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(duì)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(duì)二氧化碳產(chǎn)品濃度要求不超過 95％的場(chǎng)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(chǔ)運(yùn)的場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)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(duì)較低。但脫碳液對(duì)碳鋼設(shè)備均有一定的腐蝕性，運(yùn)行成本相對(duì)較高，操作較為復(fù)雜。對(duì)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(jiǎn)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(tái)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(duì)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。