工藝技術(shù)選擇

二氧化碳的用途很多，來源也很廣泛，一般講，根據(jù)二氧化碳的來源不同和用戶對二氧化碳的要求不同，主要分離方法有五種：

1、吸收法：包括物理吸收和化學(xué)吸收，這種方法在氣源中二氧化碳濃度低于 20％時(shí)適用。

2、變壓吸收法：適用于二氧化碳濃度在 20％～60％之間的氣源，經(jīng)過吸附后的產(chǎn)品純度較高，但預(yù)處理過程復(fù)雜，成本太高不能長期運(yùn)行。

3、膜分離法：適用于氣源比較干凈，且對二氧化碳產(chǎn)品濃度要求不超過 95％的場合，目前還沒有成功應(yīng)用的范例。

4、低溫精餾法：適用于氣源中二氧化碳濃度 95％以上，且產(chǎn)品濃度要求較高，又需要液化儲運(yùn)的場合。

5、催化燃燒法：適用于二氧化碳濃度 95%以上，且產(chǎn)品純度要求不高的場合，因建設(shè)投資大，生產(chǎn)成本高，已經(jīng)被全面淘汰。

氣體脫除 CO2 的方法也可分為濕法和干法兩大類。天然氣脫碳設(shè)備廠家

濕法脫碳技術(shù)分為：物理吸收法、物理化學(xué)吸收法以及化學(xué)吸收法。物理法脫碳工藝是根據(jù)溶液在不同壓力下對二氧化碳的溶解度不同的原理（亨利定律），利用加壓吸收、減壓再生等過程實(shí)現(xiàn)二氧化碳的吸收及溶液的再生，其中以 NHD 脫碳工藝*代表性。化學(xué)法脫碳是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的可逆平衡性原理，利用低熱加壓吸收、加熱減壓再生等過程實(shí)現(xiàn)二氧化碳的吸收及溶液的再生，該法代表性技術(shù)為熱鉀堿法脫碳工藝。在兩者結(jié)合的基礎(chǔ)上又產(chǎn)生出物理化學(xué)吸收法，如 MDEA 脫碳工藝。

干法脫碳技術(shù)主要為吸附，分為變壓吸附和變溫吸附。

變溫吸附是利用吸附劑的平衡吸附量隨溫度升高而降低的特性，采用常溫吸附、升溫脫附的操作方法。可用于 CO2 和 H2O 等雜質(zhì)的深度脫除，但其吸附劑的再生過程需要蒸汽加熱且再生時(shí)間長，不適用于 CO2 含量較高的環(huán)境。

變壓吸附技術(shù)是利用吸附劑對氣體混合物中各組分的吸附能力隨著壓力的變化而呈現(xiàn)差異的特性，對混合氣中的不同氣體組分進(jìn)行選擇性吸附，實(shí)現(xiàn)不同氣體分離的裝置。具有工藝簡單，每套設(shè)備數(shù)量少，操作方便，裝置開停車十分方便等優(yōu)點(diǎn)，具體為：

變壓吸附脫碳工藝技術(shù)*，自動(dòng)化程度高，開停車及正常操作方便， 只需調(diào)整吸附時(shí)間或原料氣流量就可調(diào)節(jié)凈化氣中 CO2 含量。

吸附劑使用壽命可達(dá) 15 年，運(yùn)行費(fèi)用低。

檢修工作量小，整套裝置僅對真空泵每年大修一次（真空解吸流程）。

與濕法脫碳相比，變壓吸附流程簡單，無液位控制，操作安全性更大。

常用的沼氣脫碳方法比較見表 1-3。

表 1-3 CO2 的脫除方法

濕法脫碳技術(shù)主要用于合成氨廠原料氣脫碳及天然氣脫碳，處理氣量規(guī)模較大，裝置投資相對較低。但脫碳液對碳鋼設(shè)備均有一定的腐蝕性，運(yùn)行成本相對較高，操作較為復(fù)雜。對于沼氣脫碳，由于其操作流量通常較小，選用變壓吸附技術(shù)， 具有流程設(shè)備簡單、自動(dòng)化程度高、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)。因此，沼氣脫碳推薦采用變壓吸附法。

PSA 脫碳系統(tǒng)

變壓吸附脫碳擬采用 6-2-2/V 流程。即 6 臺吸附器，2 塔同時(shí)進(jìn)料，2 次均壓， 抽真空解吸工藝。整個(gè)操作過程都是在環(huán)境溫度下進(jìn)行，各吸附器交替循環(huán)操作， 每個(gè)吸附器在一次循環(huán)中都必須經(jīng)過：吸附（A）、一均降（E1D）、二均降（E2D）、逆放（D）、抽真空（V）、二均升（E2R）、一均升（E1R）、終充（FR）等步驟。在脫碳吸附器出口端獲得除去雜質(zhì)的凈化氣，即本裝置產(chǎn)品天然氣。逆放及抽真空步驟排出的解吸氣，其主要成分為 CO2，可經(jīng)收集后用于制取液體 CO2，或高空排放。

天然氣脫碳設(shè)備廠家天然氣凈化過程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統(tǒng)工藝過程，首先經(jīng)過預(yù)處理撬塊的井口氣直接進(jìn)入凈化撬塊，脫酸工藝（主要指二氧化碳和硫化氫）采用溶劑吸收法，吸收劑為MDEA；脫水工藝采用分子篩脫除微量水分；脫除的重?zé)N直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒處理；脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法；

1、脫CO₂工藝選擇

天然氣中含有的CO₂統(tǒng)稱為酸性氣體，它們的存在會(huì)造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外，CO₂含量過高，會(huì)降低天然氣的熱值。因此，必須嚴(yán)格控制天然氣中酸性組分的含量，以達(dá)到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍*和廣泛應(yīng)用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法，溶劑與原料氣中的酸組分（主要是CO₂）反應(yīng)而生成化合物；吸收了酸氣的富液在升高溫度、降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣，從而實(shí)現(xiàn)溶劑的再生利用。

溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類，主要有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二異丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。本方案從適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，選擇甲基二乙醇胺（MDEA）作為脫除酸性氣體的溶劑。

MDEA（N-Methyldiethanolamine）即N-甲基二乙醇胺，分子式為CH₃-N(CH₂CH₂OH)₂，分子量119.2，沸點(diǎn)246~248℃，閃點(diǎn)260℃，凝固點(diǎn)-21℃，汽化潛熱519.16kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒而不降解。

純MDEA溶液與CO₂不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與CO₂可按下式反應(yīng)：

CO₂ + H₂O == H⁺ + HCO₃^- (1)

H⁺ + R₂NCH₃ == R₂NCH₃H⁺ (2)

式（1）受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式（2）則為瞬間可逆反應(yīng)，因此式（1）為MDEA吸收CO₂的控制步驟，為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化劑(R₂^/NH)后，反應(yīng)按下式進(jìn)行：

R₂^/NH + CO₂ == R₂^/NCOOH (3)

R₂^/NCOOH + R₂NCH₃ + H₂O ==R₂^/NH + R₂CH₃NH⁺HCO₃^- (4)

(3)+(4)：

R₂NCH₃+ CO₂ + H₂O == R₂CH₃NH⁺HCO₃^- (5)

由式（3）～（5）可知，活化劑吸收了CO₂，向液相傳遞CO₂，大大加快了反應(yīng)速度。MDEA分子含有一個(gè)叔胺基團(tuán)，吸收CO₂后生成碳酸氫鹽，加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

從能耗、處理規(guī)模和投資運(yùn)行成本等角度，MDEA胺液法是最合適的工藝，因此本方案選擇MDEA胺液法脫酸氣。