Определение концентрaции диэтаноламина титриметрическим методом

“Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №1/2026 91 Chemistry and chemical technologies такие компоненты, как H₂S и CO₂, а также меркаптаны, тиолы и алкилсульфиды, которые необходимо удалять на начальной стадии переработки газа [1]. Анализ мировой практики показывает, что одним из лучших методов очистки природного газа от кислых компонентов, в частности сероводорода, является метод абсорбции растворами аминов. При этом для очистки природного газа от кислых компонентов (H2S и CO2) в основном используют аминовые абсорбенты (моноэтаноламин, диэтаноламин, метилдиэтаноламин). В процессе переработки природного газа важно очистить его от примесей и разделить на целевые фракции. Для этого широко используются газоразделительные устройства. В конструкции таких устройств выделяют две технологически важные зоны: зону аминовой очистки и зону осушки и газофракционирования. В зоне аминовой очистки основные загрязняющие компоненты природного газа – диоксид углерода (CO₂) и сероводород (H₂S) – разделяются абсорбционным методом с использованием раствора диэтаноламина (ДЭА). Процесс абсорбции основан на химико-физических свойствах газа, в результате чего эффективно удаляются кислые природные примеси. В зоне осушки и газофракционирования газ осушается и разделяется. Сначала из газа полностью удаляется влага с помощью цеолитных адсорбентов. Затем очищенный от влаги газ разделяется на фракции методом ректификaции. В процессе ректификaтции из природного газа разделяются различные углеводородные фракции – метан, этан, пропан, бутан, а также углеводороды С5 и выше. Получаемые продукты используются в качестве ценного сырья в различных отраслях промышленности. В частности: метан – основной товарный продукт, поставляемый потребителям по магистральным газопроводам и используемый в качестве топлива на газоконденсатных комплексах. Этан – ценное сырье для пиролиза в нефтегазохимической промышленности, поскольку используется для получения этилена и других важных органических веществ. Пропан и бутан поставляются потребителям как товарные продукты и широко используются в качестве бытового и промышленного топлива. Углеводородные фракции С5 и выше являются ценными продуктами, являясь сырьем в различных процессах органического синтеза и в качестве компонентов моторных топлив. Таким образом, газоразделительное устройство позволяет не только очищать природный газ, но и получать из его присадок высококачественные продукты. Эти процессы осуществляются со строгим соблюдением материального баланса, то есть с учетом количества каждого компонента в составе газа во входном и выходном потоках. Такой подход является ключевым фактором повышения эффективности технологических процессов, обеспечения качества продукции и объемов ее выпуска. Необходимость удаления из потока природного газа кислых газов – сероводорода (H₂S) и углекислого газа (CO₂) – обусловлена рядом факторов. Во-первых, эти газы обладают высокой коррозионной активностью в присутствии воды, особенно при высоких температурах. Во-вторых, при разделении метансодержащей фракции природного газа образуются кристаллогидраты углекислого газа, что может негативно влиять на стабильность процесса и эффективность работы оборудования. Поэтому эффективная очистка природного газа от этих компонентов имеет особое технологическое значение. Растворы диэтаноламина (ДЭА) широко используются в газопоглотителях для поглощения кислых газов (CO₂, H₂S). Функциональные свойства, кинетика реакций и эффективность процесса с ДЭА напрямую зависят от его концентрaции. Молекула ДЭА имеет две гидроксильные группы и одну аминогруппу и обладает высокой гидрофильностью в растворе, поэтому участвует в обратимых реакциях с CO₂. С увеличением концентрaции раствора ДЭА его физико-химические свойства существенно изменяются. В промышленных процессах обычно используют растворы ДЭА в диапазоне 30–32 %. В растворах низкой концентрaции газопоглотительная способность снижается из-за недостаточного количества Development of science and technology Scientific and technical journal №1/2026 92 Kimyo va kimyoviy texnologiyalar активных аминогрупп. Оптимальными являются растворы со средней концентрaцией, поскольку они стабильно работают в абсорбере. В растворах высокой концентрaции (≥30%) ДЭА увеличиваются теплопоглощение, химическая активность и вязкость, что оказывает сильное влияние на гидродинамические свойства системы. Концентрaция ДЭА также оказывает существенное влияние на процесс пенообразования. С ростом концентрaции поверхностное натяжение раствора уменьшается, его вязкость увеличивается, а пузырьки газа в растворе становятся более устойчивыми. В результате увеличивается как высота пены, так и её устойчивость. Механические примеси в растворе также играют важную роль в этом процессе: они адсорбируются на поверхности пузырьков и увеличивают время распада пены. Поэтому в растворах ДЭА высокой концентрaции пенообразование ещё больше усиливается и может негативно влиять на стабильность технологического процесса. Концентрaцию ДЭА чаще всего определяют титриметрическим методом. Этот метод основан на основных свойствах амина и позволяет определить его общее количество титрованием стандартными растворами кислот. Рефрактометрический метод также используется в качестве экспресс-контроля, поскольку показатель преломления изменяется прямо пропорционально концентрaции ДЭА. Kонцентрaтция ДЭА является одним из основных факторов, влияющих на физико-химическую стабильность раствора, эффективность поглощения газа и процесс пенообразования. Поддержание оптимального значения концентрaции важно для надежной работы технологического процесса и предотвращения пенообразования. Поэтому концентрaция ДЭА рассматривается как важнейший параметр при разработке антипенных составов. Концентрaция растворов диэтаноламина (ДЭА) является решающим фактором стабильности и эффективности технологических процессов. С ростом концентрaции существенно изменяются физико-химические свойства раствора. В частности, увеличивается вязкость раствора и уменьшается поверхностное натяжение, что напрямую влияет на процесс массообмена в системе газ-жидкость. Увеличение вязкости снижает скорость течения жидкости, уменьшает скорость всплытия пузырьков газа и создает благоприятные условия для устойчивости пены. Снижение поверхностного натяжения, в свою очередь, способствует образованию пузырьков и предотвращает их быстрое слияние и лопание. Однако концентрaция выше 30% приводит к увеличению тепловыделения в растворе, повышению активности реакций и увеличению количества мелких частиц коллоидной природы. Такие частицы остаются в растворе длительное время и, адсорбируясь на поверхности пузырьков, замедляют разрушение пены. Поэтому растворы ДЭА высокой концентрaции часто склонны к сильному пенообразованию. Ещё одной важной особенностью концентрaции ДЭА является её влияние на термическую и химическую стабильность. С ростом концентрaции ДЭА становится более чувствительным к температуре, что может привести к образованию в растворе различных продуктов деградaтции, органических кислот и окисленных аминов. Эти вещества снижают общую стабильность раствора, повышают его коррозионную стойкость и образуют дополнительные механические примеси, которые ещё больше усиливают пенообразование. Поэтому для поддержания качества растворов ДЭА высокой концентрaции в процессе регенерaтции требуется дополнительный контроль. Изменение концентрaции также напрямую влияет на кинетику абсорбции ДЭА газов CO₂ и H₂S. В растворах низкой концентрaции абсорбция газа происходит медленно из-за отсутствия аминогрупп, абсорбция наиболее эффективна при средних концентрaциях, а при высоких концентрaциях эффективность может снижаться из-за усиления пенообразования при контакте газа с жидкостью. Также при высоких концентрaциях увеличивается образование карбамата с CO₂, что приводит к образованию в растворе дополнительных коллоидных устойчивых фаз. В целом, концентрaция ДЭА является основным параметром, определяющим физико-химическую устойчивость раствора, кинетику процесса абсорбции “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №1/2026 93 Chemistry and chemical technologies газа, эффективность регенерaции и, особенно, степень вспенивания. Поэтому при испытании составов, препятствующих пенообразованию, в частности, ингибиторов пенообразования, требуется строгий контроль концентрaции ДЭА. Определение оптимального диапазона концентрaций имеет важное научное и практическое значение для обеспечения эффективной работы технологической системы и предотвращения пенообразования. Данный эксперимент позволяет определить точную концентрaцию диэтаноламина в водном растворе, а также оценить точность и воспроизводимость титриметрического метода в лабораторных условиях. Результаты были зафиксированы в условиях эксперимента, а также проанализированы погрешности и точность измерений. Анализ начинается с очищенного ДЭА. Следует отметить, что ДЭА вызывает проблемы с дыханием, кровообращением, центральной нервной системой, печенью и другими органами. Он быстро впитывается через кожу. Поэтому при работе с ним необходимо использовать средства защиты кожи и глаз, а также соблюдать осторожность. Методика анализа. Перед началом анализа пробы отбирают за один прием. Анализ проводят в сухой и чистой мерной колбе объемом 100 мл. Сначала мерную колбу взвешивают на аналитических весах (OHAUS AP-310). Затем отбирают 1 мл пробы пипеткой объемом 2 мл и быстро взвешивают на весах. Поскольку ДЭА является летучим веществом, его уменьшение может ввести в заблуждение при точном расчете эксперимента. Записывают граммы измеренной пробы. В граммах ее получается немного больше. После этого измеренную пробу помещают в колбу и разбавляют до 100 мл дистиллированной водой, что создает необходимые условия для удобного титрования раствора. В колбу добавляют 5–6 капель индикатора Гроака (метиловый красный и метиловый синий в соотношении 1:1) и помещают на магнитную мешалку. После этого титрование проводят стандартным раствором 0,501 Н HCl. После добавления индикатора к раствору его титруют до изменения окраски с зелёной на светло-фиолетовую. Титрование прекращают по достижении точки эквивалентности. Затем рассчитывают количество титранта, израсходованного из бюретки. Тот же эксперимент был проведён с насыщенным ДЭА. Концентрaция насыщенного ДЭА выше, чем регенерированного, поскольку раствор насыщен кислыми газами. На основании результатов титрования концентрaция ДЭА рассчитывается по следующей формуле: N – нормальность раствора HCl, равная 0,501 Н.; A – объём раствора HCl, использованный для титрования, мл; K – поправочный коэффициент для раствора HCl 0,501 Н, равный 10,5; M – масса образца, измеренная на весах. Полученные экспериментальные данные по определению количества диэтаноламина по результатам титрования представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что средний расход титранта за время экспериментов составил 5,4 мл. На основании расчетов определено, что концентрaция раствора ДЭА составила около 30 %. Этот результат соответствует концентрaции растворов технического назначения, используемых в ШГКМ. Определены плотность и значение pH раствора (pH = 10,4–11,0), установлена прямая зависимость между ними и концентрaцией. С увеличением количества ДЭА увеличивается и щелочность раствора. Средняя концентрaция ДЭА составляет 30,18 %, что соответствует отраслевому стандарту. Данный анализ подтверждает стабильность раствора и его пригодность для использования в практических процессах очистки [4-5]. Development of science and technology Scientific and technical journal №1/2026 94 Kimyo va kimyoviy texnologiyalar Таблица 1 Результаты определения концентрaции ДЭА методом титрования Тип ДЭА Нормаль ность HCl Объем HCl, для титрования, мл Поправочный коэффициент Масса образца, измеренная на весах. Плотность ДЭА, г/см3 Концентр aция DEA, % 1706 Регенерирован ный ДЕА 0,501 6,22 10,5 1,0680 1,051 30,64 0,501 6,01 10,5 1,0014 1,053 31,57 0,501 6,05 10,5 1,0185 1,054 31,25 0,501 6,32 10,5 1,0680 1,050 31,13 0,501 6,34 10,5 1,0507 1,052 31,76 0,501 4,12 10,5 0,6833 1,050 31,56 0,501 6,46 10,5 1,0178 1,108 33,84 0,501 6,35 10,5 1,0088 1,105 33,11 0,501 6,54 10,5 1,0577 1,110 33,60 0,501 6,36 10,5 1,0120 1,110 33,06 0,501 6,68 10,5 1,0361 1,108 33,90 0,501 6,32 10,5 0,9925 1,109 33,50 Проведенные исследования показывают, что метод титрования с использованием 0,501 Н раствора HCl является точным и надежным методом определения концентрaции раствора диэтаноламина. Средняя концентрaция раствора составила 30 %, что обеспечивает оптимальные результаты в процессе газоочистки. Результаты анализа имеют большое практическое значение для контроля качества раствора диэтаноламина, а также для управления технологическими процессами. 1705 Насыщенный ДЭА “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №1/2026 95