脱碳技术

脱碳技术
概述
MDEA又称为N-甲基二乙醇胺，MDEA法脱碳技术是利用活化MDEA水溶液在高压常温将天然气或合成气中的二氧化碳(CO2)吸收，并在降压和升温的情况下，二氧化碳(CO2)又从溶液中解吸出来，同时溶液得到再生。

我公司除了在国内建设MDEA法脱碳装置外，也成功登陆海外市场，在印度尼西亚也建设了类似装置。

典型装置
中国海洋石油公司(CNOOC)天然气MDEA法脱除二氧化碳装置
印尼石油公司提供了天然气MDEA法脱碳装置
MDEA脱除酸性气体技术主要应用于以下几个领域：
1. 天然气脱除二氧化碳(CO2)，配套管输天然气或LNG净化装置
2. 天然气脱除硫化氢(H2S) ，配套管输天然气或LNG净化装置
3. 天然气选择性脱除硫化氢(H2S) ，配套管输天然气
4. 变换气脱除二氧化碳(CO2) ，配套合成氨、甲醇或者深冷分离装置
5. 合成气脱除二氧化碳(CO2) ，配套合成氨、甲醇或者深冷分离装置
6. 煤气脱除二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)，配套合成氨、甲醇或者深冷分离装置
7. 食品级二氧化碳(CO2)生产，达到国际饮料行业标准
装置特点
装置规模：处理天然气或变换气1000~500,000m3/h
脱碳精度：二氧化碳(CO2)含量为10PPM~3%
脱硫精度：硫化氢(H2S)含量为0.1~20mg/m3
工作压力：适宜的压力为0.5~15MPa
适用领域：天然气处理与加工、甲醇原料净化、合成氨原料净化等
技术特点
1. MDEA脱除酸性气体的流程可以采用贫液一段吸收和贫液半贫液两段吸收，贫液一段吸收的流程投资省、电耗低、热耗高；贫液半贫液二段吸收的投资大、电耗高、热耗低，根据脱除不同规模的二氧化碳，采用不同的流程。

2. MDEA溶液对天然气的溶解度低于天然气在纯水中的溶解度，因此，MDEA脱除酸性气体的过程中，天然气的损失很低。

3. MDEA溶液兼有物理吸收和化学吸收的特点，溶剂对二氧化碳的负载量大。

4. MDEA稳定性较好，在使用过程中很少发生降解的现象，它对碳钢设备几乎无腐蚀。

5. 烃类回收率高，二氧化碳脱除精度高。

6. 二氧化碳回收率高、纯度高，经过简单后处理，即可达到食品级标准。

技术原理
MDEA(N-Methyldiethanolamine) 即N-甲基二乙醇胺，分子式为CH3-N(CH2CH2OH)2，分子量119.2，沸点246~248℃，闪点260℃，凝固点-21℃，汽化潜热519.16KJ/Kg，能与水和醇混溶，微溶于醚。

在一定条件下，对二氧化碳等酸性气体有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸温度低，化学性质稳定，无毒不降解。

纯MDEA溶液与CO2不发生反应，但其水溶液与CO2可按下式反应：
CO2 + H2O == H+ + HCO3- (1)
H+ + R2NCH3 == R2NCH3H+ (2)
式(1)受液膜控制，反应速率极慢，式(2)则为瞬间可逆反应，因此式(1)为MDEA吸收CO2的控制步骤，为加快吸收速率，在MDEA溶液中加入1~5%的活化剂DEA(R2/NH)后，反应按下式进行：
R2/NH + CO2 == R2/NCOOH (3)
R2/NCOOH + R2NCH3 + H2O == R2/NH + R2CH3NH+HCO3- (4)
(3)+(4):
R2NCH3 + CO2 + H2O == R2CH3NH+HCO3- (5)
由式(3)~(5)可知，活化剂吸收了CO2，向液相传递CO2，大大加快了反应速度，而MDEA又被再生。

MDEA分子含有一个叔胺基团，吸收CO2后生成碳酸氢盐，加热再生时远比伯仲胺生成的氨基甲酸盐所需的热量低得多。

MDEA配方溶液
我公司开发的SD-3A、SD-3B、SD-AS三种规格的配方溶液，由MDEA溶液、活化剂和缓蚀剂组成。

SD-3A适合于天然气脱除二氧化碳(CO2)中使用，有效解决在吸收塔中部天然气中的高级烃类会累积的效应。

贫液的对酸性气体的负载能力大，富液降压闪蒸的速度快，不需要大量的汽提蒸汽。

该SM-3A型配方在东方1-1终端天然气脱碳装置上的使用，在半贫液中设置的探针检测腐蚀速率来看，腐蚀速率低于0.006mm/a，远远低于国家规定的腐蚀速率，说明该溶剂对碳钢没有腐蚀。

SD-3B适合于变换气或者合成气脱除二氧化碳(CO2)中使用，吸收速率快，脱除精度高，可以将二氧化碳(CO2)脱除到10ppm以下。

SD-AS是选择性脱硫的MDEA溶液，它配加有空间位阻胺，在控制硫化氢脱除精度的同时，可以大大减少二氧化碳的吸收率，降低再生能耗。

变压吸附技术特点
变压吸附循环是吸附和再生的循环，吸附过程是吸附剂在加压时吸附混合气中的某些组份，未被吸附组份通过吸附器层流出，当吸附剂被强吸附组分饱和以后，吸附塔需要进入再生过程，也就是解吸或脱附过程。

在变压吸附过程中吸附器内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压实现的，在工业装置上可以采用的方法有：
1)降低吸附器压力(泄压)
2)对吸附器抽真空
3)用产品组分冲洗
下图示意说明吸附器的吸附、解吸过程
图变压吸附循环中吸附—解吸过程示意图
常压解吸(见图a)
1. 升压过程(A-B): 经逆放解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P1、床内杂质吸留量为Q1(A点). 在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点).
2. 吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分. 吸
附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止. 此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。

3. 顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗. 在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变. 当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。

4. 逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。

5. 冲洗过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低. 在此利用别的吸附器顺向降压过程排出的产品组分，在过程最低压力P1下进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附器. 经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止. 至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。

真空解吸(见图b)
1. 升压过程(A-B): 经真空解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1(A点). 在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点)。

2. 吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分. 吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止. 此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。

3. 顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗. 在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变. 当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。

4. 逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。

5. 抽空过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低. 在此利用真空泵抽吸的方法降低杂质分压使杂质解吸并随抽空气带出吸附器.抽吸一定时间后，床内压力为P0，杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止。

至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。