天然氣脫硫過程的胺液污染問題及胺液凈化技術(shù)研究進(jìn)展

孫姣，孫兵，姬春彥，魏月友，陳文義

（1河北工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系，天津 300130；2河北工業(yè)大學(xué)工程流動與過程強(qiáng)化研究中心，天津 300130；3蘇州立升凈水科技有限公司，江蘇 蘇州 215000）

天然氣脫硫過程的胺液污染問題及胺液凈化技術(shù)研究進(jìn)展

孫姣1，2，孫兵3，姬春彥1，2，魏月友1，2，陳文義1，2

（1河北工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系，天津 300130；2河北工業(yè)大學(xué)工程流動與過程強(qiáng)化研究中心，天津 300130；3蘇州立升凈水科技有限公司，江蘇 蘇州 215000）

胺法脫硫工藝特別是甲基二乙醇胺（MDEA）法在天然氣脫硫中較為常用，但是胺液在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)泡、降解、熱穩(wěn)鹽等污染問題，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的操作。由于更換胺液成本較高，所以需要對胺液進(jìn)行凈化處理來延長胺液使用壽命。本文對胺液污染問題產(chǎn)生原因及解決辦法進(jìn)行了分析，提出胺液污染的主要原因是預(yù)處理效果差導(dǎo)致胺液產(chǎn)生熱穩(wěn)鹽、固體懸浮物、重?zé)N及系統(tǒng)含氧導(dǎo)致胺液發(fā)生降解，使得胺液中的污染物濃度增加。胺液降解和熱穩(wěn)鹽問題是最亟須解決的，因為它們直接影響著其它胺液污染問題的發(fā)生。本文還介紹了胺液凈化技術(shù)的發(fā)展情況，目前主流凈化技術(shù)的核心是以離子交換技術(shù)來除去離子型雜質(zhì)，以過濾吸附技術(shù)去除非離子型雜質(zhì)，該類技術(shù)與中和作用、熱回收等相比具有明顯優(yōu)勢。

胺液凈化；胺液發(fā)泡；胺液帶油；胺液降解；熱穩(wěn)鹽；天然氣脫硫

Key words：amine purification；amine foaming；amine liquor entraining oil；amine degradation；thermal stability salt，natural gas desulfurization

在開采出的天然氣中常含有硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）和有機(jī)硫化合物（CS2，COS-羰基硫）等酸性組分，這些酸性組分會腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境，嚴(yán)重威脅人身安全，因此天然氣加工廠需要對天然氣進(jìn)行脫除酸氣的處理。甲基二乙醇胺（MDEA）溶液具有選擇性脫除H2S等酸性物質(zhì)的性能，在天然氣脫硫脫碳中處于一枝獨(dú)秀的地位[1-2]。MDEA溶液比其他胺溶液抗污染能力差，易產(chǎn)生發(fā)泡、帶油、損失、熱穩(wěn)鹽等問題[3]，嚴(yán)重影響天然氣脫硫系統(tǒng)的正常操作。本文通過對各種胺液污染問題產(chǎn)生原因和解決方法進(jìn)行介紹，總結(jié)出胺液污染的特點(diǎn)，并對目前胺液凈化技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行闡述，以期為國內(nèi)天然氣加工廠解決胺液污染提供參考。

1 胺液污染問題產(chǎn)生原因及解決辦法

胺液脫硫凈化系統(tǒng)常見流程如圖1所示（也有些天然氣加工廠將過濾凈化設(shè)備安裝在貧胺液管線）。天然氣在開采過程中，混有發(fā)泡劑、緩蝕劑等化學(xué)藥劑，同時，開采出來的天然氣還含有C5+或以上的重?zé)N、游離水等液體和固體雜質(zhì)。在天然氣未進(jìn)入胺液脫硫系統(tǒng)前，通過原料氣分離器除去其中的固體和液體雜質(zhì)。當(dāng)天然氣進(jìn)入胺液脫硫系統(tǒng)后，由于胺液氧化變質(zhì)、設(shè)備腐蝕等原因會產(chǎn)生懸浮固體、胺液降解產(chǎn)物等雜質(zhì)，通過過濾器、活性炭吸附器等設(shè)備去除。通過閃蒸罐將未預(yù)處理干凈的重?zé)N除去。添加添加劑抑制腐蝕、起泡等。

然而在使用過程中，胺液中的雜質(zhì)會越來越多，直至雜質(zhì)含量超過一定濃度，引起胺液腐蝕、帶油、發(fā)泡、降解及損失等問題。

圖1 胺液凈化脫硫系統(tǒng)

下面通過對胺液脫硫系統(tǒng)中出現(xiàn)的主要問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，以期探尋胺液凈化問題的特點(diǎn)。

1.1 腐蝕

胺液再生系統(tǒng)的塔頂回流系統(tǒng)、重沸器以及貧、富液易出現(xiàn)腐蝕。劉英[4]和胡洋等[5]分別針對胺液脫硫系統(tǒng)腐蝕問題進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)生的主要原因是：Fe(OH)3、FeS等腐蝕產(chǎn)物、活性炭顆粒、熱穩(wěn)鹽等固體沖刷壁面造成沖擊腐蝕、碳鋼腐蝕、再沸器發(fā)生空泡腐蝕等。腐蝕會造成設(shè)備開裂，使用壽命縮短?？刹扇艋芬骸⒏鼡Q不銹鋼材料、添加緩蝕劑、增加沉降罐等措施抑制腐蝕。

1.2 胺液帶油

由于天然氣預(yù)處理不充分，重?zé)N組分隨天然氣進(jìn)入胺液系統(tǒng)，胺液緩沖罐上層出現(xiàn)懸浮油，撇油造成胺液跑損，并引起胺液發(fā)泡，加重設(shè)備腐蝕，影響胺液吸收酸氣速率[6]，可通過定期撇油、加強(qiáng)過濾等措施來解決胺液帶油問題[7]。

1.3 胺液發(fā)泡

胺液中由于含有緩蝕劑等發(fā)泡劑和固體顆粒等穩(wěn)泡物質(zhì)，使胺液脫硫設(shè)備中形成不易破裂的泡沫，引起吸收塔、再生塔攔液，也引起霧沫夾帶，加重胺損失，嚴(yán)重影響胺液脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行[8-9]。

1.3.1 胺液中雜質(zhì)對胺液發(fā)泡的影響

黨曉峰等[10]針對長慶氣田第三天然氣凈化廠出現(xiàn)的胺液發(fā)泡問題，通過現(xiàn)場分析和室內(nèi)試驗，分析了導(dǎo)致胺液發(fā)泡問題的原因；周永陽等[11]分析了胺液泡沫產(chǎn)生與穩(wěn)定的影響因素，結(jié)合醇胺溶液分析了胺液發(fā)泡的原因，提出了預(yù)防措施；文獻(xiàn)[10-11]描述了胺液中的雜質(zhì)種類、來源及產(chǎn)生的后果，見表1。

在確定MDEA脫硫液中雜質(zhì)種類及影響原因后，一些學(xué)者分別針對胺液脫硫系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的胺液發(fā)泡問題，研究了不同種類的雜質(zhì)對胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響。

由于胺液中雜質(zhì)種類較多，吳新民[12]和金祥哲[13]等分別采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和灰關(guān)聯(lián)法研究不同種類雜質(zhì)對胺液發(fā)泡的影響，其均采用單因素實(shí)驗，即通過向干凈胺液中加入某種固定濃度的雜質(zhì)來檢驗其對胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響，但是其未考慮雜質(zhì)濃度以及在其他雜質(zhì)特別是表面活性劑存在的情況下對胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響，所以其結(jié)果顯示出胺液降解產(chǎn)物會降低胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性，重?zé)N會降低起泡性的結(jié)果。但是從Arnaudov等[14]針對烴類物質(zhì)對胺液泡沫的形成和穩(wěn)定性的影響以及Chen等[15]對一乙醇胺和哌嗪的混合胺液在脫碳過程中不同的降解產(chǎn)物對胺液發(fā)泡性能的影響可以發(fā)現(xiàn)，重?zé)N和胺液降解產(chǎn)物對胺液的影響是與物質(zhì)濃度有關(guān)的。而本文作者在進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗中也發(fā)現(xiàn)在表面活性劑存在的情況下，胺液降解產(chǎn)物是會同時增強(qiáng)胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性的。

表1 胺液中雜質(zhì)種類，來源，及產(chǎn)生后果

楊敬一等[16]則專門針對胺液中經(jīng)常出現(xiàn)的活性炭、Fe(OH)3、FeS三種雜質(zhì)，研究其不同種類、濃度、粒徑大小對胺液起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響。結(jié)果顯示，F(xiàn)e(OH)3和活性炭對胺液泡沫穩(wěn)定性有較大影響，而FeS影響較小。脫硫劑溶液的起泡性和泡沫穩(wěn)定性隨顆粒濃度先增加而后趨于穩(wěn)定或下降。實(shí)驗中選取小于0.3mm的固體雜質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗，表明顆粒粒度的大小與泡沫性能之間沒有顯示出一定的關(guān)系。

1.3.2 胺液脫硫設(shè)備對胺液發(fā)泡的影響

胺液發(fā)泡的產(chǎn)生不僅僅是由于胺液雜質(zhì)含量較高，部分研究者提及胺液脫硫設(shè)備也會促使胺液發(fā)泡[17-18]，見表2。

目前解決胺液發(fā)泡的方法主要是添加消泡劑、過濾固體雜質(zhì)、更換胺液等。對于胺液脫硫系統(tǒng)中設(shè)備造成的胺液發(fā)泡問題，由于設(shè)備對胺液發(fā)泡的影響較難控制，例如吸收塔內(nèi)較高的氣液接觸速度引起的起泡速率較高，吸收塔內(nèi)氣液接觸速度較大是較難控制的，否則會影響吸收塔的吸收效率，因此這類問題一般被忽視，大多數(shù)研究人員將關(guān)注點(diǎn)放在研究如何凈化胺液從而降低其起泡性和泡沫穩(wěn)定性上來。當(dāng)然通過改進(jìn)設(shè)備解決胺液發(fā)泡問題可以作為未來的研究方向。

表2 胺液脫硫系統(tǒng)中主要設(shè)備及發(fā)泡原因

1.4 胺液降解和熱穩(wěn)鹽

胺液降解包括熱降解、氧化降解以及與CO2反應(yīng)引起的化學(xué)降解。MDEA溶液熱穩(wěn)定性較好，一般不會發(fā)生熱降解。熱穩(wěn)定性鹽（HSS）是指原料氣中一些雜質(zhì)（如CO2、O2、COS、CS2等）與醇胺反應(yīng)，生成在加熱條件下不能再生的鹽。熱穩(wěn)定性鹽主要由醇胺降解變質(zhì)產(chǎn)生，還來自氣田開采過程中或工藝水中采用的一些化學(xué)添加劑，如鹽酸、硫酸等酸性物質(zhì)，導(dǎo)致生成鹽酸鹽、硫酸鹽等HSS。其產(chǎn)生原理如下所述。

帶有弱酸氣體與胺液的反應(yīng)產(chǎn)生了可逆的鹽，即按照如式（1）的反應(yīng)。

胺與酸的反應(yīng)比與酸性氣體的反應(yīng)要強(qiáng)烈，生成熱的不可逆的鹽（HSS）或HSAS（熱穩(wěn)定胺鹽）或者有機(jī)HSS[式（2）]。

式中，HX是強(qiáng)酸；X是酸根離子，如甲酸根、乙酸根、磷酸根、硝酸根和氯離子等。

MDEA氧化降解產(chǎn)物主要是甲酸、乙酸、甘醇酸等羧酸，這些羧酸與MDEA反應(yīng)生成的熱穩(wěn)鹽占總熱穩(wěn)鹽量的主要部分。Rooney等[19]對比幾種醇胺溶液，發(fā)現(xiàn)MDEA的氧化降解是最輕微的，這也體現(xiàn)出MDEA溶液的抗氧化能力較強(qiáng)，但是卻不能忽視MDEA的氧化降解，其將50%MDEA在85℃的情況下氧化28天產(chǎn)生的DEA高達(dá)1605mg/kg。葉國慶等[20]發(fā)現(xiàn)CH3OH和HCN可加速降解反應(yīng)的進(jìn)行，其提出加入脫氧劑可在系統(tǒng)含少量氧情況下抑制氧化降解。

CO2所致的MDEA化學(xué)降解一般較少，但是也不能忽視。王開岳等[21]介紹了Chakma等對CO2所致MDEA化學(xué)降解產(chǎn)物的鑒定和反應(yīng)機(jī)理及動力學(xué)研究的結(jié)果：在不高于120℃的條件下，降解可以忽略，隨溫度升高而降解加劇。貧液進(jìn)塔溫度一般小于45℃，再生塔溫度較高，塔頂溫度與再生壓力相關(guān)，控制在100℃左右，而塔底再沸器汽相反應(yīng)溫度一般在140～145℃，與CO2的化學(xué)降解多發(fā)生在再沸器處，但是不排除存在再生塔壓力、溫度改變導(dǎo)致其發(fā)生化學(xué)降解的情況存在。

一般認(rèn)為添加劑會增加胺液變質(zhì)速率，并認(rèn)為熱穩(wěn)鹽含量越少越好，顏曉琴等[22-23]的研究結(jié)果顯示并不是所有添加劑都會增加胺液變質(zhì)速率，其與添加劑本身的化學(xué)反應(yīng)活性和熱穩(wěn)定性有關(guān)。不同種類胺鹽對MDEA脫硫性能影響有所不同，其認(rèn)為應(yīng)根據(jù)熱穩(wěn)鹽種類來確定對MDEA溶液中熱穩(wěn)鹽含量的限制。

由于MDEA脫硫液中熱穩(wěn)鹽種類的復(fù)雜性，為了準(zhǔn)確快速而詳盡地了解胺液中熱穩(wěn)鹽的種類和含量，汪文強(qiáng)等[24]研究MDEA脫硫液中熱穩(wěn)鹽類型及含量測定方法，采用離子色譜法，選用合適的色譜條件和時間控制條件，實(shí)現(xiàn)了對主要熱穩(wěn)定鹽種類和含量的快速準(zhǔn)確測定?？朔岁栯x子交換-容量滴定法只能測熱穩(wěn)鹽總量以及非抑制離子交換色譜和離子排斥色譜法需兩種條件下兩次測量的缺點(diǎn)。

一般通過添加脫氧劑來減少氧化降解，通過熱回收方法和更換胺液來降低胺液熱穩(wěn)鹽含量。

1.5 胺液損失

胺液損失不僅包括開停工、跑冒滴漏、揮發(fā)夾帶、安全閥等引起的物理性損失，還包括胺液發(fā)泡引起的損失和胺液降解、腐蝕反應(yīng)等引起的化學(xué)性損失。胺液損失會導(dǎo)致凈化產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響下游設(shè)備正常運(yùn)行，并導(dǎo)致腐蝕加劇[25]，所以只有解決發(fā)泡、降解、腐蝕等問題，才能降低胺液損失。

1.6 胺液污染問題的特點(diǎn)

通過以上對胺液污染問題的介紹，總結(jié)出雜質(zhì)與各種因素的相互影響關(guān)系，見圖2。

圖2 胺液污染問題與雜質(zhì)關(guān)系圖

由圖2可看出，原料氣中的H2S、CO2、鹽酸和硫酸等酸性物質(zhì)、氧氣、緩蝕劑和泡排劑等表面活性劑（工藝水也是由于存在緩蝕劑等表面活性劑導(dǎo)致胺液發(fā)泡）和重?zé)N是引起胺液出現(xiàn)發(fā)泡、降解、熱穩(wěn)鹽、損失、帶油的主要原因。緩蝕劑，泡排劑等表面活性劑因是泡沫膜的組成部分，從而是引起胺液發(fā)泡的根源；CO2、氧氣導(dǎo)致了腐蝕和胺液降解的發(fā)生；鹽酸、硫酸等酸性物質(zhì)與醇胺反應(yīng)生成熱穩(wěn)鹽；重?zé)N引起胺液帶油和胺液發(fā)泡的發(fā)生。這大多是原料氣預(yù)處理效果差而引起的。固體顆粒中的活性炭顆粒的增加是由于活性炭機(jī)械強(qiáng)度較差，導(dǎo)致易破碎而進(jìn)入胺液。

胺液降解產(chǎn)物會直接影響著胺液發(fā)泡、胺液損失、熱穩(wěn)鹽、腐蝕的產(chǎn)生。腐蝕會導(dǎo)致固體含量增加，增強(qiáng)泡沫穩(wěn)定性并進(jìn)一步加重腐蝕。熱穩(wěn)鹽會加重腐蝕，促進(jìn)胺液發(fā)泡。胺液降解和熱穩(wěn)鹽才是導(dǎo)致胺液質(zhì)量變壞的根源，要想很好地解決胺液污染帶來問題，就要首先從加強(qiáng)原料氣預(yù)處理，盡量降低系統(tǒng)中氧含量、控制溫度來分別抑制胺液與氧氣和CO2發(fā)生化學(xué)降解這兩個主要方面入手，兼顧抑制設(shè)備腐蝕，強(qiáng)化過濾，從而解決胺液污染問題。但胺液降解和原料氣凈化效果不好不可能完全杜絕，需除去胺液中逐漸增加的熱穩(wěn)鹽，從而減緩胺液質(zhì)量變壞的速率。

2 胺液凈化工藝

2.1 胺液凈化的常規(guī)方法

目前解決胺液發(fā)泡和胺液降解的方法，分為預(yù)防、添加添加劑、強(qiáng)化過濾、更換胺液4類方法，見表3。

表3 解決胺液凈化問題的常用方法

有效防止胺液腐蝕和降解的基礎(chǔ)是預(yù)防。隨著設(shè)備的運(yùn)行，胺液降解、腐蝕等問題陸續(xù)出現(xiàn)，通過后3種方法才能保持胺液脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。后3類方法各有缺點(diǎn)，強(qiáng)化過濾和更換胺液會增加成本，添加劑雖然能在短期內(nèi)解決胺液凈化問題，卻會對胺液帶來其他負(fù)面問題，這些往往被忽視。緩蝕劑是表面活性劑，會增加胺液的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。消泡劑也屬于表面活性劑，在較低濃度下會抑制發(fā)泡，但會失效甚至起反作用[26-29]，影響氣液傳質(zhì)[30-31]，導(dǎo)致超濾膜出現(xiàn)膜污垢[32]等缺點(diǎn)。

2.2 胺液凈化和復(fù)活技術(shù)

解決好胺液降解和熱穩(wěn)鹽問題才是解決胺液凈化的關(guān)鍵，通過基本的機(jī)械過濾加活性炭吸附方法無法除去熱穩(wěn)鹽，目前的胺液凈化和復(fù)活技術(shù)都以降低胺液中熱穩(wěn)鹽含量為主要目標(biāo)。解決胺液發(fā)泡和強(qiáng)化過濾的新技術(shù)也不斷出現(xiàn)。

2.2.1 中和作用

由于有機(jī)熱穩(wěn)鹽是使胺液脫酸能力下降的最根本原因，而無機(jī)熱穩(wěn)鹽則不是，所以該種方法是將苛性鈉加入胺系統(tǒng)，中和有機(jī)熱穩(wěn)鹽，使其變?yōu)闊o機(jī)熱穩(wěn)鹽。但該方法僅使有機(jī)熱穩(wěn)鹽為無機(jī)熱穩(wěn)鹽，而不能減少熱穩(wěn)鹽。在H2S存在的情況下HSS的中和會導(dǎo)致鹽的沉淀，增加溶液的導(dǎo)電率而導(dǎo)致更多腐蝕。

2.2.2 熱回收

該方法采用氫氧化鈉來進(jìn)行中和，然后在真空下升溫進(jìn)行減壓蒸餾，將MDEA從被污染的胺液中蒸餾出來。該法最大的缺點(diǎn)就是成本較高，且因為溫度較高，會引起潛在的胺損失。蔡培等[33]采用膜蒸餾技術(shù)來回收MDEA溶液，在壓力10.0kPa、回收溫度65℃下進(jìn)行蒸餾，回收率高達(dá)97%。

2.2.3 電滲析

電滲析技術(shù)用膜來實(shí)現(xiàn)對陰陽離子的選擇。該技術(shù)缺點(diǎn)是膜易污染和經(jīng)濟(jì)成本增加，且不能除去非離子類雜質(zhì)。該法以聯(lián)碳公司UCARSEP電滲析方法[34]和加拿大ElectroSep Technologies公司開發(fā)的ElectroSep工藝[35]為代表。電滲析法的原理如圖3所示[36]。首先向胺液中加入堿進(jìn)行中和，使有機(jī)熱穩(wěn)鹽變成無機(jī)熱穩(wěn)鹽，外加電場使溶液中的陰陽離子進(jìn)行定向移動，根據(jù)陽離子和陰離子滲透膜選擇透過性，將陰陽離子從胺液中分離出來。從而達(dá)到去除熱穩(wěn)鹽的目的。ElectroSep工藝與UCARSEP略有不同，是將堿液加入電滲析裝置中，具有更低的胺損失率，但只能脫除胺液中的陽離子。趙學(xué)法[37]公開的組合堆膜法也采用電滲析法除去熱穩(wěn)鹽陰離子。

圖3 UCARSEP電滲析法原理[34]

2.2.4 離子交換

離子交換法利用離子交換樹脂的選擇性吸附溶液中陰陽離子的原理，從而除去熱穩(wěn)鹽。不需要向胺液中加入堿進(jìn)行中和，只需使用苛性鈉溶液對離子交換樹脂進(jìn)行再生，即可達(dá)到循環(huán)利用。該方法是目前胺液凈化技術(shù)研究的熱點(diǎn)，缺點(diǎn)是不能除去非離子類雜質(zhì)，且離子交換樹脂容易受到烴類等雜質(zhì)的污染。Narendra Verma等[38]對比了目前解決胺液的熱穩(wěn)鹽問題的常見方法，認(rèn)為離子交換樹脂法能更好的解決胺液中熱穩(wěn)鹽問題，并且成本較低。該方法以美國MPR公司的SSU胺凈化新技術(shù)和加拿大Eco-Tec公司Amipur系統(tǒng)[39]較為典型，應(yīng)用較多。

Amipur系統(tǒng)是一套集合離子樹脂的吸附和再生的離子交換系統(tǒng)，可接入貧液管線進(jìn)行熱穩(wěn)鹽的脫除。圖4 即Amipur 系統(tǒng)的流程。

趙文學(xué)等[40]采用美國MPR公司的SSU胺凈化新技術(shù)采用3個獨(dú)立的過程單元來凈化胺液，見圖5。其中HCX單元通過專用樹脂去除胺洗系統(tǒng)中的各種烴類物質(zhì)；SSX單元用來除去胺液中的懸浮物（主要成分為硫化鐵），采用直徑為微米級的玻璃纖維絲作為濾料；HSSX 單元利用Versaltl樹脂進(jìn)行離子交換，從胺液中去除熱穩(wěn)態(tài)鹽。該系統(tǒng)集脫除烴類物質(zhì)，固體雜質(zhì)和熱穩(wěn)鹽于一體。

圖4 Amipur系統(tǒng)流程圖[39]

圖5 胺凈化工藝流程圖[40]

目前關(guān)于以離子交換為基礎(chǔ)的胺液凈化技術(shù)，研究重點(diǎn)是選用合適的離子交換樹脂，使其具有抗污染、易再生的性能。蘭敏等[41]用基于離子交換分離技術(shù)，采用EliteRUTM樹脂凈化胺液，胺液中的熱穩(wěn)鹽（HSS）體積分?jǐn)?shù)從7.42%降至0.88%。羅芳等[42]選用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，如Ⅰ型苯乙烯-二乙烯苯骨架強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂、Ⅱ型苯乙烯-二乙烯苯骨架強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂及丙烯酸骨架強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。李曉剛等[43]利用強(qiáng)堿-弱堿混合型樹脂進(jìn)行離子交換。

先通過多種過濾吸附方法除去胺液中的固體雜質(zhì)和有機(jī)物，再利用離子交換法來除去熱穩(wěn)鹽是目前的研究熱點(diǎn)，如閆昭等[44]提出的一種類似SSU法，即結(jié)合機(jī)械過濾器和陰離子樹脂交換工藝設(shè)備的綜合過濾措施，張莉霞[45]采用快速淺層床離子交換法并結(jié)合過濾設(shè)備來進(jìn)行胺液凈化。

2.2.5 旋流過濾分離

馬思平等[46]提出將旋流過濾分離技術(shù)應(yīng)用于胺液凈化中，根據(jù)旋風(fēng)分離器的原理，首先利用低強(qiáng)度離心力場分離較大液體顆粒或股狀液體，然后在高強(qiáng)度離心力場下分離細(xì)小顆粒，最后經(jīng)過絲網(wǎng)除霧，通過 3 次分離完成氣液的初步分離和精細(xì)分離，從而提高預(yù)處理效果。

2.2.6 泡沫分離

由于胺液發(fā)泡發(fā)生的根源是表面活性劑的存在，根據(jù)表面吸附原理，通過向胺液中鼓泡，使表面活性劑和固體懸浮物吸附在氣泡表面，隨氣泡進(jìn)入胺液上層形成穩(wěn)定泡沫層，通過將泡沫層與胺液分離，從而解決胺液發(fā)泡問題，并提高過濾器的使用效率。國外Sigmapure系統(tǒng)[47]就是利用該原理開發(fā)的，用于氣體凈化處理系統(tǒng)，有效成分的損失小，成本也很低。

3 結(jié) 語

通過以上對胺液凈化問題出現(xiàn)的原因和凈化技術(shù)的介紹和分析，總結(jié)如下：

（1）胺液脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因不僅僅是由于胺液中含有表面活性劑、固體雜質(zhì)、胺液降解產(chǎn)物和熱穩(wěn)鹽、重?zé)N等物質(zhì)，胺液脫硫系統(tǒng)的設(shè)備本身也是造成胺液發(fā)泡問題產(chǎn)生的又一原因。

（2）原料氣預(yù)分離系統(tǒng)效果差和胺液脫硫系統(tǒng)含氧是導(dǎo)致胺液污染的最主要原因。

（3）在眾多胺液問題中，胺液降解和熱穩(wěn)鹽問題是最主要的問題，直接影響著其他問題的發(fā)生。

（4）在基本的解決胺液脫硫系統(tǒng)問題的方法中，加入添加劑是最簡單、成本最低的方法，但卻會對胺液脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，如會使胺液失效甚至起反作用、影響氣液傳質(zhì)等。

（5）目前的胺液凈化技術(shù)中，以離子交換技術(shù)為基礎(chǔ)，兼具脫除非離子類雜質(zhì)的技術(shù)成為未來的主流。

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Introduction of amine liquid pollution in natural gas desulfurization process and purification technology

SUN Jiao1，2，SUN Bing3，JI Chunyan1，2，Wei Yueyou1，2，CHEN Wenyi1，2（1Department of Process Equipment and Control Engineering. Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；2Research Center of Engineering Fluid and Process Enhancement，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；3Suzhou Lisheng Water Purification Technology Co.，Ltd.，Suzhou 215000，Jiangsu，China）

Amine desulfurization process，especially the methyldiethanolamine（MDEA）method，is commonly used in the natural gas desulfurization，but a lot of pollution issues such as foaming，degradation and heat stable salt often appeared in the use of amine liquid which seriously affect the operation of desulfurization system. Considering the high cost of replacing amine，it is necessary to purify amine to extend its service life. This paper analyzed the causes and solutions of amine pollution problems. The main causes of amine pollution were improper pretreatment which may generate the thermal stability salt，suspended solid and heavy hydrocarbon，and oxygen in system，resulting in amine degradation and increase of pollutant concentrations in amine liquid. Amine liquid degradation and thermal stability salt were the most serious problems，since these factors would directly influence the other amine problems. Additionally，the developments in amine purification were introduced. The most popular amine purification technology was the application of ion exchange technique in the ionic impurities removal，and other filter adsorption technologies in the nonionic impurities removal. These technologies had more advantages than neutralization and heat recovery.

TE 645

A

1000-6613（2014）10-2771-07

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.10.042

2014-03-05；修改稿日期：2014-04-21。

河北省自然科學(xué)基金項目（E2012202109）。

孫姣（1978—），女，博士，講師。聯(lián)系人：陳文義，教授，主要從事工程中流體力學(xué)問題、生物質(zhì)能及過程強(qiáng)化研究。E-mail cwy63@126.com。