随着我国经济的迅速发展,天然气能源需求量不断增长,为保证天然气储运及使用过程中的安全稳定运行,开展天然气脱碳技术的研究十分必要。脱碳方法需要根据不同技术特点、原料气组成及净化分离要求等进行选择,其中醇胺化学吸收法经过多年的发展,以其较好的脱碳效果和成熟的应用技术,在天然气脱碳领域得到广泛的应用。
近年来,胺法脱碳研究中主要以一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)等胺液及其混合胺液为主,天然气预处理工厂中也通常使用MDEA为主体的活化胺液。目前,新型胺液配方的筛选成为化学吸收法研究的热点,旨在寻找对CO2吸收速率快、吸收容量大及解吸效果好的胺液吸收剂。分析不同种类胺液化学性质,发现三乙醇胺(TEA)与MDEA同属叔胺的类别,在化学反应过程中性能相似,且TEA经济性能好,而国内外有关TEA活化胺液的研究尚少,具有一定的研究价值。在前期研究中发现,TEA吸收容量大,解吸效果好,但吸收速率低,而烯胺类二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)吸收速率快,解吸效果差,因此,可以针对TEA与烯胺的混合胺液进行脱碳性能与配比优选的实验研究。同时,本文结合实际天然气净化工艺,进行胺液循环利用实验,考察胺液吸收解吸性能随循环次数的变化情况,开发更为高效、经济、且工程适用的新型脱碳胺液配方。
模拟实际的循环实验验证在实际天然气预处理工艺中,胺液在酸气脱除系统中进行吸收解吸循环利用,因此,在胺液性能评价时,需要考虑胺液的稳定性。本节基于优选出的混合胺液2mol/LTEA+1mol/LDETA和2.4mol/LTEA+0.6mol/LDETA,分别进行3次吸收-解吸循环实验,考察两种胺液配方的循环利用效果。
吸收效果影响:经过吸收-解吸循环实验后,根据吸收实验所得数据分析胺液的吸收效果。两种配方胺液在循环往复实验中吸收速率变化稍有差异,胺液配比2.0/1.0的吸收速率在3次实验中均高于2.4/0.6的混合胺液,并且在相同的酸气负荷下,混合胺液2mol/LTEA+1mol/LDETA随着循环次数的增加吸收速率逐步降低,而混合胺液2.4mol/LTEA+0.6mol/LDETA随着循环次数的增加吸收速率呈上升趋势。在3次循环中,两种胺液吸收负荷随时间的变化趋势一致,均为在初始时刻增长较快,达到稳定后最终吸收负荷趋于一致。随着循环次数的增加,最终吸收负荷略有上升,说明混合液随着使用次数的增加,吸收能力有一定程度的上升。
解吸效果影响:经过吸收-解吸循环实验后,根据解吸与酸解实验所得数据分析胺液在循环过程中的解吸性能。两种胺液配比在3次循环过程中解吸率随时间的变化曲线,两种胺液配比在3次循环过程中解吸率随温度的变而变化。在解吸初期,两种胺液配比三次循环下解吸率随时间变化一致,随着时间的增长,解吸进入发展期时,三次循环下的解吸率呈现不同趋势变化。在解吸发展期阶段,两种胺液配比解吸率均是分别随着各自循环次数的增加显著上升,由次的不足60%上升至80%以上。两种胺液配比表现趋势一致,TEA+DETA配比2.0/1.0解吸性能优于配比2.4/0.6。通过分析可以得出,循环使用次数对混合胺液TEA+DETA的解吸率影响较大,解吸后的贫液经过重复吸收后,再次解吸时的变好。两种胺液配比在三次循环过程中,解吸率随着温度的变化曲线十分接近,均在100℃进入快速解吸阶段,说明循环使用时解吸温度对胺液的解吸率影响较小。
综上,可以得出循环使用时胺液TEA+DETA的吸收解吸性能均有所改善,解吸效果改善明显,能够解决前述添加DETA降低TEA溶液解吸性能的问题。TEA+DETA配比2.0/1.0和2.4/0.6在循环实验中结果均较好,但2mol/LTEA+1mol/LDETA表现更优,适合在工业生产中应用。
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