活化MDEA溶液用于天然气脱碳性能的研究

摘要

在低碳经济成为经济发展趋势的今天，天然气已经成为一种非常重要的清洁能源。CO2是天然气中含量较高的酸性组分之一，CO2不仅降低天然气品质，同时腐蚀金属管道、设备等带来诸多安全隐患，甚至造成温室效应等环境问题。2012年国家强制性标准对一类天然气中CO2的浓度作出新的要求，CO2浓度由小于或等于3.0％（1999年标准）提高为小于或等于2.0％，这就使天然气净化工艺要深度脱除CO2。
　　目前醇胺法是天然气工业中最常用的脱碳方法之一。在众多醇胺中，N-甲基二乙醇胺(MDEA)由于吸收负荷高，化学稳定性好，腐蚀性小，再生热负荷低，溶液不易发泡和降解等优点，成为应用最广泛的脱碳剂之一。由于MDEA是叔胺，不能与CO2直接反应，导致反应速率较慢，在实际应用中需要向MDEA溶液添加少量活化剂以提高其对CO2的吸收速率。
　　本论文的主要内容是围绕活化MDEA溶液对CO2的吸收性能的研究。用N2、CO2配制成CO2浓度为100g/m3的原料气模拟含酸性组分的天然气进行天然气脱碳实验，首先考察一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、环状胺类化合物等不同活化剂对MDEA活化性能的影响，探讨活化剂对促进MDEA吸收CO2的反应机理，挑选出最佳活化剂。其次，天然气中H2S组分的存在对活化MDEA溶液吸收CO2效果造成影响，实验亦考察了H2S的加入量对活化MDEA溶液吸收CO2的影响。最后对活化MDEA溶液的再生、发泡性、腐蚀性等性质逐一进行了测试。
　　不同活化剂对MDEA溶液脱碳效果影响的实验研究结果表明:活化效果HZ＞PZ（哌嗪）＞DEA＞MEA，添加等量HZ时MDEA溶液穿透时间和穿透碳容最大，确定活化剂HZ为最佳活化剂;在模拟气中加入H2S后，通过考察不同添加量的HZ，得出HZ添加量越多，CO2的吸收效果越好，同时对H2S的吸收效果也会略有提高;再生温度对活化MDEA溶液脱除酸性气体的效果影响115℃＞125℃＞105℃，再生次数对MDEA溶液脱除酸性气体的能力基本没有影响，静态实验的最佳再生时间为30min。天然气中的酸性组分、腐蚀产物(FeS)进入到活化MDEA溶液中都会增加其发泡趋势。实验从多种消泡剂中筛选出一种最佳消泡剂DF-112，能大大降低泡沫高度、缩短消泡时间，即能有效地抑制活化MDEA溶液的发泡趋势，其最佳用量为0.8‰。富液的腐蚀性远大于贫液，活化剂HZ的加入并没有使得MDEA溶液的腐蚀性增强。缓蚀剂环烷酸咪唑啉能有效地抑制活化MDEA富液对设备的腐蚀，其适宜用量为5‰。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 大气中CO2的变化

1．2 天然气产业的发展

1．3 天然气中CO2的吸收方法及其特点

1．3．1 物理吸收

1．3．2 变压吸附

1．3．3 膜分离

1．3．4 化学吸收

1．4 溶液的发泡及消泡机理

1．4．1 溶液的发泡机理

1．4．2 溶液的消泡机理

1．5 溶液贫(富)的腐蚀性及缓蚀剂

1．5．1 腐蚀原因

1．5．2 缓蚀剂

1．6 论文研究意义和内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂与装置

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验装置

2．2 实验分析方法

2．2．1 CO2实验分析方法

2．2．2 H2S浓度的实验分析方法

2．2．3 富液中CO2含量的测定

2．2．4 富液中H2S含量的测定

2．2．5 腐蚀实验流程及分析方法

第三章 活化剂对CO2吸收效果的影响

3．1 MEA、DEA和杂环胺(Heterocyclic amine)简介

3．2 MEA添加量对MDEA溶液脱除CO2效果的影响

3．3 DEA添加量对MDEA溶液脱除CO2效果的影响

3．4 PZ添加量对MDEA溶液脱除CO2效果的影响

3．5 HZ添加量对MDEA溶液脱除CO2效果的影响

3．6 本章小结

第四章 H2S对CO2吸收的影响

4．1 H2S含量对活化MDEA吸收CO2的影响

4．2 HZ添加量对MDEA溶液同时脱硫脱碳的影响

4．3 本章小结

第五章 再生实验

5．1 再生温度的影响

5．2 再生次数的影响

5．3 再生时间的影响

5．4 本章小结

第六章 发泡实验和腐蚀实验

6．1 发泡实验

6．1．1 酸性组分对活化MDEA溶液发泡性能的影响

6．1．2 FeS对活化MDEA溶液发泡性能的影响

6．1．3 不同类型消泡剂对活化MDEA溶液发泡性能的影响

6．2 腐蚀实验

6．2．1 MDEA溶液与活化MDEA溶液腐蚀性对比

6．2．2 环烷酸咪唑啉对活化MDEA溶液腐蚀性影响

6．3 本章小结

第七章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

个人简历