penyerapan H₂S

H₂S adalah asam lemah yang bereaksi dengan amina apa pun (primer, sekunder, atau tersier) melalui mekanisme transfer proton yang cepat-- tidak diperlukan pembentukan ikatan:

R₃N + H₂S → R₃NH⁺ + HS⁻ (cepat, difusi-terbatas)

Reaksi ini sangat cepat sehingga dikendalikan oleh perpindahan massa (difusi H₂S ke antarmuka gas-cair), bukan oleh kinetika reaksi. Semua jenis amina menyerap H₂S pada tingkat yang sama di bawah gaya penggerak yang setara.

penyerapan CO₂

CO₂ harus membentuk ikatan kovalen baru dengan nitrogen amina (primer/sekunder) atau melalui tahap hidrasi-air yang lambat (tersier). Hal ini membuat penyerapan CO₂ secara intrinsik lebih lambat dibandingkan H₂S dan bergantung pada jenis amina:

Primer/sekunder: CO₂ + RNH₂ → karbamat (cepat - milidetik)

Tersier: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → bikarbonat (lambat - detik ke menit)

⚡ 1. Laju penyerapan (konstanta laju orde kedua-k₂)

Laju reaksi amina dengan CO₂ dalam film cair menentukan efisiensi penyerap. Untuk amina primer (NBEA, MEA), k₂ adalah 5.000–8.000 L/mol·s pada 25 derajat . Untuk amina sekunder (BDEA, DEA), k₂ adalah 1.000–3.000 L/mol·s. Untuk amina tersier (DMEA, DEAE, MDEA), k₂ efektif adalah 0,1–10 L/mol·s - yang didominasi oleh langkah hidrasi air. K₂ yang lebih tinggi berarti kolom penyerap yang lebih pendek atau throughput yang lebih tinggi untuk pemisahan yang sama.

📦 2. Kapasitas pemuatan teoritis (mol gas asam / mol amina)

Amina primer dan sekunder membentuk karbamat - satu molekul CO₂ bereaksi dengan dua molekul amina (satu membentuk karbamat, satu lagi menerima proton), memberikan muatan teoritis sebesar 0,5 mol CO₂/mol amina. Amina tersier membentuk bikarbonat - satu amina menerima satu proton per molekul CO₂ - memberikan muatan teoretis sebesar 1,0 mol CO₂/mol amina. Dalam praktiknya, pembebanan kaya jarang melebihi 0,45–0,5 untuk primer/sekunder atau 0,7–0,8 untuk tersier karena batas korosi dan viskositas. Kapasitas pemuatan yang lebih tinggi secara langsung mengurangi laju sirkulasi pelarut yang dibutuhkan.

🔥 3. Kalor serapan (kJ/mol CO₂)

Pembentukan karbamat melepaskan 80–100 kJ/mol CO₂ lebih banyak panas dibandingkan pembentukan bikarbonat (~50 kJ/mol). Panas tambahan ini harus disuplai ke reboiler regenerator untuk membalikkan reaksi - itulah sebabnya sistem amina primer memerlukan tugas reboiler sebesar 160–200 kJ/mol CO₂ sedangkan sistem amina tersier hanya memerlukan 80–100 kJ/mol CO₂. Untuk pabrik yang membuang 1.000 ton/hari CO₂, perbedaan ini mewakili sekitar 40–60 MW tugas reboiler - yang merupakan biaya operasional dominan.

💧 4. Kehilangan uap pelarut (titik didih dan tekanan uap)

Alkanolamin yang hilang dari aliran gas yang diolah merupakan biaya operasional (persyaratan perbaikan) dan tanggung jawab lingkungan (emisi amina ke atmosfer). Titik didih yang lebih tinggi dan tekanan uap yang lebih rendah secara langsung mengurangi sisa pelarut-. BDEA (bp 274 derajat, vp<0.01 hPa) loses 20–30× less solvent per unit volume of gas treated than MEA (bp 171 °C, vp ~0.5 hPa). For offshore gas treating where overboard discharge is restricted, BDEA's low volatility provides a compelling advantage.

🛡️ 5. Tingkat korosif dan degradasi

Larutan kaya amina pada pembebanan tinggi bersifat korosif terhadap baja karbon - terutama karena CO₂ terlarut yang membentuk asam karbonat pada permukaan logam, dan aktivitas ion karbamat pada permukaan baja. Amina primer pada muatan kaya di atas 0,4 mol/mol dalam peralatan baja karbon memerlukan inhibitor korosi (vanadium pentoksida 0,1–0,5%) atau internal baja tahan karat. Amina tersier (DMEA, DEAE) kurang korosif pada pembebanan setara karena bikarbonat yang terbentuk kurang agresif dibandingkan karbamat. Amina karbamat sekunder BDEA menunjukkan korosifitas menengah.

NBEA - amina primer, penggunaan khusus pengolahan gas

• Campuran-tahan busa:Hidrofobisitas parsial rantai butil meningkatkan perilaku tegangan permukaan larutan amina, mengurangi kecenderungan berbusa saat bersentuhan dengan aliran gas kaya hidrokarbon (gas terkait, kondensat gas). Sistem berbasis MEA-yang bersentuhan dengan hidrokarbon C5+ sering kali berbusa; NBEA-yang mengandung campuran lebih tahan.
• Kontribusi amina primer dalam campuran:Jika amina primer yang-menyerap dengan cepat diperlukan namun tekanan uap MEA yang tinggi tidak diinginkan, titik didih NBEA yang lebih tinggi (199 derajat vs 171 derajat untuk MEA) mengurangi overhead amina penyerap yang terbawa-.
• Suguhan khusus-bervolume kecil:Untuk unit pemanis-yang dipasang di selip kecil yang memproses gas asam dengan H₂S dan CO₂ sedang, NBEA pada 25–35% memberikan pengolahan yang efektif dalam satu-sistem pelarut.

BDEA - amina sekunder, penggunaan khusus pengolahan gas

• Perlakuan kerugian-rendah di lepas pantai:Tekanan uap BDEA (<0.01 hPa) is among the lowest of any commercial alkanolamine. Offshore gas treating on FPSOs (floating production, storage, offloading vessels) and platform facilities where amine discharges to sea are tightly regulated benefit significantly from BDEA as a partial replacement for DEA or MEA.
• Penghapusan CO₂ secara massal dengan selektivitas sedang:Karakter amina sekunder BDEA memberikan selektivitas H₂S moderat - lebih banyak dibandingkan amina primer tetapi kurang dari amina tersier. Untuk gas umpan yang CO₂ harus dikurangi namun tidak dihilangkan, sistem berbasis BDEA-menghindari masalah korosi MEA pada beban tinggi.
• Sistem regenerator-suhu tinggi:BP 274 derajat BDEA memungkinkannya beroperasi pada suhu regenerator hingga 130–135 derajat tanpa kehilangan uap berlebihan - batasan yang membatasi penggunaan DMEA pada-regenerator suhu tinggi.

💨 Hilangnya uap (gas yang telah diolah-over)

Amina menguap menjadi aliran gas manis di atas penyerap. Sebanding dengan tekanan uap - MEA kehilangan ~50–150 g/1000 Nm³; BDEA kalah<1–5 g/1000 Nm³. Controlled by water wash section and demister pad. The boiling point advantage of BDEA and DEAE over MEA translates directly to lower make-up cost at large-volume treating units.

🌊 Cairan yang terbawa-(kabut/aerosol)

Tetesan amina halus yang terperangkap dalam aliran gas - khususnya dari peristiwa pembusaan. Kerugian umum: 5–50 ppmw amina dalam gas yang diolah. Dikendalikan oleh demister wire mesh berefisiensi tinggi, paket baling-baling, dan pemisah siklon di overhead penyerap. Pengendalian busa adalah tindakan yang paling efektif.

🔥 Degradasi termal/oksidatif

Amina dikonsumsi melalui reaksi kimia daripada kehilangan secara fisik. Produk degradasi terakumulasi dalam persediaan pelarut. Reklamasi menghilangkannya dan memulihkan amina yang dapat digunakan. Diperkirakan 0,5–3 kg/ton CO₂ yang dihilangkan untuk MEA; 0,2–1 kg/ton untuk MDEA atau BDEA dalam layanan gas alam bebas O₂-.

🔩 Kerugian mekanis

Amina hilang selama aktivitas pemeliharaan - segel pompa, pembersihan penukar panas, pengambilan sampel, tumpahan. Dikendalikan oleh prosedur tata graha yang baik, sistem pengambilan sampel tertutup, dan pemulihan amina dari limbah pemeliharaan. Biasanya 0,1–0,5 kg/ton CO₂ dibuang - dalam jumlah kecil namun dapat dicegah.

🏭 Emisi amina di atmosfer

Reaksi atmosfer alkanolamin dengan NOₓ menghasilkan nitramin dan nitrosamin dalam jumlah sedikit. Studi yang dilakukan Badan Lingkungan Hidup Norwegia (Miljødirektoratet) terhadap pembangkit listrik penangkap CO₂ berbasis MEA-mengidentifikasi hal ini sebagai kekhawatiran pada skala-ratus MW. Pada tingkat emisi unit pengolah gas pada umumnya, konsentrasi di sekitar pabrik berada jauh di bawah ambang batas kesehatan. Panduan peraturan berbeda-beda di setiap yurisdiksi - verifikasi dengan otoritas lingkungan setempat untuk-pabrik skala besar.

🌊 Pembuangan laut (lepas pantai)

Peraturan OSPAR (Konvensi untuk Perlindungan Lingkungan Laut di Utara-Atlantik Timur) dan MARPOL membatasi pembuangan amina-yang mengandung air terproduksi dan kondensat ke laut. Operator di Landas Kontinen Norwegia dan Laut Utara Inggris harus mematuhi batasan pelepasan amina yang ketat. Penggunaan amina volatilitas rendah (BDEA, DEAE) mengurangi uap yang terbawa ke cairan yang diproduksi, meminimalkan kandungan amina dalam aliran air proses yang memerlukan pengelolaan pembuangan.

Q: Bagaimana rasio H₂S/CO₂ dalam gas umpan mempengaruhi pemilihan pelarut?

Rasio H₂S/CO₂ yang tinggi (di atas 0,3 mol/mol) dalam gas umpan merupakan pemicu utama untuk mempertimbangkan penghilangan H₂S secara selektif dengan amina tersier (DEAE, MDEA). Penghapusan selektif konsentrat H₂S dalam gas asam untuk pemulihan Claus sekaligus membiarkan CO₂ turun, mengurangi beban pabrik Claus dan meningkatkan efisiensi pemulihan sulfur. Rasio H₂S/CO₂ yang rendah (di bawah 0,1) menunjukkan bahwa kedua gas perlu dihilangkan dalam proporsi yang kira-kira sama - amina primer atau sekunder, atau campuran tersier teraktivasi, lebih tepat. Ketika H₂S tidak ada sama sekali (penghilangan CO₂ murni), argumen selektivitas hilang dan pilihannya murni kinetika vs energi regenerasi.

T: Berapa laju sirkulasi pelarut pada umumnya untuk unit pemanis berbasis NBEA-?

Laju sirkulasi pelarut dinyatakan sebagai rasio-cair terhadap-gas (L/G) dalam volume. Untuk NBEA pada 30% berat dalam tutup gelembung-konvensional atau penyerap pengepakan-terstruktur yang memproses gas alam pada 50 bar, L/G tipikal sebesar 0,8–1,5 L cairan per Nm³ gas diperlukan untuk menghilangkan CO₂ dalam jumlah besar hingga 2% spesifikasi produk. Hal ini sebanding dengan MEA pada konsentrasi yang sama. Laju pastinya bergantung pada target pemuatan yang kaya, komposisi gas, tinggi pengepakan penyerap, dan profil suhu - simulasi proses diperlukan untuk pengukuran detail. Hubungi tim teknis Sinolook Chemical untuk mendapatkan dukungan simulasi menggunakan parameter termodinamika spesifik NBEA.

T: Apakah BDEA dapat digunakan pada unit amina yang dirancang DEA-tanpa modifikasi?

Peralihan sebagian dari DEA ke BDEA memerlukan evaluasi yang cermat. BDEA memiliki berat molekul yang jauh lebih tinggi (161 vs 105 g/mol untuk DEA) - substitusi yang setara dengan berat menghasilkan 35% lebih sedikit mol amina, sehingga mengurangi kapasitas penyerapan. Viskositas BDEA yang lebih tinggi pada konsentrasi juga dapat mempengaruhi penurunan tekanan penukar panas dan kinerja pompa. Namun, tekanan uap BDEA yang jauh lebih rendah mengurangi kerugian yang terbawa amina, yang mungkin menjadi pendorong utama peralihan ini. Laju ulang unit yang didasarkan pada simulasi pada konsentrasi BDEA yang diusulkan sangat penting sebelum melakukan perubahan pelarut. Memadukan BDEA ke dalam inventaris DEA yang ada sebesar 20–30% sebagai langkah pertama adalah pendekatan{15}berisiko lebih rendah yang memungkinkan diperolehnya pengalaman operasional sebelum penggantian pelarut sepenuhnya.

T: Metode analisis apa yang digunakan untuk memantau konsentrasi dan kualitas amina di unit operasi?

Pemantauan standar untuk unit pengolahan gas alkanolamin mencakup: (1) konsentrasi total amina dengan titrasi asam-basa (setiap hari) - mengukur alkalinitas total; (2) Pemuatan CO₂ dan H₂S (kaya dan ramping) dengan peralatan Chittick atau titrasi potensiometri (setiap hari selama penyalaan, mingguan selama pengoperasian normal); (3) panas-kandungan garam yang stabil dengan kromatografi ion (bulanan) - memantau akumulasi format, asetat, tiosulfat, oksalat; (4) masing-masing komponen amina oleh GC atau HPLC ketika menjalankan sistem campuran (bulanan) - memverifikasi komposisi campuran tidak berubah; (5) besi, nikel, dan kromium berdasarkan ICP-OES (bulanan) - peringatan dini terjadinya korosi; (6) amina dalam gas yang diolah dengan GC atau tabung detektor (bulanan) - memverifikasi kerugian overhead penyerap.

T: Berapa ukuran kemasan yang direkomendasikan untuk peredam yang menggunakan pelarut NBEA atau BDEA?

For NBEA and BDEA-based solvents at the concentrations and viscosities typical in gas treating service, standard structured packing (Sulzer MellapakPlus 252.Y or Koch-Glitsch FLEXIPAC 2X equivalent) at 25–50 mm corrugation pitch provides a good balance of mass transfer efficiency and hydraulic capacity. BDEA at high concentration (>35% berat memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan dengan pengemasan terstruktur MEA - dengan sudut saluran lebih lebar (45 derajat vs standar 60 derajat ) meningkatkan distribusi cairan dan mengurangi risiko maldistribusi. Baki-penutup gelembung adalah alternatif untuk layanan-pengotoran tinggi atau-busa tinggi yang memerlukan penyumbatan pengepakan. Pemilihan pengepakan dan ukuran kolom harus dikonfirmasi dengan simulasi hidrolik yang ketat menggunakan data sifat fisik amina yang sebenarnya.