Приложение A (справочное). Состав потоков диоксида углерода

Приложение A
(справочное)

Состав потоков диоксида углерода

В данном приложении представлена информация о составе потоков диоксида углерода, которая необходима для определения параметров эксплуатации трубопроводов на этапе проектирования. Точный состав потока диоксида углерода будет зависеть от источника диоксида углерода и технологии улавливания.

Поток диоксида углерода может включать следующие примеси:

- кислород (O ₂);

- воду (H ₂O);

- азот (N ₂);

- водород (H ₂);

- оксиды серы (SO _x);

- оксиды азота (NO _x);

- сероводород (H ₂S);

- цианистый водород (HCN);

- карбонилсульфид (COS);

- аммиак (NH ₃);

- амины;

- альдегиды;

- твердые частицы.

Кроме того, могут быть и другие примеси. Примеры составов потоков диоксида углерода, особенно для электростанций, можно найти в [25], но с представленными данными следует обращаться осторожно, поскольку описываемая технология находится в стадии разработки.

Примеси влияют на термодинамические свойства потока диоксида углерода, которые невозможно предсказать, исходя из свойств чистого диоксида углерода. Примеси могут вызывать коррозию или протекание химических реакций. Кроме того, некоторые свойства потока диоксида углерода, например, такие как вязкость, могут измениться в зависимости от тех или иных примесей.

Исследования по выявлению примесей, которые могут оказать критическое влияние на термодинамические, химические и другие свойства потока диоксида углерода в настоящее время еще продолжаются. Ориентировочные уровни содержания примесей в потоке диоксида углерода, обсуждаемые в литературе, представлены в таблице A.1.

Таблица A.1 - Ориентировочные значения содержания примесей в потоке диоксида углерода и факторы, влияющие на их количество

Вещество	Примерная концентрация в ppmv, если не указано % мол.
CO 2	> 95 % мол. a)
H 2O	Коррозия 20-630 b), гидратообразование < 200 c), d)		Предотвращение образования коррозионно-активных фаз и твердых частиц в трубопроводе необходимо для безопасной эксплуатации трубопроводной системы. Существует возможность протекания химических реакций, которые могут привести к образованию серной и сернистой кислоты, азотной кислоты и элементарной серы в присутствии воды и SO 2, NO, NO 2, O 2 и H 2S [33], а также N 2O, N 2O 4 (см. [40]). В настоящее время отсутствует модель, которая могла бы предсказать, какие из реакций термодинамически и кинетически возможны при наличии таких примесей. Поскольку максимальная концентрация одного примесного компонента будет зависеть от концентрации других компонентов, то невозможно из-за отсутствия данных и современного понимания установить фиксированную максимальную концентрацию одного компонента в присутствии других компонентов.
H 2	< 0,75 % мол. e), f)	< 4 % общее содержание всех неконденсируемых газов, вклад отдельного компонента может быть значительным
N 2	< 2 % мол. f), g)
Ar	f)
CH 4	f), g)
CO	< 0,2 % мол. a)
O 2	f), h) Ограничено содержанием в исходном потоке
H 2S	< 200 g), i), k)	См. m), n)
SO 2	Здоровье и безопасность < 100 k), l) Коррозия < 50 n)
NO 2
Амины		Присутствие аминов, метанола, этанола, гликолей и других водорастворимых компонентов (например HCl, NaOH, солей) будет способствовать образованию свободной воды и снижению концентрации воды в потоке диоксида углерода, за счет образования водной фазы. Предельно допустимые концентрации будут зависеть от концентрации других примесей (см. примечание выше).
Метанол
Этанол
Гликоли
C 2+	< 2,5 % мол. o)
a) В соответствии с Лондонской конвенцией (февраль 2007 г.), промышленность приняла интерпретацию термина "преимущественно содержащий диоксид углерода". b) При эксплуатации трубопроводов Cortez и Central Basin в США содержание воды в потоке диоксида углерода 630 ppmv, H 2S менее 26 ppmv, O 2 менее 14 ppmv и поток не содержит SO x или NO x (см. [61] и [55]). c) В документе [62] указано рекомендуемое значение 250 ppmv: "В случае остановки или запуска системы риск образования гидратов низкий, если содержание воды в потоке углерода ниже 250 ppmv. В ситуации быстрой разгерметизации даже низкое содержание воды может быть недостаточным, чтобы избежать образования гидратов". Максимально допустимая концентрация будет зависеть от рабочего диапазона давления и температуры. Ряд трубопроводов эксплуатируется в течение длительного времени при концентрации воды 630 ppmv без сообщений об гидратообразовании. См. также сноску b). d) Меры по предотвращению образования гидратов приведены в C.2. e) В С.2 приведена информация о содержании водорода. f) Наличие неконденсирующихся компонентов, в частности, H 2, H 2S и N 2, а также O 2, Ar, CH 4 и CO влияет на характеристики декомпрессии потока диоксида углерода (см. [23]), и это следует учитывать при рассмотрении методов предотвращения образования трещин (см. [30]). g) Присутствие неконденсирующихся компонентов CH 4, N 2 и H 2S может повлиять на растворимость воды в потоке диоксида углерода. h) Содержание O 2 должно быть таким, чтобы оно не способствовало образованию кислот, твердых частиц и протеканию коррозии, которые неблагоприятно влияют на эксплуатационную целостность трубопровода в течение расчетного срока службы, также может потребоваться гораздо более низкое содержание O 2 для того, чтобы избежать нежелательных явлений. i) При эксплуатации трубопровода Weyburn содержание H 2S в потоке диоксида углерода составляет 9000 ppmv (см. [58]), нефтяное месторождение, в которое закачивается транспортируемый поток уже содержит сероводород. j) Уровень примесей, необходимый для того, чтобы вызвать крекинг CO 2-CO в условиях эксплуатации трубопровода, пока неизвестен. Однако было подтверждено, что для образования трещин необходимо присутствие воды и присутствие O 2 повышает склонность к растрескиванию. k) Воздействие отдельных примесей в потоке диоксида углерода на здоровье и безопасность имеет значение только в том случае, если их концентрация такая, что совокупное токсическое воздействие примесей превышает воздействие самого диоксида углерода. Ограничения по отравляющим веществам в составе диоксида углерода следует устанавливать таким образом, чтобы вред определялся ПДК диоксида углерода, а не по другим вредным соединениям, т.е. при масштабных неконтролируемых выбросах вредное токсическое действие диоксида углерода преобладает над действием примеси. Следует задокументировать, что комбинированные опасные воздействия были должным образом учтены, включая распределение примесей между газообразной и плотной фазами, при этом следует отметить, что токсичные компоненты не обязательно действуют по отдельности или независимо (см. [61] и [63]). l) Присутствие H 2S в потоке диоксида углерода может способствовать коррозии при более низких значениях содержания воды (см. [51]). m) STEL: предел кратковременного воздействия обычно составляет 15 мин, если не превышено средневзвешенное значение по времени. n) Имеются экспериментальные данные о том, что азотная и серная кислоты могут образовываться даже при содержании NO x и SO x менее 50 ppmv (см. [44]). o) Содержащиеся углеводороды должны иметь такую точку росы, чтобы конденсация не проходила в рабочем диапазоне температуры и давления трубопровода.