甲基二乙醇胺吸收天然气中酸性组份操作技术条件探讨

王志刚 胡勇 蒲怀强 杨军 何波（西南油气田分公司川中油气矿，四川 遂宁 629000）

1 脱硫装置概况

磨溪净化厂新建50万装置设计处理量：50×104m3∕d，压力：4.0MPa（G），温度：20～35℃[1]。装置采用浓度为40%的甲基二乙醇胺水溶液脱出天然气中酸性组份，吸收溶液经再生后循环使用。吸收塔顶湿净化天然气送至脱水装置，吸收溶液经再生所得酸气送至MCRC硫磺回收装置制硫。

2 工艺原理简介

脱硫装置利用有机溶剂甲基二乙醇胺（简称MDEA）选择性脱出H2S的性能，采用浓度为40%的MDEA水溶液通过气液逆流接触进行脱硫。在压力为3.92MPa，温度为20～35℃条件下，将天然气中酸性组份吸收，然后在0.08MPa低压，120℃高温条件下，将吸收的组份解吸出来，溶液再循环使用[1]。

MDEA溶液在脱硫过程中的化学反应如下：

主反应：

副反应：

（R代表“－C2H4OH基团”，R∕代表“－CH3基团”)

此外，在上述条件下，还会产生微量氨基甲酸盐和硫代氨基甲酸盐，是不可逆反应，二者由于分子内部聚合，生成再生累积起来，在溶液中形成降解产物[3]。

3 MDEA的操作条件

3.1 溶液的稳定性

影响MDEA溶液发泡的原因较多，但从俄罗斯研究人员测定的胺液发泡性能来看，MIDEA溶液的泡沫高度和泡沫消除时间与胺液浓度有较大关系，如下表1所示[2]。

表1 MDEA基溶液的发泡性能

从表1数据可以看出，随着总胺液浓度的增大，泡沫高度逐渐增大，消除时间逐渐变长，当胺液浓度达到40%时，泡沫高度最高，消失时间最长。但随着胺液浓度继续增大，泡沫高度逐渐减小，消除时间也逐渐变短。磨溪净化厂新建50万脱硫装置设计胺液浓度为40%，装置实际胺液浓度约为41%，说明该脱硫装置胺液的稳定性较差。

溶液发泡常见的原因及处理措施:

（1）溶液太脏。主要影响因素有：1）原料气中夹带的杂质成份较多，污染了溶液，导致MDEA 对H2S 的选择吸收效果降低；2）溶液在系统循环过程中产生的部份杂质及活性炭粉末，造成溶液污染。其处理措施是:加强对溶液的过滤；定期对过滤设备进行清洗，以保持溶液系统的清洁。

（2）贫液再生质量差。导致贫液再生质量差常见的原因是:再生温度不能满足再生条件，因此应根据实际情况，适度增大再生蒸汽用量，在操作过程中，应控制好蒸汽阀门的开度，以防止蒸汽量过大造成再生塔拦液冲塔。

（3）酸气负荷大。其解决措施是：适度增大溶液循环量。按理论计算，酸气负荷为1:1（即1moLMDEA 能吸收1moL 的H2S和CO2）时，MDEA吸收酸气的效果较好，但是酸气负荷也最大，在一定程度上会造成溶液发泡。循环量对酸气负荷的影响如表2所示。

表2 循环量对酸气负荷的影响

从表2可见，在处理原料气量不变的条件下（即吸收的酸气量基本不变），随着循环量的逐渐增大，酸气负荷逐渐减小。酸气负荷过大，在一定程度上可能会导致溶液发泡，因此应根据实际情况，选择最优的循环量。若由于酸气负荷过大而引起溶液发泡，则可以通过适度增大溶液循环量来消除发泡。

3.2 吸收温度对MDEA的影响

原料气进吸收塔温度和贫液进吸收塔温度会影响MDEA对天然气中酸性组份的吸收效果，为分析吸收温度对MDEA的影响，取了不同条件下（即不同循环量、不同吸收温度）的七组数据进行对比分析。如表3所示。

表3 中控室记录数据及化验分析数据表

以表3中数据作一曲线图，如图1所示

图1

从图1 曲线趋势可以看出原料气温度和贫液进塔温度对MDEA吸收天然气中酸性组份的影响较大:

（1）在原料气中硫化氢含量变化不大的条件下，原料气进吸收塔温度较低时（约23℃），从产品气中H2S 含量可以看出MDEA对天然气中酸性组份的吸收性较好。

（2）在贫液循环量不改变的条件下，随着原料气进吸收塔温度的升高，产品气中H2S含量也增加，MDEA对酸性组份的吸收效果变差。

（3）贫液的进塔温度也会影响MDEA 对酸性组份的吸收。随着贫液进塔温度升高，产品气中H2S含量也增加，MDEA对酸性组份的吸收效果变差。

3.3 处理措施

（1）若由于原料气进吸收塔温度影响MDEA对酸性组份的吸收时，可以适度增大贫液循环量（循环量不应增加过猛，否则会导致再生塔拦液冲塔或是再生塔压差波动较大），在增大循环量的同时，应适度增大蒸汽用量（蒸汽量应缓慢增加，不应过快，否则蒸汽量过大会造成再生塔拦液冲塔），控制好闪蒸罐液位及阀门开度，以防止吸收塔压差波动。

（2）若仅由于贫液温度影响MDEA 对酸性组份的吸收时，可以根据实际情况适度开大贫液冷却器循环冷却水量，降低贫液温度。当循环水温度较高时，可以开启循环水冷却塔顶部风机，降低循环水温度。

（3）适度降低溶液中的水含量，以提高吸收溶液中胺浓度。

（4）由于温度的升高，导致MDEA 对酸性组份的吸收效果变差，即二者在吸收塔内的反应段提高，因此在温度较高的条件下，也可以将贫液由16 层塔板入塔改为22 层塔板入塔。若能通过适度增大循环量的方法解决以上问题，一般不采用此方法，以简化操作。

3.4 吸收压力对MDEA的影响

选择性因子（简称S）表征方法或装置在一定条件下当CO2也存在时选择脱除H2S的能力[3]。从选择性的角度来说，降低吸收压力有助于改善选择性，表4提供了两组实验数据[2]。

表4 压力对选择性的影响

从表4可见，随总压、相应的CO2分压降低，对CO2的传质与反应会产生不利影响，从而改善了选择性。压力降低的同时也使溶液负荷降低，即需要在较低的气液比下运行，装置的处理能力也下降。因此，试图通过降低吸收压力来改善选择性是不可取的。

4 结语

（1）当贫胺液浓度接近于41%时，易导致溶液发泡。在处理量不变的条件下，通过适度增大溶液循环量，能降低溶液发泡程度或消除溶液发泡。

（2）原料气进站温度、贫液温度及贫液循环量在很大程度上会影响甲基二乙醇胺对天然气中酸性组份的吸收，因此应采取相应措施加以控制。

（3）通过降低吸收压力来改善MIDEA 对酸性组份的选择性是不可取的。