Removal of carbonyl sulfide from liquefied petroleum gases using aqueous amine solutions
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-08-23
Department
Major/Subject
Chemical and Process Engineering
Mcode
CHEM3043
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
89 + 27
Series
Abstract
Liquefied petroleum gases (LPG) are mainly overhead products in crude oil distillation. They consist of many hydrocarbon compounds, primarily propane and n-butane. LPG is used in many industrial and household applications from vehicle fuel to barbeque gas. However, LPG needs to be purified before being used in such applications due to it often containing impurities from the crude oil distillation. The impurities are mainly sour gases such as carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S) and carbonyl sulfide (COS). COS is the focus of this study since it reacts with water to form CO2 and H2S. H2S is a major source of corrosion in LPG applications, thus removing COS is just as important as the other sour gases. One method for removing these gases from LPG is the amine gas treating process, which utilizes reactions between the sour gases and aqueous amine solutions to absorb the impurities into the amine solutions. The objective of this thesis was to find out how carbonyl sulfide distributes between hydrocarbon and amine phases and if potential reactions and conditions affect this. The results aimed to answer this question were distribution coefficients from equilibrium states and reaction rate constants from the progression of the removal of COS from the hydrocarbon phase. The hydrocarbons studied were propane and n-butane. The studied aqueous amine solution was a 30 wt-% mixture of diethanolamine (DEA) and water. The successful experiments were performed using n-butane as the hydrocarbon. In experiments where the initial concentration of COS was below 1000 ppmw, COS was completely removed from the hydrocarbon phase. In the experiment where the initial COS concentration was 1134 ppmw, an equilibrium state was reached. The distribution coefficient for this experiment was 𝐾_𝐷 = 0.1097. The reaction rate constants for the three successful n-butane experiments were 0.01014 1/min, 0.00699 1/min and 0.00598 1/min, with the first having been determined for the experiment with an equilibrium state.Nestekaasut ovat pääosin raakaöljyn tisleitä. Ne koostuvat monista hiilivety-yhdisteistä, joista yleisimpiä ovat propaani ja n-butaani. Nestekaasuja käytetään monissa teollisuuden ja kotitalouksien käyttökohteissa, aina kulkuneuvojen polttoaineista kaasugrillien kaasuihin. Nestekaasut täytyy kuitenkin puhdistaa ennen niiden käyttöä kyseisissä käyttötarkoituksissa niiden sisältämien epäpuhtauksien vuoksi. Nestekaasujen sisältämät epäpuhtaudet koostuvat pääosin hapankaasuista kuten hiilidioksidista (CO2), rikkivedystä (H2S) ja karbonyylisulfidista (COS). Tämä tutkimus keskittyy näistä aineista karbonyylisulfidiin, sillä se reagoi veden kanssa muodostaen hiilidioksidia ja rikkivetyä. Rikkivety on merkittävä korroosion aiheuttaja, joten karbonyylisulfidin poistaminen on yhtä tärkeää kuin muidenkin hapankaasujen poisto. Yksi tapa kyseisten kaasujen poistamiseen nestekaasuista on kaasujen käsittely amiineilla, jotka hyödyntävät hapankaasujen ja amiini-vesiliuosten välisiä reaktioita absorboidakseen epäpuhtaudet amiiniliuoksiin. Tämän diplomityön tavoitteena oli ottaa selvää siitä, miten karbonyylisulfidi jakautuu hiilivety- ja amiinifaasien välillä ja vaikuttavatko mahdolliset reaktiot ja olosuhteet jakautumiseen. Tähän kysymykseen pyrittiin vastaamaan määrittämällä, mitkä olivat tasapainotilojen jakautumiskertoimet ja hiilivetyfaasissa karbonyylisulfidin poiston etenemisen reaktionopeusvakiot. Tutkitut hiilivedyt olivat propaani ja n-butaani. Tutkittu amiini-vesiliuos oli 30 wt-% seos dietanoliamiinia (DEA) ja vettä. Onnistuneet kokeet tehtiin käyttämällä n-butaania hiilivetynä. Kokeissa, joissa karbonyylisulfidin lähtöpitoisuus oli alle 1000 ppmw, karbonyylisulfidi pystyttiin poistamaan hiilivetyfaasista täysin. Kokeessa, jossa karbonyylisulfidin lähtöpitoisuus oli 1134 ppmw, löytyi tasapainotila. Jakautumiskerroin tässä kokeessa oli 𝐾_𝐷 = 0.1097. Reaktionopeusvakiot kaikissa kolmessa onnistuneessa n-butaani-kokeessa olivat 0.01014 1/min, 0.00699 1/min ja 0.00598 1/min joista ensimmäinen oli määritetty kokeessa, jossa oli tasapainotila.Description
Supervisor
Alopaeus, VilleThesis advisor
Uusi-Kyyny, PetriKeywords
liquefied petroleum gas, amine gas treating, carbonyl sulfide, distribution coefficient, phase equilibrium, aqueous amine solution