MDEA脱酸性气体

MDEA法脱除天然气中酸性气体技术

作者：王士颖

目录

摘要

关键字

正文

一、概述

二、脱除天然气中酸性气体的方法

三、MDEA法脱酸工艺技术

四、MDEA法脱酸存在的问题

摘要

天然气中通常含有CO2、H2S和有机硫化合物，这三者又通称为酸性气体。这些酸性气体的存在会造成金属材料腐蚀，并污染环境，在低温过程中结冰堵塞仪表和管线，还会导致催化剂中毒等危害，影响产品质量，因此需要把气体中的酸性气体含量脱除到标准要求的规格。脱酸方法众多，本文结合设计过项目中的MDEA法脱除酸性气体装置的实际经验，介绍了MDEA法脱酸工艺技术及存在的问题。

关键字

MDEA 脱除天然气酸性气体

正文

一、概述

天然气中通常含有CO2、H2S和有机硫化合物，这三者又通称为酸性气体。硫化氢是一种具有臭鸡蛋的刺激性恶臭味的无色气体，有毒，它可以麻痹人的中枢神经系统，经常与硫化氢接触能引起慢性中毒；硫化氢具有强烈的还原性，易受热分解，在有氧存在时易腐蚀金属；易被吸附于催化剂的活性中心使催化剂“中毒”；在有水存在时能形成氢硫酸对金属有较强的腐蚀；H2S还会产生氢脆腐蚀。二氧化碳在有水存在时，会对金属形成较强的腐蚀；同时CO2含量过高，会降低天然气的热值。有机硫大多无色有毒，低级有机硫比空气轻，易挥发。有机硫中毒能引起恶心、呕吐、血压下降，甚至心脏衰竭、呼吸麻痹而死亡。因此，在化工生产中必须把气体中的酸性气体含量脱除到标准要求的规格。

二、脱除天然气中酸性气体的方法

就其过程的物态特征而言，可分为干法和湿法两大类；在习惯上将采用溶液或溶剂作脱酸剂的方法统称为湿法，将采用固体作脱酸剂的方法统称为干法。

就其作用机理而言，可分为化学溶剂吸收法、物理溶剂吸收法、物理—化学吸收法、固体吸收/吸附法及膜分离法等。

（一）化学溶剂吸收法

化学溶剂吸收法又称化学吸收法，是以可逆化学反应为基础，以碱性溶液为吸收溶剂（化学溶剂），在低温高压下，溶剂与原料气中

的酸性组分（主要是H2S和CO2）反应生成某种化合物，在升高温度、降低压力的条件下该化合物又能分解放出酸气并使溶剂得以再生。这类方法中最具有代表性是醇胺法和碱性盐溶液法。醇胺法是一种较为成熟的方法，在上世纪三十年代已开始工业生产，常用化学吸收剂有：一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。

醇胺类化合物分子中至少含有一个羟基和一个胺基。羟基的作用是降低化合物的蒸汽压，并增加在水中的溶解度；而胺基则使溶液呈碱性，促进溶液对酸性组分的吸收。醇胺根据其氮原子上所连接的有机机团的数目可分为伯胺（如MEA）、仲胺（如DEA）、叔胺（如MDEA）三类

（二）物理溶剂吸收法

物理溶剂吸收法又叫物理吸收法，主要是利用有机化合物对天然气中的酸性组分进行物理吸收而将它们从原料气脱除。

物理溶剂吸收法的流程一般较简单，主要设备有吸收塔、闪蒸塔和循环泵。溶液通常靠多级闪蒸进行再生，不需要蒸汽和其它热源。当净化度要求较高时，则需采用汽提或真空闪蒸真空解吸、惰性吹脱和加热溶剂等较为复杂的方法进行再生。

（三）物理—化学吸收法

物理—化学吸收法使用化学溶剂和物理溶剂的混合液，兼有化学吸收和物理吸收两类方法的特点。物理—化学吸收法不仅有良好的选择性，还能脱除有机硫和溶液的硫负荷均较高的特点。

（四）固体吸收、吸附法

固体吸收、吸附法是指使H2S被固体物质吸收或吸附，然后再用空气或减压解吸，使吸收、吸附剂再生的方法。固体吸收法主要有固体氧化铁法，吸附法主要有分子筛法。这两类脱酸方法仅适用于H2S 含量较低或流量很小的天然气脱酸。

（五）膜分离法

膜分离法是使用一种选择性渗透膜，利用不同气体渗透性能的差别而实现酸性组分分离的方法。膜分离的基本原理是原料气中的各个组分在压力作用下，因通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离。

膜分离法的优点：

（1）在膜分离过程中不发生相变化，因而能耗低；

（2）分离过程不涉及化学药剂，副反应少，腐蚀小；

（3）设备简单，过程易操作；

用于气体分离的膜可分为多孔膜、均质膜（非多孔膜）非对称膜及复合膜四类。膜分离法适合处理原料气流量较低、含酸气浓度较高的天然气，对原料气流量或酸气浓度发生变化的情况也同样适用，但不能作为获取高纯度气体的处理方法。对原料气流量大、酸气含量低的天然气不太适合，而且过多水分与酸气同时存在会对膜的性能产生不利影响。

三、MDEA法脱酸工艺技术

MDEA是在20世纪80年代初作为为选择性脱硫溶剂获得工业应用的，在实践中MDEA由于还具有显著的节能效果、腐蚀较轻微、

溶剂不易降解变质等一系列优点。成为近年来发展最快的一种脱酸工艺。

（一）MDEA法脱酸工艺原理

（1）H2S、CO2在醇胺水溶液中的溶解度

H2S及CO2在醇胺溶液中依靠与醇胺的反应而从天然气中脱除。在一定的溶液组成、温度和H2S、CO2分压下，H2S、CO2与溶液之间有一定的酸气平衡溶解度。根据其平衡溶解度的不同来设置溶液循环量的大小。由于不同的组合方式，酸性气体在醇胺溶液中的平衡溶解度是不同的。

（2）MDEA与H2S、CO2的化学反应及选择性

R2R'N+H2S →R2R'NH++HS－+Q (瞬时反应)

CO2+ R2R'N→ (不反应)

CO2+H2O+R2R'N → R2R'NH++HCO3－+Q (慢反应)

（上式中，R=“-C2H4OH”，R'=“-CH3”）

由于MDEA水溶液与同时含有CO2与H2S的气体接触时，MDEA 和H2S的反应是受气膜控制的瞬时化学反应，而MDEA和CO2无直接的反应，只能与其水溶液溶液进行反应，这个反应与CO2在水中的溶解度有很大关系，这种反应机理上的巨大差别造成了反应的速率的不同，构成了选择性吸收的基础，我们可以合理利用以上反应的不同速率，在CO2与H2S共存的情况下达到选择吸收H2S的目的，从而有效利用能源。如果再控制反应的气液比和气液接触方式，还可以更进一步改善H2S的选吸效果。