Аннотация
В.Г. Матвиенко, В.В. Кулик, Н.Ю. Траховцов - Фазовая диаграмма системы диоксид углерода – диэтиленгликоль – γ-бутиролактон Экспериментально исследована растворимость диоксида углерода в органическом абсорбенте ДЭГ – γ-БЛ на установке с ячейкой переменного объема. Получены изотермы растворимости диоксида углерода в данном абсорбенте в диапазоне температур 0–50°С и давлениях до 9 МПа. Полученные данные позволяют построить объемную диаграмму изученной системы во всей области равновесия жидкость – жидкость – пар в исследованном диапазоне температур.
При подготовке природного газа к транспорту, а также при очистке технологических газов, применяемых в качестве сырья для синтеза разнообразных органических продуктов, в качестве осушителя широкое распространение получил диэтиленгликоль (ДЭГ). Эффективность осушки газа существенно увеличивается при понижении температуры процесса. Однако из-за высокой вязкости ДЭГ не применяют при температурах ниже 10оС. Неплохим абсорбентом влаги из газа является также γ-бутиролактон (γ-БЛ). Смеси ДЭГ и γ-БЛ, обладающие невысокой вязкостью и низкими температурами кристаллизации, могут быть рекомендованы для низкотемпературной осушки.
Одним из распространенных компонентов природного газа, который необходимо удалять перед подачей газа в магистральные газопроводы, является диоксид углерода. При высоком парциальном давлении последнего растворимость его в ДЭГ настолько велика, что ДЭГ можно использовать и в качестве поглотителя СО2. Растворимость диоксида углерода в ДЭГ носит ограниченный характер. Если мольная доля СО2 в растворе при температурах, ниже его критической температуры (+ 31,04°С), превышает 0,33 – 0,37, то в системе появляется вторая жидкая фаза. Растворимость диоксида углерода в γ-БЛ носит неограниченный характер, однако при температурах, превышающих критическую температуру летучего компонента, наблюдается расслоение в жидкой фазе – сравнительно редко наблюдаемое явление. Очевидно, что в системе диоксид углерода – ДЭГ – γ-БЛ также должна быть ограниченная растворимость компонентов в жидкой фазе.
Нами была экспериментально исследована растворимость диоксида углерода в смесях ДЭГ – γ-БЛ с целью определения концентрационных границ области расслоения.
Экспериментальное исследование растворимости диоксида углерода в двухкомпонентных растворителях проводилось на установке с ячейкой переменного объема. Установка включала в себя снабженную малогабаритным вентилем ячейку равновесия из прозрачного кварцевого стекла, содержимое которой сжималось ртутью и перемешивалось с помощью внутренней никелевой мешалки. Движение последней вызывалось осевым перемещением наружного кольцевого магнита.
Массы компонентов в ячейке определялись путем взвешивания ее на аналитических весах.
Эксперимент проводился в такой последовательности. Ячейка с исследуемой системой с помощью резиновой пробки вставлялась снизу в прозрачный плексигласовый термостат и присоединялась к ртутной линии разделителя масло – ртуть. После термостатирования содержимого ячейки с помощью масляного пресса создавалось давление, превышающее возможное давление внутри ячейки при заданной температуре термостата. Ртуть из разделителя подавалась в ячейку, сжимая ее содержимое. После установления равновесия с помощью катетометра измерялись высоты столбов жидкой и газовой фаз в ячейке. Температура поддерживалась и измерялась нормальным термометром с погрешностью 0,02°С. Измерение давления с помощью образцового манометра МО-100 проводилось с максимальной ошибкой 40 кПа. Высота столбов фаз в ячейке измерялась катетометром В-630 с абсолютной ошибкой 0,015 мм при высотах столбов фаз 30-100 мм. В условиях эксперимента равновесие устанавливалось в течение 3 – 7 минут, что определялось по постоянству давления в процессе перемешивания.
Для примера на рис.1 приведены изотермы зависимости равновесного давления диоксида углерода над растворами его в двухкомпонентном растворителе ДЭГ – γ-БЛ с мольной долей ДЭГ 0,6754.
Рисунок 1 – Изотермы зависимости равновесного давления (Па) диоксида углерода от концентрации над растворами его в двухкомпонентном растворителе ДЭГ – γ-БЛ с мольной долей ДЭГ 0,6754
Как и следовало ожидать, в трехкомпонентной системе диоксид углерода – ДЭГ – γ-БЛ наблюдается ограниченная растворимость в жидкой фазе, причем область расслоения сужается при увеличении содержания γ-БЛ в растворителе.
На рис.2 показана проекция кривой расслоения в жидкой фазе системы диоксид углерода – ДЭГ – γ-БЛ при температуре 30°С на плоскость грани диоксид углерода – ДЭГ.
Рисунок 2 – Проекция кривой расслоения в жидкой фазе системы диоксид углерода – ДЭГ – γ-БЛ при температуре 30°С на плоскость грани диоксид углерода – ДЭГ
Полученные данные позволяют построить объемную диаграмму изученной системы во всей области равновесия жидкость – пар (жидкость – жидкость – пар) при температурах 0 – 50°С.