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。

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?；瘜W(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?？捎糜?/span> 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)備價(jià)格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,、天然氣凈化設(shè)備價(jià)格脫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。