活化MDEA溶液用于天然气脱碳性能的研究

【摘要】：在低碳经济成为经济发展趋势的今天,天然气已经成为一种非常重要的清洁能源。CO2是天然气中含量较高的酸性组分之一,CO2不仅降低天然气品质,同时腐蚀金属管道、设备等带来诸多安全隐患,甚至造成温室效应等环境问题。2012年国家强制性标准对一类天然气中CO2的浓度作出新的要求,CO2浓度由小于或等于3.0%(1999年标准)提高为小于或等于2.0%,这就使天然气净化工艺要深度脱除C02。目前醇胺法是天然气工业中最常用的脱碳方法之一。在众多醇胺中,N一甲基二乙醇胺(MDEA)由于吸收负荷高,化学稳定性好,腐蚀性小,再生热负荷低,溶液不易发泡和降解等优点,成为应用最广泛的脱碳剂之一。由于MDEA是叔胺,不能与CO2直接反应,导致反应速率较慢,在实际应用中需要向MDEA溶液添加少量活化剂以提高其对CO2的吸收速率。本论文的主要内容是围绕活化MDEA溶液对CO2的吸收性能的研究。用N2、CO2配制成CO2浓度为100g/m3的原料气模拟含酸性组分的天然气进行天然气脱碳实验,首先考察一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、环状胺类化合物等不同活化剂对MDEA活化性能的影响,探讨活化剂对促进MDEA吸收CO2的反应机理,挑选出最佳活化剂。其次,天然气中H2S组分的存在对活化MDEA溶液吸收CO2效果造成影响,实验亦考察了H2S的加入量对活化MDEA溶液吸收CO2的影响。最后对活化MDEA溶液的再生、发泡性、腐蚀性等性质逐一进行了测试。不同活化剂对MDEA溶液脱碳效果影响的实验研究结果表明：活化效果HZPZ(哌嗪)DEAMEA,添加等量HZ时MDEA溶液穿透时间和穿透碳容最大,确定活化剂HZ为最佳活化剂：在模拟气中加入H2S后,通过考察不同添加量的HZ,得出HZ添加量越多,C02的吸收效果越好,同时对H2S的吸收效果也会略有提高；再生温度对活化MDEA溶液脱除酸性气体的效果影响115℃125℃105℃,再生次数对MDEA溶液脱除酸性气体的能力基本没有影响,静态实验的最佳再生时间为30min。天然气中的酸性组分、腐蚀产物(FeS)进入到活化MDEA溶液中都会增加其发泡趋势。实验从多种消泡剂中筛选出一种最佳消泡剂DF.112,能大大降低泡沫高度、缩短消泡时间,即能有效地抑制活化MDEA溶液的发泡趋势,其最佳用量为0.80‰。富液的腐蚀性远大于贫液,活化剂HZ的加入并没有使得MDEA溶液的腐蚀性增强。缓蚀剂环烷酸咪唑啉能有效地抑制活化MDEA富液对设备的腐蚀,其适宜用量为5‰。 【关键词】：天然气 MDEA CO_2 H_2S 活化
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE644
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文献综述12-27
• 1.1 大气中CO_2的变化12-13
• 1.2 天然气产业的发展13-15
• 1.3 天然气中CO_2的吸收方法及其特点15-21
• 1.3.1 物理吸收15-16
• 1.3.2 变压吸附16-17
• 1.3.3 膜分离17
• 1.3.4 化学吸收17-21
• 1.4 溶液的发泡及消泡机理21-23
• 1.4.1 溶液的发泡机理22
• 1.4.2 溶液的消泡机理22-23
• 1.5 溶液贫(富)的腐蚀性及缓蚀剂23-25
• 1.5.1 腐蚀原因23-24
• 1.5.2 缓蚀剂24-25
• 1.6 论文研究意义和内容25-27
• 1.6.1 研究意义25-26
• 1.6.2 研究内容26-27
• 第二章 实验部分27-39
• 2.1 实验试剂与装置27-30
• 2.1.1 实验试剂27-29
• 2.1.2 实验装置29-30
• 2.2 实验分析方法30-39
• 2.2.1 CO_2实验分析方法30-32
• 2.2.2 H_2S浓度的实验分析方法32-34
• 2.2.3 富液中CO_2含量的测定34-35
• 2.2.4 富液中H_2S含量的测定35-36
• 2.2.5 腐蚀实验流程及分析方法36-39
• 第三章 活化剂对CO_2吸收效果的影响39-47
• 3.1 MEA、DEA和杂环胺(Heterocyclic amine)简介39
• 3.2 MEA添加量对MDEA溶液脱除CO_2效果的影响39-41
• 3.3 DEA添加量对MDEA溶液脱除CO_2效果的影响41-42
• 3.4 PZ添加量对MDEA溶液脱除CO_2效果的影响42-44
• 3.5 HZ添加量对MDEA溶液脱除CO_2效果的影响44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 H_2S对CO_2吸收的影响47-53
• 4.1 H_2S含量对活化MDEA吸收CO_2的影响47-48
• 4.2 HZ添加量对MDEA溶液同时脱硫脱碳的影响48-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 再生实验53-59
• 5.1 再生温度的影响53-55
• 5.2 再生次数的影响55-56
• 5.3 再生时间的影响56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 发泡实验和腐蚀实验59-66
• 6.1 发泡实验59-63
• 6.1.1 酸性组分对活化MDEA溶液发泡性能的影响59-60
• 6.1.2 FeS对活化MDEA溶液发泡性能的影响60-61
• 6.1.3 不同类型消泡剂对活化MDEA溶液发泡性能的影响61-63
• 6.2 腐蚀实验63-65
• 6.2.1 MDEA溶液与活化MDEA溶液腐蚀性对比63-64
• 6.2.2 环烷酸咪唑啉对活化MDEA溶液腐蚀性影响64-65
• 6.3 本章小结65-66
• 第七章 结论与建议66-68
• 7.1 结论66
• 7.2 建议66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 个人简历73

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