Influence of the oxidizer on the formation and purification efficiency of acid gases produced during asphaltene gasification

Abstract

Актуальность исследования определяется необходимостью понимания влияния окислителя на образование кислых газов (CO2, H2S, COS и CS2) в процессе термического разложения высоковязких углеводородов. Это важно для прогнозирования эффективности очистки полученных продуктов газификации и оценки экономических затрат. Цель: с помощью математического моделирования исследовать влияние окислителя в виде пара на состав и свойства продуктов газификации асфальтена, полученного из природных битумов, а также определить степени очистки в зависимости от количества пара и абсорбента на основе водно-щелочного раствора NaOH. Объект: асфальтен природного битума Ашальчинского месторождения Республики Татарстан (Россия), окислитель в виде пара, величина которого варьировалась от 0,1 до 1 в зависимости от количества асфальтена. Метод: математическое моделирование процессов газификации асфальтенов и абсорбции кислых газов при воздействии окислителя в виде пара с учетом основ химической кинетики, элементного и термогравиметрического анализов. Результаты моделирования процессов газификации и абсорбции показали, что пар, используемый в качестве окислителя при газификации асфальтенов, оказывает существенное влияние на состав и свойства продуктов газификации, а также на очистку синтез-газа. С увеличением пара наблюдается параболическая зависимость концентраций компонентов синтез-газа, значения которых со временем уменьшаются, за исключением СО2. Теплотворная способность синтез-газа снижается с 11,3 до 7,2 МДж/м3, а КПД газификации повышается с 53,4 до 62,5 % за счет увеличения выхода синтез-газа. По мере роста количества пара уменьшается количество абсорбента и увеличивается эффективность очистки синтез-газа от кислых газов. Таким образом, количество поглощенного СО2 увеличивается на 20,7 % при снижении абсорбента на 6,7 %. При этом количество поглощенного H2S выросло на 0,39 % при снижении NaOH на 40,9 %.

The relevance of the study is determined by the need to understand the influence of the oxidizer on the formation of acid gases (CO2, H2S, COS and CS2) during thermal decomposition of high-viscosity hydrocarbons. This is important for predicting the purification efficiency of the produced gasification products and estimating the economic costs. The aim: using the simulation to study the effect of an oxidizer in the form of steam on the composition and properties of asphaltene gasification products obtained from natural bitumen, as well as to determine the cleaning efficiency depending on the amount of steam and the absorbent based on NaOH water-alkaline solution. Object: asphaltene of natural bitumen of Ashalchinskoe field of the Tatarstan Republic (Russia), oxidizer in the form of steam, the value of which varied from 0,1 to 1 depending on the amount of asphaltene. Methods: simulation of asphaltene gasification and acid gas absorption taking into account influence of an oxidizer in a form of steam with regard for basic chemical kinetics, ultimate analysis and TGA. Simulation results of gasification and absorption showed that steam used as an oxidizer during asphaltene gasification has a significant influence on the composition and properties of gasification products, as well as on the purification of syngas. With the increase of steam, a parabolic dependence of the concentrations of syngas components is observed, which values decrease with time, except for CO2. The calorific value of syngas decreases from 11,3 to 7,2 MJ/m3 and the cold gas efficiency increases from 53,4 to 62,5 % due to growth of syngas yield. As the amount of steam increases, the amount of absorbent decreases and the purification efficiency of acid gases rises. Thus, the amount of absorbed CO2 increases by 20,7 % while the absorbent decreases by 6,7 %. At the same time the amount of absorbed H2S increased by 0,39 % with decrease of NaOH by 40,9 %.