脱碳与甲烷化

CO2浓度对反应的影响：
C02含量是造成甲烷化反应器超温的最大潜在危害。因为正常生产中， 一旦吸收塔操作不正常，会使大量的CO2进入到甲烷化反应器内，每增 加1%的CO2，会使反应器床层温度升高60℃。
工艺流程
主要设备
甲烷化炉
气水分离器
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H +HCO3 （1） + R2CH3NH （2）
+
R2CH3NH
+
· HCቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 （3）
基本原理
反应受（1）式液膜控制，该反应是二氧化碳 的水化反应，在常温下反应很慢。当在 MDEA溶液中加入1-3%的活性剂R’2NH 时，吸收二氧化碳的反应会按照下面的历程 进行。
基本原理
R’2NH+CO2 R’2NCOOH+R2CH3N+H2O R2CH3N+CO2+H2O
基本原理
压力对反应的影响：
CO和CO2的甲烷化反应是体积缩小的反应，压力升高有利于反应彻底。 相反，降低反应压力，残余的CO和CO2就会有所上升。实际生产中，甲 烷化反应器的压力变化非常小。
空速对反应的影响：
空速对反应的影响较大。空速过大，反应不完全。
基本原理
CO浓度对反应的影响：
转化气中的CO，由于经过两次低温两次变换后，在其粗氢中的残留量已不 构成对甲烷化反应器超温威胁。但由于CO的甲烷化反应放热量比CO2甲烷 化的放热量大，在正常空速下，每增加1%的CO量，会使甲烷化反应器床层 温度升高72%。所以在正常生产中，一定要控制好变换反应，监控好CO残 留量，才能保证甲烷化反应器不发生超温事故。
R’2NCOOH（4） R’2NH+R2CH3NH+· HCO3-（5） R2CH3NH+· HCO3-（6）
基本原理
反应受（4）式控制，但是（4）式要比（1） 式——即二氧化碳的水化反应进行得快很多， 所以综上所述，加入活性剂后改变了MDEA 溶液吸收二氧化碳的历程。活化剂起了传递 二氧化碳的作用，加快了反应速度。
安全生产
噪音控制：
改进工艺，改造机械结构，提高精密度。
一级预防
对室内噪声，可采用多孔吸声材料吸收。 实行噪声作业与非噪声作业轮换制度。
对接触噪声的作业工人定期进行听力检查。
二级预防
职工还应加强自我保护意识。
物料衡算
已知条件： （1）原料气组成（体积分数） 出系统净化气CO2含量：0.2% 出系统再生气CO2含量：98.0% 进系统低变气CO2含量：19.0% （2）流量（Nm3/h） 进系统变化气： 9000 出系统净化气： 7270.2 出系统再生气： 1729.8
物料衡算 序号 物料名 流量与
组成
二氧化
碳
其他组
分
合计 100
9000
1 2
低变气 出塔净
化气
%
Nm3/h
18.9
1713
81.1
7287
%
Nm3/h %
0.3
14.64 98.2 1
99.7 5
100
7255.5 7270.2 1.8 100
3
出塔再
生气
Nm3/h 1694.1 36.697 1729.8
基本原理
催化剂对反应的影响：
催化剂的活性好，则甲烷化反应速度快，CO和CO2去除较为彻底，一旦催 化剂使用不当，造成活性衰退，就很难保持装置满负荷生产，使生产能力 受到制约。
温度对反应的影响：
因甲烷化反应是强放热反应，温度低有利于反应进行。但温度过低，反应 活性分子数量大大减少，反应速度反而因此减慢。装置生产在负荷大的情 况下是不能降低温度操作的，这样很容易出现反应物穿透。如果温度过高， 化学平衡观点认为，不能把CO和CO2降到更低的水平。因此，实际生产 中所控制的温度应兼顾到反应速度和化学平衡两个方面。
主要设备
典型的控制阀，拥有 两个切断阀，一个旁 路阀，一个起主要作 用的调节阀
节能改造
图为脱碳工段 来自三 胺工段的蒸汽管道 利用三胺工段的蒸汽， 作为再沸器的热源， 可以有效降低脱碳工 段的热量消耗，提高 经济效益。
安全生产
化工企业易燃、易爆、有毒、有害物质很多，直 接威胁着工人的生命安全与健康，然而噪声的危 害往往被忽视。其实，暂时性听觉位移以及噪声 聋已经成为石化企业某些工段职工的职业病。 而在脱碳工段中，因为仪器震动产生的噪音，已 超过70分贝。噪音污染成为了脱碳工段工人的 主要危害。
甲烷化工段
基本原理
甲烷化反应是CO和CO2，在一定的温度和甲烷化 催化剂作用下，与H2发生反应，生成CH4和水蒸 气，通过后部冷却，使水蒸气冷凝分离，最后得 到只含CH4杂质的合格氢。 甲烷化反应方程式如下：
基本原理
反应特点：体积缩小 、强放热
催化剂：催化剂都是以镍为活性组分，氧化铝为载体
基本原理
吸附
卸压
再加压
低压吹洗
工艺流程
干法脱碳流程简图
主要设备
湿 法 脱 碳 工 段
基本原理
活性MDEA法是一种以甲基二乙醇胺（MDEA） 水溶液为基础，加入一种或多种活化剂组成的溶 液脱除二氧化碳的新工艺。
MDEA与二氧化碳反应如下：
CO2+H2O + H +R2CH3N
R2CH3N+CO2+H2O
干法脱碳工段
基本原理
干法脱碳采用的是变压吸附法（PSA, Pressure Swing Absorption） PSA是利用吸附剂在不同压力下吸附容量的 不同来实现其分离目的。 压力 吸附质量
基本原理
PSA的优点： 工艺流程简单
能耗低，无需外接热源加热 产品纯度较高，分离彻底
基本原理 一般PSA包含步骤
物料衡算
假设：在整个工段中没有吸收液损失，无二 氧化碳泄露，且系统中无二氧化碳的积累。
7270.2 出系统 净化气
进系统 变换气 9000 脱碳工段 出系统 1729.8再生气
物料衡算
由物料守恒方程： 进入系统的二氧化碳量－出系统的二氧化碳量－ 系统积累的二氧化碳量=0 因为在整个脱碳工段中，我们假设循环积累的二 氧化碳量为0 9000×18.7%－1729.8×X%－7270.2×0.3=0 经过计算得到X=98.025%
基本原理
MDEA含有一个叔氮原子作为活性基因，这 就意味着在这个溶液中仅吸收二氧化碳生成碳 酸氢盐，因此可以进行加热再生。它的蒸汽消 耗远比伯、仲胺与二氧化碳生成颇为稳定的氨 基甲酸盐进行加热时低。
工艺流程
湿法脱碳流程简图
工艺流程
湿法脱碳流程简图
主要设备
油水分离器
汽水分离器
主要设备
吸收塔
汽提塔 再沸器