采用胺液脱硫是石油天然气工业常用的方法。胺液在脱硫过程中由于降解等原因导致热稳态盐(HeatStableSalts,简称HSS)的产生和积累,进而引起胺液发泡、胺液脱硫效率下降、过滤器寿命减短和设备腐蚀等严重后果,造成重大的的经济损失。本论文就脱硫胺液中热稳态盐的去除和检测提出新的方法。设计出采用电解水去除热稳态盐的电化学装置,建立了检测脱硫胺液中的热稳态盐的电渗析离子交换-离子色谱法。
本论文共分为三章:
第一章介绍了热稳态盐的形成及危害,评价了现有关于热稳态盐的去除和检测方法,提出本论文研究热稳态盐去除方法和检测的技术路线和创新意义。
第二章分为四节:第一节为前言部分,简要介绍了本章的工作内容。第二节介绍了胺液脱硫装置中热稳态盐电化学去除法原理及工艺流程,给出了两种不同规格电化学去除装置的工作参数及设计方案,初步评价装置的特点。第三节介绍了小型电化学去除装置,配制含HSS模拟胺液在不同实验条件下利用该装置进行HSS的去除实验。结果表明,本装置所承受最大电流为1.2A,最大流速为5.5mL/min,在电流为0.8A,流速为3.0mL/min下,HSS为5%的胺液经循环3次可达到去除目标值,装置去除率较高,可达89.9%。第四节介绍了放大了的去除装置,并利用该装置进行热稳态盐的去除。实验结果表明:本装置可一次性去除HSS至目标值所允许HSS的最高浓度为2.0%。本装置的电流效率为64%~78%。本装置最大流量可至35mL/min,当胺液含有高浓度的HSS(3%)时,须在同一电流和流量下多次循环方可达到去除目标,本实验中循环3次。实验过程中比较了大电流(3A)、一次循环和小电流(1.5A)、多次循环(2次)两种模式的能耗,结果表明小电流、多次循环模式能耗较低。在实验所取得的数据中,对本方法的经济效益进行初步预算,并参照文献以及到工厂进行实地考察,与传统的离子交换法做对比,结果表明本方法运行费用为150.95元/吨,日运行费用为42.26元,较离子交换法低,约为其费用一半。
第三章分为两节:第一节介绍了电渗析离子交换-离子色谱法检测脱硫胺液中的热稳态盐。设计了一种填有强酸型阳离子交换树脂的电渗析离子交换装置,建立了电渗析离子交换-离子色谱法检测脱硫胺液中热稳态盐的分析方法,并分析了其工作原理。含有热稳态盐的胺液流经电渗析离子交换装置后,热稳态盐由胺液介质转化为水介质。热稳态盐的介质转换及离子交换树脂的再生过程连续进行,无需间歇操作。同时通过实验得到了电渗析离子交换的较佳实验条件:胺液流量1.0mL/min,电流100mA,胺液循环次数4次,分析无机阴离子的洗脱液为3.5mmol/LNa2CO3+1.0mmol/LNaHCO3,分析有机阴离子的洗脱液为0.5mmol/LNa2CO3+0.5mmol/LNaHCO3。在此条件下分析热稳态盐试样,得到Cl-,SO42-,HCOO-,CH3COO-,CH3CH2COO-的检测限分别为0.005,0.02,0.01,0.05,0.08mg/L,线性范围为0.09~100mg/L,加标回收率为81.0%~113.0%。该方法只用水无需采用化学试剂,且方法简单、快速、灵敏、准确。第二节在参考文献的基础上,以自制的离子交换柱,建立起离子交换-容量法检测脱硫胺液中的热稳态盐,为第二章“脱硫胺液中热稳态盐的电化学去除法”中热稳态盐总量的检测提供快速方法。实验结果表明,本方法中树脂柱高度为12cm,流速范围为0.8~1.2mL/min时效果最佳。由结合实际实验测得本方法平均回收率为99.5%,线性范围为0.5%~3%,精密度为0.16%~0.42%,检出限为0.5%。当胺液中热稳态盐含量较高时,该方法准确可靠,可作为常规总量分析的一种检测方法。
本课题的创新性在于:
1.首次设计了一种采用电解水产生再生离子连续去除脱硫胺液中热稳态盐的电化学装置,并在小槽及放大实验中取得满意数据。
2.采用电解水去除脱硫胺液中热稳态盐的电化学方法既克服了电渗析法不能深度去除热稳态盐的缺点,又克服了离子交换法不能连续去除热稳态盐的缺点。
3.率先研制出一种离子色谱法检测脱硫胺液中热稳态盐的电渗析-离子交换预处理装置,省去消耗性的需间歇再生的固相萃取柱。