天然气脱酸性气体教学内容

（2）蒸气压高，挥发性强，溶剂的蒸发损失大； （3）腐蚀性强，溶液浓度低（15～ 20%），特殊部位需要使用特殊
钢材；
（4）化学稳定性较好，在没有其他化学剂参与时，常沸点以下温度 范围内不会发生降解和分解；
（5）易氧化变质，因此储罐和缓冲罐应有甜气或氮气为覆盖气体； （6）对H2S和CO2的吸收无选择性，并且可以得到很高的净化度； （7）与羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)发生不可逆化学反应，需要配
6、热碳酸钾 碳酸钾(K2CO3)与酸气的化学反应
酸气分压高时反应向右进行——吸收反应。 酸气分压低时反应向左进行——再生反应。 碳酸钾也能与COS和CS2进行由分压控制的可逆化学反应。 由于吸收系统常在110℃下工作，故得名“热碳酸钾法”。适用 于气体压力超过2.1 MPa，酸气含量为5～8％的酸性天然气。
置复活釜。
2、二乙醇胺(DEA)
二乙醇胺(DEA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）碱性弱，与酸气化学键的结合力弱，所需再生热小； （3）腐蚀性较弱，溶液浓度较高（DEA水溶液的质量分数比一乙醇
胺(MEA)高），溶液的循环量较小，再生所需的热负荷较低； （4）对H2S和CO2的吸收无选择性，同时也吸收羰基硫(COS)和二硫化
MDEA配方溶液某些化学剂带来了一些负面影响：
①降低了胺液有效浓度，使可操作的气液比下降；
②使溶液的腐蚀性增强。
2、活化MDEA溶液
活化MDEA 溶液是在溶液中加入提高其吸收CO2 速率的 活化剂，主要用于：
2、胺液分流流程 在原料气酸气分压相当高的情况下，将再生塔出来的半贫液抽
出大部分送至吸收塔中部入塔，而经过重沸器进一步汽提了的贫 液则送至吸收塔顶入塔保证净化气的质量。
贫液与半贫液分流流程
3、几个吸收塔富液共用一个换热再生系统的流程 在某些情况下，天然气净化厂内几个吸收塔的富液可以
合并至一套换热再生系统处理，习惯上简称“多合一”流 程。 “多合一”流程的优点： ▪ 节省投资，降低运行管理费用，减少装置检修费用，缩短 检修时间； ▪ 使得装置能耗下降； ▪ 工厂增减处理量的操作变得非常简单。
热碳酸钾的特点： （1）除酸气组分外，其他组分在溶液内的溶解度极少，可忽略有用气体
组分的损失； （2）碳酸钾与H2S、CO2的反应热仅为胺法的一半左右，再生热小； （3）存在CO2时才能脱H2S，适用于CO2/H2S高的酸性天然气，可脱除
COS和CS2；
吸收H2S的碳酸钾溶液再生需要足够的碳酸氢钾， 存在足够的CO2是第二个反映逆向进行的条件。
1、MDEA配方溶液
MDEA配方溶液是一种高效气体脱硫脱碳溶液。
MDEA配方溶液是以甲基二乙醇胺（MDEA）为主剂，在溶 液中加入改善其某些性能的化学剂，或增加或抑制MDEA 吸收 CO2的性能。 有的配方溶液可以比甲基二乙醇胺（MDEA）具有 更高的脱硫选择性，有的配方溶液也可以比其他醇胺溶液具有更 好的脱除CO2效果。
四、胺法及其改进工艺
胺法分常规胺法和选择性胺法。 常规胺法是指可基本上同时脱除H2S及CO2的胺法。目前常规 胺法所使用的醇胺包括一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)及二甘醇胺 (DGA)。 选择性胺法是指在气体中同时存在H2S与CO2的条件下，几乎完 全脱除H2S而仅吸收部分CO2的胺法。具有选择脱硫能力的甲基二乙 醇胺(MDEA)得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。二异丙醇 胺（DIPA）在低压下也有显著的选择脱除H2S的能力。 开发选择性胺法的原动力是获得适合克劳斯工艺处理的酸气。 选择性胺法的应用领域包括选择性脱除H2S以及酸气H2S提浓。
5、直接氧化法
对H2S直接氧化使其转化成元素硫，如：Claus(克劳斯)法。 在天然气工业中常用于天然气脱出酸气的处理，适合于处理流 量小、酸气浓度很高的原料气 。
6、膜分离法 是利用气体中各组分通过薄膜渗透性能的区别，将某种气体
组分从气流中分离和提浓，从而达到天然气脱酸性气的目的。适 用于从天然气内分出大量CO2的场合。
（4）要求碳酸钾溶液质量分数小于35％，否则将产生重碳酸盐类沉淀； （5）溶液内含有固体悬浮物和重烃时会产生发泡和溶剂损失； （6）溶液有极强的腐蚀性，需要向系统注入防腐剂。
常规热碳酸钾流程
20％～35％ 110℃
118℃
采用常规热碳酸钾流程可使净化气中CO2浓度达到0.5%～0.6%。
贫液分流热碳酸钾流程
5、甲基二乙醇胺(MDEA)
甲基二乙醇胺(MDEA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）甲基二乙醇胺（MDEA）比热低，所需再生热小； （3）腐蚀性低，溶液浓度高，循环量小，再生所需的热负荷低； （4）具有吸收选择性，对H2S的吸收能力比CO2高； （5）凝固点低（-14.6℃），适宜在高寒地区使用。
2、解吸 解吸是从溶液内分出溶质的过程，也称为吸收剂的再生。解
吸是吸收的逆过程。 影响解吸的因素主要是：
（1）温度：温度越高越有利于解吸； （2）压力：压力越低越有利于解吸。
生产上常用的解吸方法是：用不含或少含溶质的惰性气或水 蒸汽与富含溶质的溶液接触，或加热或减压或既加热又减压使溶 液汽化，从而分出被吸收的溶质。
醇胺溶液吸收并 和酸气发生化学 反应形成胺盐
37~55℃
液态水 高温使胺盐分解放出酸气溶液得到再生
76~88℃ 88~105℃
高温水蒸汽
固液杂质
1~3%
1一入口涤气器；2一吸收塔；3一“甜气”出口分离器；4一循环泵；5一贫胺冷却器；6一闪 蒸罐；7一除固过滤器；8一碳粒过滤器；9-增压泵；10-缓冲罐；1 1一贫／富胺液换热器； 12一再生塔；13一回流冷凝器；14一回流泵；15一重沸器；16一回流罐
2、化学吸收法
在一个塔器内以弱碱性溶液作为吸收剂与酸气反应，生成某 种化合物。在另一塔器内，改变工艺条件(加热、降压、汽提等) 使化学反应逆向进行，碱性溶液得到再生，恢复对酸气的吸收能 力，使天然气脱酸气过程循环连续进行。
各种醇胺溶液是化学吸收法中使用最广泛的吸收剂，有一乙 醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、甲基二乙醇胺 (MDEA)和二异丙醇胺(DIPA)等。
2、醇胺与酸气的主要化学反应
均为可逆反应。在低温下，反应向右进行，醇胺溶液吸收H2S和 CO2酸气，生成胺盐并放出热量；在较高温度下，反应向左进行，溶 液内的胺盐分解，放出酸气，溶液得到再生。
二、醇胺法脱酸气原理流程
1、基本工艺流程
分离出气体中可 能携带的胺液
回收装置生产硫磺或送至火炬灼烧
54~62℃
碳(CS2)，而且与COS、CS2生成的化合物能再生，因而不需要设 置复活釜。
3、二甘醇胺(DGA) 对酸气的活性和化学反应与一乙醇胺（MEA）类似。
二甘醇胺(DGA)的特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）H2S净化程度高，即使贫液温度高达54℃也可保证H2S净化
度，因此溶液冷却可仅使用空冷而不用水冷，故适用于沙漠及 干旱地区；
（3）腐蚀性略低于MEA，二甘醇胺（DGA）水溶液的质量分数 比一乙醇胺（MEA）高，溶液的循环量较小，再生所需的热负 荷较低；
（4）对H2S和CO2的吸收无选择性，同时也吸收羰基硫(COS)和 二硫化碳(CS2)并与之发生不可逆化学反应。
（5）凝固点低（-12.5℃），适宜在高寒地区使用。
4、二异丙醇胺(DIPA) 相应的工艺过程称ADIP，ADIP工艺也用于LPG脱除H2S和
COS。在欧洲多用于处理练厂气。
二异丙醇胺(DIPA)特点： （1）蒸气压低，挥发性弱，溶剂的蒸发损失小； （2）腐蚀性弱，溶液浓度高，溶液的循环量小，再生所需的热负荷
低； （3）低压下能选择性地脱除H2S，但随着压力提高选择性下降，在
较高压力下能同时脱除H2S和CO2； （4）二异丙醇胺（DIPA）能脱除羰基硫(COS)，而且易再生。
吸收特性： 随着吸收的不断进行，吸收剂内溶质浓度逐步增大，气液相的溶
质浓度差减小，传质速率减慢，最后降为零，气液相达到平衡，称为 吸收平衡。此时，溶剂中溶质浓度达到最大值。
气液平衡时，溶剂中的溶质浓度称为平衡溶解度，简称溶解度。 影响溶解度大小的因素有： （1）压力：系统压力对溶解度的影响很小，常可忽略； （2）温度：温度对溶解度的影响较大，随温度上升，溶解度下降； （3）物系组成：一定温度下，溶解度仅和物系组成有关。 另外吸收还具有选择吸收性和吸收热效应。 ▪ 吸收总具有一定的选择性，要选择对酸气溶解度大的溶剂与酸性天然 气接触，才能脱除天然气内所含的酸气组分。 ▪ 溶剂吸收溶质时，被吸收气体组分由气态变成液态，会产生溶解热。 即使物理吸收也会产生热效应；若为化学吸收，还伴随产生反应热。 因而，随吸收过程的进行，溶液温度必将升高。
二、吸收与解吸
1、吸收 利用气体混合物中各组分在某种溶剂内的溶解性差别，使易
溶解的气体溶解于溶剂中而从气体中分出，这一过程称为吸收。 易溶解的气体组分称为溶质，溶剂称吸收剂。 根据是否有明显的化学反应，吸收又分为两类：
（1）物理吸收：吸收过程中没有明显的化学反应，只是单纯的物理 溶解过程。
（2）化学吸收：吸收过程中存在明显的化学反应，产生新的物质。
第二节 化学吸收法
一、醇胺与酸气的反应 二、醇胺法脱酸气原理流程 三、常用吸收剂 四、胺法及其改进工艺 五、主要设备 六、操作
一、醇胺与酸气的反应
1、醇胺的分子结构
可见，在醇胺分子结构内有一个胺基和至少一个羟基。羟基可 降低醇胺蒸气压，增加在水中的溶解度；胺基使水溶液呈碱性，促 进对酸性组分的吸收。
3、吸收-解吸系统
吸收-解吸系包括吸收和再生两部分。吸收和再生分别在两 个气液传质的塔器（填料塔或板式塔）内进行。
在吸收部分，吸收剂溶液吸收溶质。吸收剂溶液内溶质浓度 逐步增大并趋于平衡溶解度，此时该吸收剂逐步丧失对溶质的吸 收能力。富含溶质的吸收剂溶液称为富液。
在再生部分，通过解吸使富液释放吸收的溶质，恢复其吸收 剂原有的吸收能力，再生后、恢复吸收能力的溶液称为贫液。
3、物理吸收法
以有机化合物作为溶剂，在高压、低温下使酸气组分溶解于溶 剂内。吸收了酸气的溶剂又在低压、高温下释放酸气，使溶剂恢复 对酸气的吸收能力，使脱酸过程循环持续进行。物理溶剂再生时所 需的加热量较少，适用于天然气内酸气负荷高，要求同时进行天然 气脱水的场合。如冷甲醇法。 4、混合溶剂吸收法
以物理溶剂和化学溶剂配制的混合溶剂作为吸收剂，兼有物理 吸收和化学吸收剂作用。如：砜胺法。
三、常用吸收剂
天然气脱酸气工艺中常用的吸收剂有两大类： （1）醇胺类：主要有一乙醇胺、二乙醇胺、二甘醇胺、二异丙醇胺
和甲基二乙醇胺 ； （2）碳酸钾及带有各种催化剂的碳酸钾溶液，主要介绍热碳酸钾。
1、一乙醇胺(MEA)
一乙醇胺(MEA)的特点：
（1）在各种醇胺中其分子量最小、碱性最强、与酸气的反应速度最 快、酸气负荷最高，能够迅速吸收天然气中的酸性气体，易于 降低天然气中酸性气体浓度，而且脱除一定量的酸气所需要循 环的溶液较少；
当要求净化气CO2浓度达到0.1％～0.2％时，可采用贫液分流，分 出约1/3的贫液冷至30℃送至吸收塔顶，从而降低了出塔气体的CO2浓度。
贫液与半贫液分流热碳酸钾流程
3/4 1/4
对于处理CO2浓度高达20％～40％的进料气，可采用贫液与半贫液分 流流程。从再生塔中部取出占总量3/4左右的半贫液送至吸收塔中部，而 余下的1/4获得更好再生的贫液送人吸收塔顶。为了获得更高的净化度， 此股贫液也可进一步冷却后入塔。
天然气脱酸性气体
第一节 第二节 第三节 第四节
脱酸气方法 化学吸收法 其他脱酸气方法 脱酸方法选择
一、脱酸气方法ห้องสมุดไป่ตู้
按操作特点、脱酸原理，多种脱酸工艺可分类为：间歇法、 化学吸收法、物理吸收法、混合溶剂吸收法、直接氧化法和膜分 离法。 1、间歇法
特点：脱酸设备只能批量生产，不能连续生产。 按脱酸气原理可分为： （1）化学反应法：有明显的化学反应，与酸气的反应物不能再 生，作为废弃物处置，故仅用于气量小、含酸气浓度低的场合。 比如海绵铁法脱除酸气。 （2）物理吸附法：没有明显的化学反应，只是单纯的吸附，而 且吸附过程可逆。比如用分子筛脱除酸气。