基于MDEA脫碳脫硫的工藝參數分析

杜文文 涂金華

摘要：MDEA 脫碳脫硫廣泛用于酸性氣田天然氣凈化，本文著重分析 MDEA 脫碳脫硫工藝中重點參數的確定，通過 HYSYS 及 PROMAX 模擬并進行分析，總結 MDEA 工藝參數變化規律。

關鍵詞：MDEA；脫碳脫硫工藝參數

1、MDEA 脫碳脫硫概況

醇胺法是目前最常用的天然氣脫硫脫碳方法，據統計，20世紀90 年代美國采用化學溶劑法脫硫脫碳裝置處理量占總處理量72%，其中絕大多數是醇胺法。醇胺法分為：伯醇胺-MEA、DGA；仲醇胺-DEA、DIPA；叔醇胺-MDEA。

MDEA具有選擇性脫硫、與酸氣反應熱較小、再生能耗小、不易降解不易揮發的優點，因此MDEA逐漸成為脫硫脫碳的主流。

2.2 貧液溫度設定

從再生塔出來的貧液，經過貧富液換熱器再經過空冷器，降溫達到一個合理的溫度，一般30～50℃。通過改變貧液的進料溫度：38℃-48℃，來對比H2S和CO2含量。

從上圖中可以看出，H2S隨溫度升高而升高，CO2隨溫度的升高而減小，超過47℃后又升高。

對于MDEA來說吸塔內溫度吸收H2S和CO2主要有兩個方面：①溶液黏度隨溫度變化，溫度過低會使溶液黏度增加，易出現攔液，從而影響傳質速率；②MDEA與H2S反應是瞬時反應，溫度主要是影響H2S 在溶液的平衡溶解度而不是反應速率；但是，CO2不同，它與MDEA 反應較慢，故溫度升高是加快其反應速率。不過在47℃以后CO2含量又增高，說明溫度過高，降低平衡溶解度的作用已大過了加快反應速率的影響。除此之外，還可以得出如果選擇性吸收H2S時，宜用較低的溫度，當然前面有提到，為了防止烴類冷凝，溫度不宜過低（高于進料氣烴露點5℃）。

2.3 MDEA 循環量設定

MDEA溶液的循環量是一個非常重要的因素，影響凈化結果和操作及運營成本的首要因素，也是最容易調節的一個參數。一般來說原料氣的氣量都維持不變，胺液循環量變化，則氣液比相應的變化。在確定胺液循環量時，除了經驗估計外，必須利用酸氣的熱力學平衡溶解度來較準確的估算[1]：①選擇合適的醇胺溶液和濃度；②計算酸性的分壓；③估算富液溫度；④查表得到H2S、CO2等酸氣的溶解度；⑤ 考慮動力學，H2S、CO2的富液中溶解度為平衡溶解度70～80%，減去貧液中的酸氣負荷，得出富液凈酸氣負荷；⑥原料氣中酸氣的摩爾流量除以凈酸氣負荷得到醇胺的摩爾流量，得出胺液的摩爾流量；⑦根據胺液濃度，計算出溶液循環量。

通過改變胺液循環量來，分析凈化氣H2S、CO2變化情況。原料氣量不變，將胺液循環量從38m3/h逐步提升到50m3/h，比較凈化氣中H2S與CO2的含量。

從上圖中，可以看到隨著胺液循環量的增大，吸收酸氣的量越多， 凈化氣中酸氣含量越低，不過越往后曲線越趨于平緩。雖然循環量增加能改善吸收，不過循環量增加意味成本的增加，而且MDEA是較貴 的醇胺，使用時必須考慮降低其循環量。

2.4 MDEA 溶液濃度設定

MDEA溶液的濃度也是一個較好調節的因素。維持循環量為44m3/h，原料氣134萬m3/d，貧液進料溫度43℃，將MDEA濃度，從35wt%逐步提升至50wt%，分析其凈化氣結果。

隨著MDEA濃度增大，H2S和CO2的含量都是先降低后增大，不過相比H2S，CO2的“反彈”更強烈。濃度過大，溶液容易發泡；黏度過大影響液體流動，而且導致的液膜阻力變化對CO2的吸收影響更加顯著。限制溶液濃度提高的因素有：腐蝕性、機械損失、黏度等，高濃度也導致塔底富液溫度高而影響H2S負荷等。當然通常MDEA的濃度維持在30wt%～50wt%。

3、結語

MDEA 脫碳脫硫工藝以其良好的吸收性、選擇性、高效性，在天然氣的凈化工業越發顯得重要，占據良好的市場結構及工業應用。

參考文獻：

[1] 王開岳主編.天然氣凈化工藝.北京：石油工業出版社，2005.

[2] 王隆祥等.MDEA選擇性脫硫技術在川東天然氣凈化總廠的應用.石油天然氣化工，23（4），P201-204.

[3] 王遇冬王登海.MDEA配方溶液在天然氣脫硫脫碳中的選用. 石油天然氣化工，32（5），P291-294.2003.

[4] 徐文淵，蔣長安主編.天然氣利用手冊（第二版）.北京：中國石化出版社，2006。