Удаление кислых газов из метансодержащих газовых смесей методом мембранно-абсорбционного газоразделения. Половолоконная конфигурация модуля с абсорбирующей системой на основе глицината диметилдиэтаноламмония

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследование посвящено продолжению разработки, усовершенствованию и оптимизации нового гибридного метода разделения – мембранно-абсорбционного газоразделения, который предназначен для переработки метансодержащих газовых смесей, а именно для удаления кислых газов. Вторая часть посвящена созданию абсорбирующих растворов и их применению в предлагаемой технологии с целью повышения эффективности удаления кислых газов и снижения потерь углеводородов. Предложены и исследованы абсорбенты кислых газов на основе водных растворов метилдиэтаноламина, содержащие ионную жидкость [M2E2A][Gly]. В результате исследования определен оптимальный состав абсорбента для дальнейших испытаний по разделению в установке мембранно-абсорбционного газоразделения. Эффективность процесса исследована на примере восьмикомпонентной газовой смеси, содержащей метан, этан, пропан, н-бутан, азот, диоксид углерода, сероводород и ксенон. Установка мембранно-абсорбционного газоразделения продемонстрировала высокую эффективность удаления кислых газов и высокую степень извлечения углеводородов. Конечная эффективность исследуемой системы с новым абсорбентом составила до 99% по удалению кислых газов с потерями углеводородов до 1% при максимальной производительности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Е. Атласкина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва

А. А. Атласкин

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва

А. Н. Петухов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва; Нижний Новгород

К. А. Смородин

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва

С. С. Крючков

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва

И. В. Воротынцев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: atlaskina.m.e@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Mendonça A.K. de S., de Andrade Conradi Barni G., Moro M.F., Bornia A.C., Kupek E., Fernandes L // Sustainable Production and Consumption. 2020. V. 22. P. 58–67.
  2. Smith C., Hill A.K., Torrente-Murciano L. // Energy and Environmental Science. 2020. V. 13. I. 2. P. 331–344.
  3. Pata U.K. // Renewable Energy. 2021. V. 173. P. 197–208.
  4. Ebrahimi A., Ziabasharhagh M. // Energy Conversion and Management. 2020. V. 209. № 112624.
  5. Xu D., Wu Q., Zhou B., Li C., Bai L., Huang S. // IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2020. V. 11. I. 4. P. 2457–2469.
  6. Tcvetkov P., Cherepovitsyn A., Makhovikov A. // Energy Reports. 2020. V. 6. P. 391–402.
  7. Azam A., Rafiq M., Shafique M., Zhang H., Yuan J. // Energy. 2021. V. 219. № 119592.
  8. Wright R.F., Lu P., Devkota J., Lu F., Ziomek-Moroz M., Ohodnicki P.R. // Sensors (Switzerland). 2019. V. 19. I. 18. № 3964.
  9. Karthigaiselvan K., Panda R.C. // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. V. 95. № 104087.
  10. Harrigan D.J., Lawrence J.A., Reid H.W., Rivers J.B., O’Brien J.T., Sharber S.A., Sundell B.J. // Journal of Membrane Science. 2020. V. 602. № 117947.
  11. Jasim D., Mohammed T., Abid M. // Engineering and Technology Journal. 2022. V. 40. I. 3. P. 441–450.
  12. Gupta N.K., Achary S.N., Viltres H., Bae J., Kim K.S. // Scientific Reports. 2023. V. 13. I. 1. № 2330.
  13. Zhang W., Garg N., Peter Andersson M., Chen Q., Zhang B., Gani R., Mansouri S.S. // Separation and Purification Technology. 2022. V. 286. № 120436.
  14. Jahandar Lashaki M., Khiavi S., Sayari A. // Chemical Society Reviews. 2019. V. 48. I. 12. P. 3320–3405.
  15. Mukhtar A., Saqib S., Mellon N.B., Babar M., Rafiq S., Ullah S., Bustam M.A., Al-Sehemi A.G., Muhammad N., Chawla M. // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2020. V. 77. № 103203.
  16. Abd A.A., Naji S.Z., Hashim A.S., Othman M.R. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020. V. 8. I. 5. № 104142.
  17. Siegelman R.L., Milner P.J., Kim E.J., Weston S.C., Long J.R. // Energy and Environmental Science. 2019. V. 12. I. 7. P. 2161–2173.
  18. Калмыков Д.О., Широких С.А., Матвеев Д.Н., Анохина Т.С., Баженов С.Д. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 13. С. 380
  19. Алентьев А.Ю., Волков А.В., Воротынцев И.В., Максимов А.Л., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. Т. 11. С. 283
  20. Mulk W.U., Ali S.A., Shah S.N., Shah M.U.H., Zhang Q.J., Younas M., Fatehizadeh A., Sheikh M., Rezakazemi M. // Journal of CO2 Utilization. 2023. V. 75. № 102555.
  21. Sun W., Wang M., Zhang Y., Ding W., Huo F., Wei L., He H. // Green Energy and Environment. 2020. V. 5. I. 2. P. 183–194.
  22. Lian S., Song C., Liu Q., Duan E., Ren H., Kitamura Y. // Journal of Environmental Sciences (China). 2021. V. 99. P. 281–295.
  23. Liu Y., Dai Z., Zhang Z., Zeng S., Li F., Zhang X., Nie Y., Zhang L., Zhang S., Ji X. // Green Energy and Environment. 2021. V. 6. I. 3. P. 314–328.
  24. Kazarina O. V., Petukhov A.N., Nagrimanov R.N., Vorotyntsev A. V., Atlaskina M.E., Atlaskin A.A., Kazarin A.S., Golovacheva A.A., Markin Z.A., Markov A.N., Barysheva A. V., Vorotyntsev I. V. // Journal of Molecular Liquids. 2023. V. 373. № 121216.
  25. Pishnamazi M., Nakhjiri A.T., Taleghani A.S., Marjani A., Heydarinasab A., Shirazian S. // Journal of Molecular Liquids. 2020. V. 314. № 113635.
  26. Daryayehsalameh B., Nabavi M., Vaferi B. // Environmental Technology and Innovation. 2021. V. 22. № 101484.
  27. Chen F.-F., Huang K., Fan J.-P., Tao D.-J. // AIChE Journal. 2017. V. 64. I. 2. P. 632–639.
  28. Sistla Y.S., Khanna A. // Chemical Engineering Journal. 2015. V. 273. I. September. P. 268–276.
  29. Yim J.H., Ha S.J., Lim J.S. // Journal of Supercritical Fluids. 2018. V. 138. P. 73–81.
  30. Noorani N., Mehrdad A. // Fluid Phase Equilibria. 2020. V. 517. P. 112591.
  31. Petukhov A.N., Atlaskin A.A., Kryuchkov S.S., Smorodin K.A., Zarubin D.M., Petukhova A.N., Atlaskina M.E., Nyuchev A. V., Vorotyntsev A. V., Trubyanov M.M., Vorotyntsev I. V., Vorotynstev V.M. // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 421. № 127726.
  32. Atlaskin A.A., Kryuchkov S.S., Smorodin K.A., Markov A.N., Kazarina O. V., Zarubin D.M., Atlaskina M.E., Vorotyntsev A. V., Nyuchev A. V., Petukhov A.N., Vorotyntsev I. V. // Separation and Purification Technology. 2021. V. 257. № 117835.
  33. Atlaskin A.A., Kryuchkov S.S., Yanbikov N.R., Smorodin K.A., Petukhov A.N., Trubyanov M.M., Vorotyntsev V.M., Vorotyntsev I. V. // Separation and Purification Technology. 2020. V. 239. № 116578.
  34. Petukhov A.N., Atlaskin A.A., Smorodin K.A., Kryuchkov S.S., Zarubin D.M., Atlaskina M.E., Petukhova A.N., Stepakova A.N., Golovacheva A.A., Markov A.N., Stepanova E.A., Vorotyntsev A. V., Vorotyntsev I. V. // Polymers. 2022. V. 14. I. 11. № 2214.
  35. Сырцова Д.А., Шалыгин М.Г., Тепляков В.В., Palanivelu K., Зиновьев А.В., Пискарев М.С., Кузнецов А.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. С. 48.
  36. Atlaskina, M. E., Kazarina, O. V., Petukhov, A. N., Atlaskin, A. A., Tsivkovsky, N. S., Tiuleanu, P., Malysheva Y.B., Lin, H., Zhong, G., Lukoyanov A.N., Vorotyntsev A. V., Vorotyntsev, I. V. // Journal of Molecular Liquids. 2024. V. 395. № 123635.
  37. Fu D., Zhang P., Mi C. L. // Energy. 2016. V. 101. P. 288–295.
  38. Othmer D. F., Thakar M. S. // Ind. amp; Eng. Chem. 1953. V. 45. I. 3. P. 589-593.
  39. Barzagli F., Lai S., Mani F. // ChemSusChem. 2015. V. 8. – I. 1. P. 184-191.
  40. Zhang F., Ma J.W, Zhou Z., Wu Y.T, Zhang Z.B. // J. Chem. Eng. 2012. V. 181. P. 222–228.
  41. Ahmady A., Hashim M.A., Aroua M.K. // Chemical engineering journal. 2011. V. 172. I. 2–3. P. 763–770.
  42. Cullinane J. T., Rochelle G. T. // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. V. 45. I. 8. P. 2531–2545.
  43. Arachchige U. S. P. R., Aryal N., Eimer D. A., Melaaen, M. C. // Annu. trans. Nord. Rheol. Soc. 2013. V. 21. P. 299.
  44. Fu D., Zhang P., Wang L. M. //Energy. 2016. V. 113. P. 1–8.
  45. Sun, C., Wen, S., Zhao, J., Zhao, C., Li, W., Li, S., & Zhang, D. // Energy & Fuels. 2016. V 31. I. 11. P. 12425–12433.
  46. Friess K., Izák P., Kárászová M., Pasichnyk M., Lanč M., Nikolaeva D., Luis P., Jansen J. // Membranes. 2021. V. 11. I. 2. P. 97.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектр ЯМР 1Н [M2E2A][Gly]

Скачать (475KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Принципиальная схема установки для определения газотранспортных характеристик мембраны в сопряжении с масс-спектрометром. РРГ – регулятор расхода газа, РДГ – регулятор давления газа, ИРЖ – измеритель расхода жидкости

Скачать (3MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Принципиальная схема экспериментальной установки для экспериментальной оценки эффективности мембранно-абсорбционного газоразделительного модуля. 1, 2 – регуляторы расхода газа; 3, 4 – преобразователи давления; 5 – регулятор давления газа “до себя”; 6 – четырехпортовый переключающий кран; 7 – газовый хроматограф

Скачать (797KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Принципиальная схема мембранной газоразделительной ячейки

Скачать (436KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость сорбционной емкости водных растворов МДЭА с различным содержанием ИЖ по отношению к CO2 от времени насыщения: 0%–20% [33], 30% – эта работа

Скачать (328KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость вязкости раствора от массовой доли [M2E2A][Gly]

Скачать (165KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Влияние массовой доли аминов на сорбционную емкость и вязкость водных растворов МДЭА а) зависимость сорбционной емкости водных растворов МДЭА от массовой доли аминов (МДЭА+ИЖ); б) зависимость вязкости водных растворов МДЭА от массовой доли аминов (МДЭА+ИЖ)

Скачать (361KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость содержания метана в потоке ретентата от величины доли отбора

Скачать (120KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость содержания этана, пропана и бутана в потоке ретентата от величины доли отбора

Скачать (172KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость содержания азота в потоке ретентата от величины доли отбора

Скачать (110KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимость содержания ксенона в потоке ретентата от величины доли отбора

Скачать (97KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Зависимость содержания диоксида углерода и сероводорода в потоке ретентата от величины доли отбора

Скачать (155KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024