高含CO2天然气处理技术

高含CO2天然气处理技术

本综述总结了国内外目前天然气脱碳技术进展，希望对各位有帮助！dog123 发表于2008-4-18 08:53 没有什么用的哈朋友xiaoxi488 发表于2008-4-19 11:53

你是天然气处理方面的专家，可能感觉文章有点浅，当然要求高，

不过对于别人了解天然气脱CO2流程，工艺方法，脱CO2的技术进展是很有用的！

就不能给海川新人一些鼓励吗？:)木桃琼琚发表于2008-4-19 12:07

不错，楼主辛苦！:victory: :loveline :sa hire2004 发表于2008-4-19 12:44

讲到什么程度？基本原理还是有针对性的讨论啊litchi_py 发表于2008-5-22 09:53

为什么把权限设置到30呢？新人根本就看不了啊enen007 发表于2008-6-20 14:44

为方便论坛中的朋友阅读，同时内容不多，替楼主贴出来了，望楼主不要见怪：

第三节高含CO2天然气的处理技术

一般而言，天然气中存在CO2的含量不高，较H2S的危害也较小。但如果净化后的原料气中CO2的含量较高，就会在低温下成为固相析出堵塞管道。同时也会造成板翅式换热器冻堵，装置不能连续生产，CO2的存在还会使天然气的燃烧减弱。因此，脱除天然气中的CO2是天然气净化处理中的一个重要部分。

脱除CO2的工业方法主要有：溶剂吸收法；低温分离法；膜分离法；固定床吸附；联合方法等。本书将着重介绍前三种方法。

一般而言，影响天然气脱除CO2的主要工艺选择因素有温度、压力、天然气中含有的其他杂质、CO2的浓度及其他因素。其中，温度对工艺的选择并不产生太大的影响，只需注意水合物的影响；CO2分压对工艺选择的影响在于其分压高时，通常采用再生工艺；天然气中含有的H2S和H2O对工艺选择影响较大，当H2S含量较高时，多采用溶剂吸收法，而其他杂质如重烃、有机硫、氦、汞等含量较低，可忽略不计；原料气中CO2的高低将决定采用再生或非再生工艺，当CO2浓度低，通常采用较为简单的非再生工艺，而当其浓度高时，多采用再生工艺；其他因素主要考虑地理位置的影响，当处于偏远地区时，优先选择工艺简单、容易操作的工艺路线。具体的工艺选择方案见图9-1。

图9-1 脱除CO2工艺选择方案

一、溶剂吸收法

溶剂吸收法作为最古老又能成熟应用的脱CO2方法，现在已在CO2工艺中广泛使用。溶剂吸收法又可分为化学吸收法、物理吸收法和混合溶剂法。

１．化学吸收法

化学吸收法是让原料气和一种化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，CO2与溶剂反应形成富液，富液经过解收塔分解出CO2，吸收与解吸交替进行，从而实现CO2的脱除。这类方法一般不受原料气酸气分压的影响，适用CO2分压较低,净化度要求较高的情况,但再生时需要加热，热能消耗大。目前，工业中广泛采用胺法和热碳酸钾法这两种化学吸收法。

虽然采用化学吸收法脱除天然气中的CO2后的产品气纯度高且处理量大，且该法目前已经得到广泛应用，但是化学吸收法依然存在以下不足：应用该法脱除CO2时，需考虑吸收剂的再生循环使用问题，从而增加了操作难度；该法对含CO2的原料气适应性不强，需要复杂的预处理系统，而且由此带来的设备腐蚀与环境污染问题也较严重，故对一些关键设备的材质要求很高，加大了设备的投资；相对变压吸附法而言，该法作为湿法工艺相对比较复杂，流体需要周期性升温、降温，并且溶剂再生必须消耗大量的外热。

⑴胺法

胺法是目前世界范围内天然气脱除CO2工艺中使用最频繁的方法。胺法是以乙醇胺类作为吸收剂，一般有一乙醇胺法、二乙醇胺法、三乙醇胺法和二异丙醇胺法、甲基二乙醇胺法等。工业上最先使用的是三乙醇胺，但由于CO2的吸收效率低和溶剂的稳定性差，因而逐渐被一乙醇胺、二乙醇胺及甲基二乙醇胺法所取代。

①MEA法脱除CO2

一乙醇胺作为吸收剂用于脱除天然气中的CO2，是较早工业化的方法之一。该法的主要优点在于工艺简单、经济，原料气经处理后能达到满意的净化度。同时，一乙醇胺能与CO2反应生成碳酸盐，该生成物可在一定温度及热量下分解，使MEA溶液得以再生。但该法也存在一些缺点：MEA与CO2所生成的碳酸盐不稳定，在一定条件下又可进一步与CO2和H2O反应生成更稳定的重碳酸盐，使溶液再生能耗增加；同时使再生溶液中的碳酸盐残余浓度增大，导致吸收塔的效率降低；另外，MEA与CO2反应能生成少量的氨基甲酸盐，具有强腐蚀性。

该法的工艺流程如下：冷却原料气至40℃一50℃进入吸收塔底部，与MEA溶液逆流接触，净化后从塔顶离开。塔底富液与贫液换热后进入再生塔顶部，与再沸器产生的热蒸汽接触，排出其中的CO2，得到再生的贫液冷却后返回吸收塔循环使用。离开再生塔的气体通过冷凝器和回流罐后进入下一工序，冷凝液返回再生塔。具体流程见图9-2。

图9-2 MEA脱CO2工艺流程图

②MDEA脱除CO2

MDEA即N一甲基二乙醇胺，是一种叔胺，其化学性质稳定、无毒、不降解。MDEA并不如伯胺、仲胺那样与CO2反应生成稳定的胺基甲酸盐，只能形成亚稳定的胺基甲酸氢盐，所以其在较低温度下就能再生。同时，MDEA吸收CO2的过程兼有物理吸收和化学吸收的特点。

纯MDEA并不能与CO2发生化学反应，而只有MDEA水溶液才对CO2有吸收作用，反应方程式如下:

R3N+CO2+H20=R3NH++HCO3-

MDEA脱碳系统是由吸收塔、闪蒸塔、解吸塔和再生塔组成。原料气进入吸收塔底部，与MDEA半贫液接触并进行吸收，然后和贫液接触并进一步吸收，得到的净化气中CO2含量应小于0.08%。吸收后的富液经

换热后，进入闪蒸塔，闪蒸后去解吸塔，闪蒸气用一部分半贫液和一部分解吸塔顶冷凝液洗涤回收CO2

和MDEA。来自闪蒸塔的富液在解吸塔中解吸，解吸得到的半贫液除一小部分经加热后进入再生塔进一步解吸外，大部分经冷却后作为半贫液循环，解吸气经冷却后回收冷凝水，顶部得到CO2产品气。再生塔底有一个再沸器，在再生塔塔底得到的贫液，经冷却后作为贫液循环，进入吸收塔。具体工艺流程见图9-3

图9-3 MDEA脱CO2工艺流程图

③活化MDEA脱除CO2

为了进一步提高脱碳效率，加快CO2的吸收和再生，可以在MDEA溶液中加入适量活化剂。用加入活化剂的MDEA溶液脱除CO2的工艺被称为活化MDEA脱碳或改良MDEA法脱碳，一般采用乙醇胺、咪唑、甲基咪唑等作为活化剂。

活化MDEA法脱碳工艺具有以下特点：净化度高，吸收压力低；投资省，工艺流程简单；溶剂无毒，无腐蚀性；设备费用低，能耗低；操作手段灵活；可同时脱硫且溶剂再生时不析出单质硫。

活化MDEA脱除CO2工艺流程如图9-4。该工艺采用二段吸收、二段闪蒸、蒸汽气提再生的三塔流程。

图9-4 活化MDEA脱CO2工艺流程图

④空间位阻胺

空间位阻胺作为近几年开发的一种新型净化剂，是在胺分子中引入某些具有空间位阻效应的基团，用于改善溶剂的脱硫、脱碳效果。该化合物中至少有一个仲氨基与一个仲碳或叔碳原子连接，此类溶剂用于天然气脱CO2具有的优点是吸收效率高，溶剂循环量少，能耗和操作费用低，节能效果和经济效益显著。