Равновесие жидкость-пар в системе диоксид углерода – диэтиленгликоль – N-метилпирролидон при повышенных давлениях

Аннотация

В.Г. Матвиенко, Н.Ю. Траховцов – Равновесие жидкость-пар в системе диоксид углерода – диэтиленгликоль – N-метилпирролидон при повышенных давлениях В ячейке переменного объема изучено равновесие в системе диоксид углерода – диэтиленгликоль – N-метилпирролидон при температурах 0–50°С и давлениях до 9 МПа. Полученные данные использовались для определения термодинамических характеристик диоксида углерода в данной системе. Предложено использование данной системы для комплексной очистки газовых смесей от диоксида углерода, сероводорода, водяных паров.

Промышленно важные газовые смеси, включая природный газ и технологические газы, имеют в своем составе примеси, которые необходимо удалять. Это, прежде всего, диоксид углерода, сероводород, меркаптаны, водяные пары. Диоксид углерода и сероводород оказывают коррозионное действие на аппаратуру, пары воды в трубопроводах природного газа могут вызвать образование газовых гидратов. Помимо этого, сероводород и меркаптаны ядовиты.

Для очистки газов от диоксида углерода, сероводорода и водяных паров в промышленности часто целесообразно использовать явление физической абсорбции. В настоящее время в качестве абсорбентов влаги широкое распространение получили диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (ТЭГ). Гликоли обладают высокой вязкостью [1], поэтому с целью ее снижения целесообразно в состав абсорбента вводить второй компонент с небольшой вязкостью, в частности N-метилпирролидон (N-МП). N-МП имеет невысокую вязкость даже при низких температурах [2] и обладает хорошей поглотительной способностью по отношению к влаге.

В связи с отсутствием в печати данных по растворимости диоксида углерода в смесях ДЭГ – N-МП нами было проведено экспериментальное определение растворимости диоксида углерода в двухкомпонентном абсорбенте состава 47,1% мол. ДЭГ и 52,9% мол. N-МП. Исследование проводилось на установке с прозрачной ячейкой равновесия переменного объема, разработанной на кафедре физической и органической химии ДонНТУ [3]. Как следует из приводимых данных (рис.1) в исследованном интервале параметров (температурный интервал 0-50°С и давление до 9 МПа) в системе нет расслоения в жидкой фазе даже при мольной доле диоксида углерода, превышающей 0,5. Очевидно, появление второй жидкой фазы в системе следует ожидать при еще более высокой концентрации диоксида углерода, поскольку растворимость последнего в ДЭГ носит ограниченный характер, а в N-МП – неограниченный. Растворимость диоксида углерода в исследованном двухкомпонентном абсорбенте велика и сильно возрастает с увеличением давления и понижением температуры, что позволяет рекомендовать раствор ДЭГ – N-МП для очистки газовых смесей от СО₂ при высоком парциальном давлении последнего.

Полученные данные использовались для определения термодинамических характеристик диоксида углерода в трехкомпонентной системе СО₂ – ДЭГ – N-МП: активности и коэффициента активности, избыточной энергии Гиббса, парциальной молярной теплоты растворения. Парциальная молярная теплота растворения рассчитывалась по методике, предложенной ранее [4]. При этом учитывалось отклонение поведения газообразного диоксида углерода от поведения идеального газа (коэффициентом сжимаемости z) и принимался во внимание парциальный молярный объем диоксида углерода в равновесном растворе.

Полученные данные по растворимости диоксида углерода в абсорбенте ДЭГ – N-МП могут быть положены в основу расчетов технологического процесса очистки газовых смесей от диоксида углерода.

Источники

1. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / Дымент О.Н., Казанский К.С., Мирошников А.М. – М.: Химия, 1976. – 376 с.
2. Очистка газа / Коуль А.Л., Ризенфельд Ф.С– М.: Недра, 1968. – 411 с.
3. Равновесие жидкость-пар и объемные свойства жидкой фазы в системе γ-бутиролактон – диоксид углерода при повышенных давлениях / Матвиенко В.Г., Ярым-Агаев Н.Л. // ЖПХ. – 1999. – Т. 72. – № 7. – С. 1085–1089.
4. Определение термодинамических характеристик компонентов в бинарных двухфазных системах с газовой фазой чистого компонента при повышенных давлениях / В.Г.Матвиенко, Н.Л.Ярым-Агаев, Е.В.Куковинец, Л.С.Нифантова. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: хімія і хімічна технологія. Випуск 119 (9). Донецьк - 2007. С. 44 – 54.