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实验1 天然气深度脱硫脱碳的综合研究 实验1 天然气深度脱硫脱碳的综合研究 1 实验目的 (1)掌握用醇胺法脱除天然气中HS/CO的原理和方法; 22 (2)了解各种醇胺的气体脱硫脱碳效果; (3)了解化学反应对吸收过程的影响; (4)掌握溶液泡沫性能的测定方法及影响因素。 2 实验原理 HS和CO等酸性气体是天然气)炼厂气中主要的有害组分，在应用前须有效脱除。采22 用MDEA)MEA和DEA等醇胺类化合物作为吸收剂，通过化学吸收法脱除HS/ CO成为天然气22)炼厂气脱硫脱碳最主要的方法。 化学吸收法脱硫脱碳原理是利用碱性吸收剂溶液在常温下与HS、CO等酸性气反应生22成盐，实现气体的脱硫脱碳。吸收富液用升温解吸方法分解盐，释放出HS和CO，从而实22现吸收剂溶液循环使用。伯醇胺、仲醇胺、叔醇胺与HS和CO的反应机理如下: 22 表1 脱硫脱碳反应机理 与HS反应 与CO反应 22 ,,，， 伯胺 RNH，HS ? RNH，HS 2RNH，CO ? RNH，RNHCOO223223 ，,RNH，CO+HO ? RNH，HCO 22233 ,,，， 仲胺 RNH，HS ? RNH，HS 2RNH，CO ? RNH，RNCOO222222222 ，,RNH，CO +HO ? RNH，HCO 222223 ，,，,叔胺 RN，HS ? RNH，HS RN，CO +HO ? RNH，HCO注:R为烃基或乙氧基。 HS和醇胺的反应是一个瞬间反应，因此醇胺吸收HS过程是一个气膜扩散控制的传质22 过程，在工业吸收条件下，各种类型的醇胺对HS吸收速率相差不大。而醇胺吸收CO的过22程由上述反应机理可知，各种醇胺是不相同的。CO能直接与伯醇胺)仲醇胺反应生成氨基2 甲酸盐，这是一个快速反应;而叔醇胺由于N原子上没有直接相连的H，因此不能与CO直2 接反应生成氨基甲酸盐，其反应历程是CO溶解于水生成碳酸，再与叔醇胺反应生成碳酸氢2 盐，这是一个缓慢反应。因此叔醇胺吸收CO的过程是由反应和液膜扩散共同控制。正是由2 于反应速度的差异，导致了叔醇胺对HS的吸收具有动力学上的选择性。 2 醇胺吸收CO和HS，由于反应机理、反应速率、溶剂的粘度、表面张力和有效接触面22 积等的变化，都会影响吸收速率。目前，气液反应的传质模型应用比较广泛的是双膜论模型。双膜论假定气液界面两侧各存在一个静止膜，气相一侧为气膜，液相一侧为液膜，而气液两相的物质传递速率仅取决于气膜和液膜的分子扩散速率。带有化学反应的气液反应，不仅存在于气液相间的传递过程，而且在液相中还存在着化学反应。液膜或液流主体中的化学反应减少了被吸收组分的浓度，增加了被吸收组分的推动力，从而加快了吸收速率。当反应属缓慢反应时，吸收反应通常在液流主体中进行;当反应属快速反应时，吸收反应可在液膜中进行完毕;当反应属瞬时反应时，吸收反应则常在界面或液膜中的某一平面上完成。 醇胺法天然气脱酸性气工艺是一个气液逆流接触的吸收过程，无论使用MEA)DEA)MDEA或空间位阻胺脱硫剂都存在溶液发泡的现象。一般认为，醇胺溶液在处理原料气后，其溶液表面产生大量密集、细小而且较长时间不破裂的泡沫时，即可认为醇胺溶液已经发泡。醇胺溶液的发泡将导致脱酸性气装置处理能力下降，净化气中HS/CO含量超标，醇胺溶液22 的大量跑损。因此醇胺溶液的发泡是天然气脱酸性气工艺面临的最常见的问题之一。 引起醇胺溶液发泡的因素可分为与醇胺分子结构有关的内部原因与外部操作原因如装置腐蚀而产生的固体颗粒)原料气带入的重烃类物质)醇胺溶液中的降解产物及过高的操作气速等。 3 实验方法 3.1实验装置和流程 25 T242 193151716FI118135 23126T2614422 272120 7891011 1,N钢瓶;2—N减压阀;3,N流量计;4,CO钢瓶;5,CO减压阀;6,CO流量计;7,HSO储罐;8量泵;9,NaS反应器;10,HS缓冲瓶;11,压缩机;12,HS流量计;13,气体混合管;14,原料气储222 罐;15,压力表;16,原料气流量计;17,原料气采样口;18,原料气预热器;19,吸收塔;20,吸收剂储罐;21,吸收剂循环泵;22,吸收剂流量计;23,吸收剂预热器;24,吸收剂入口温度计;25,尾气采样口;26,吸收剂出口温度计;27,吸收剂回收罐;28,尾气再吸收器 图1 实验装置原则流程图 开启CO)N钢瓶，用减压阀减压，流量计调节各自所需流量，用计量泵将配置的一定22 浓度的HSO溶液打入预先放置一定浓度NaS溶液的反应瓶，在反应瓶中发生反应，生成的242 HS气体经缓冲)干燥，压缩机加压后与CO)N在混合器中混合，进入原料气罐。从原料气