甲基二乙醇胺吸收天然氣中酸性組份操作技術(shù)條件探討

王志剛 胡勇 蒲懷強(qiáng) 楊軍 何波（西南油氣田分公司川中油氣礦，四川 遂寧 629000）

1 脫硫裝置概況

磨溪凈化廠新建50萬裝置設(shè)計(jì)處理量：50×104m3∕d，壓力：4.0MPa（G），溫度：20～35℃[1]。裝置采用濃度為40%的甲基二乙醇胺水溶液脫出天然氣中酸性組份，吸收溶液經(jīng)再生后循環(huán)使用。吸收塔頂濕凈化天然氣送至脫水裝置，吸收溶液經(jīng)再生所得酸氣送至MCRC硫磺回收裝置制硫。

2 工藝原理簡(jiǎn)介

脫硫裝置利用有機(jī)溶劑甲基二乙醇胺（簡(jiǎn)稱MDEA）選擇性脫出H2S的性能，采用濃度為40%的MDEA水溶液通過氣液逆流接觸進(jìn)行脫硫。在壓力為3.92MPa，溫度為20～35℃條件下，將天然氣中酸性組份吸收，然后在0.08MPa低壓，120℃高溫條件下，將吸收的組份解吸出來，溶液再循環(huán)使用[1]。

MDEA溶液在脫硫過程中的化學(xué)反應(yīng)如下：

主反應(yīng)：

副反應(yīng)：

（R代表“－C2H4OH基團(tuán)”，R∕代表“－CH3基團(tuán)”)

此外，在上述條件下，還會(huì)產(chǎn)生微量氨基甲酸鹽和硫代氨基甲酸鹽，是不可逆反應(yīng)，二者由于分子內(nèi)部聚合，生成再生累積起來，在溶液中形成降解產(chǎn)物[3]。

3 MDEA的操作條件

3.1 溶液的穩(wěn)定性

影響MDEA溶液發(fā)泡的原因較多，但從俄羅斯研究人員測(cè)定的胺液發(fā)泡性能來看，MIDEA溶液的泡沫高度和泡沫消除時(shí)間與胺液濃度有較大關(guān)系，如下表1所示[2]。

表1 MDEA基溶液的發(fā)泡性能

從表1數(shù)據(jù)可以看出，隨著總胺液濃度的增大，泡沫高度逐漸增大，消除時(shí)間逐漸變長(zhǎng)，當(dāng)胺液濃度達(dá)到40%時(shí)，泡沫高度最高，消失時(shí)間最長(zhǎng)。但隨著胺液濃度繼續(xù)增大，泡沫高度逐漸減小，消除時(shí)間也逐漸變短。磨溪凈化廠新建50萬脫硫裝置設(shè)計(jì)胺液濃度為40%，裝置實(shí)際胺液濃度約為41%，說明該脫硫裝置胺液的穩(wěn)定性較差。

溶液發(fā)泡常見的原因及處理措施:

（1）溶液太臟。主要影響因素有：1）原料氣中夾帶的雜質(zhì)成份較多，污染了溶液，導(dǎo)致MDEA 對(duì)H2S 的選擇吸收效果降低；2）溶液在系統(tǒng)循環(huán)過程中產(chǎn)生的部份雜質(zhì)及活性炭粉末，造成溶液污染。其處理措施是:加強(qiáng)對(duì)溶液的過濾；定期對(duì)過濾設(shè)備進(jìn)行清洗，以保持溶液系統(tǒng)的清潔。

（2）貧液再生質(zhì)量差。導(dǎo)致貧液再生質(zhì)量差常見的原因是:再生溫度不能滿足再生條件，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適度增大再生蒸汽用量，在操作過程中，應(yīng)控制好蒸汽閥門的開度，以防止蒸汽量過大造成再生塔攔液沖塔。

（3）酸氣負(fù)荷大。其解決措施是：適度增大溶液循環(huán)量。按理論計(jì)算，酸氣負(fù)荷為1:1（即1moLMDEA 能吸收1moL 的H2S和CO2）時(shí)，MDEA吸收酸氣的效果較好，但是酸氣負(fù)荷也最大，在一定程度上會(huì)造成溶液發(fā)泡。循環(huán)量對(duì)酸氣負(fù)荷的影響如表2所示。

表2 循環(huán)量對(duì)酸氣負(fù)荷的影響

從表2可見，在處理原料氣量不變的條件下（即吸收的酸氣量基本不變），隨著循環(huán)量的逐漸增大，酸氣負(fù)荷逐漸減小。酸氣負(fù)荷過大，在一定程度上可能會(huì)導(dǎo)致溶液發(fā)泡，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇最優(yōu)的循環(huán)量。若由于酸氣負(fù)荷過大而引起溶液發(fā)泡，則可以通過適度增大溶液循環(huán)量來消除發(fā)泡。

3.2 吸收溫度對(duì)MDEA的影響

原料氣進(jìn)吸收塔溫度和貧液進(jìn)吸收塔溫度會(huì)影響MDEA對(duì)天然氣中酸性組份的吸收效果，為分析吸收溫度對(duì)MDEA的影響，取了不同條件下（即不同循環(huán)量、不同吸收溫度）的七組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。如表3所示。

表3 中控室記錄數(shù)據(jù)及化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)表

以表3中數(shù)據(jù)作一曲線圖，如圖1所示

圖1

從圖1 曲線趨勢(shì)可以看出原料氣溫度和貧液進(jìn)塔溫度對(duì)MDEA吸收天然氣中酸性組份的影響較大:

（1）在原料氣中硫化氫含量變化不大的條件下，原料氣進(jìn)吸收塔溫度較低時(shí)（約23℃），從產(chǎn)品氣中H2S 含量可以看出MDEA對(duì)天然氣中酸性組份的吸收性較好。

（2）在貧液循環(huán)量不改變的條件下，隨著原料氣進(jìn)吸收塔溫度的升高，產(chǎn)品氣中H2S含量也增加，MDEA對(duì)酸性組份的吸收效果變差。

（3）貧液的進(jìn)塔溫度也會(huì)影響MDEA 對(duì)酸性組份的吸收。隨著貧液進(jìn)塔溫度升高，產(chǎn)品氣中H2S含量也增加，MDEA對(duì)酸性組份的吸收效果變差。

3.3 處理措施

（1）若由于原料氣進(jìn)吸收塔溫度影響MDEA對(duì)酸性組份的吸收時(shí)，可以適度增大貧液循環(huán)量（循環(huán)量不應(yīng)增加過猛，否則會(huì)導(dǎo)致再生塔攔液沖塔或是再生塔壓差波動(dòng)較大），在增大循環(huán)量的同時(shí)，應(yīng)適度增大蒸汽用量（蒸汽量應(yīng)緩慢增加，不應(yīng)過快，否則蒸汽量過大會(huì)造成再生塔攔液沖塔），控制好閃蒸罐液位及閥門開度，以防止吸收塔壓差波動(dòng)。

（2）若僅由于貧液溫度影響MDEA 對(duì)酸性組份的吸收時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況適度開大貧液冷卻器循環(huán)冷卻水量，降低貧液溫度。當(dāng)循環(huán)水溫度較高時(shí)，可以開啟循環(huán)水冷卻塔頂部風(fēng)機(jī)，降低循環(huán)水溫度。

（3）適度降低溶液中的水含量，以提高吸收溶液中胺濃度。

（4）由于溫度的升高，導(dǎo)致MDEA 對(duì)酸性組份的吸收效果變差，即二者在吸收塔內(nèi)的反應(yīng)段提高，因此在溫度較高的條件下，也可以將貧液由16 層塔板入塔改為22 層塔板入塔。若能通過適度增大循環(huán)量的方法解決以上問題，一般不采用此方法，以簡(jiǎn)化操作。

3.4 吸收壓力對(duì)MDEA的影響

選擇性因子（簡(jiǎn)稱S）表征方法或裝置在一定條件下當(dāng)CO2也存在時(shí)選擇脫除H2S的能力[3]。從選擇性的角度來說，降低吸收壓力有助于改善選擇性，表4提供了兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[2]。

表4 壓力對(duì)選擇性的影響

從表4可見，隨總壓、相應(yīng)的CO2分壓降低，對(duì)CO2的傳質(zhì)與反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，從而改善了選擇性。壓力降低的同時(shí)也使溶液負(fù)荷降低，即需要在較低的氣液比下運(yùn)行，裝置的處理能力也下降。因此，試圖通過降低吸收壓力來改善選擇性是不可取的。

4 結(jié)語

（1）當(dāng)貧胺液濃度接近于41%時(shí)，易導(dǎo)致溶液發(fā)泡。在處理量不變的條件下，通過適度增大溶液循環(huán)量，能降低溶液發(fā)泡程度或消除溶液發(fā)泡。

（2）原料氣進(jìn)站溫度、貧液溫度及貧液循環(huán)量在很大程度上會(huì)影響甲基二乙醇胺對(duì)天然氣中酸性組份的吸收，因此應(yīng)采取相應(yīng)措施加以控制。

（3）通過降低吸收壓力來改善MIDEA 對(duì)酸性組份的選擇性是不可取的。