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      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

      2020-06-02 01:37:20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
      化工管理 2020年8期
      關(guān)鍵詞:酸氣組份貧液

      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。

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