石油与天然气化工  2012, Vol. 41 Issue (4): 396-398
JC-17高效复合脱碳剂在天然气制甲醇装置上的工业应用
崔小琴1 , 李静1 , 陈会安2 , 夏永胜3     
1. 青海大学化工学院;
2. 成都能净科技有限公司;
3. 格尔木炼油厂
收稿日期：2012-06-13；修回日期：2012-06-28
作者简介：崔小琴，女，硕士，讲师，从事精细化工品的研究。地址：(810016)青海省西宁市青海大学化工学院。电话：0971-5310422。E-mail：cxq8916125@126.com.
摘要：介绍了JC-17高效复合脱碳剂与传统脱碳剂的实验室对比及在10×104 t/a天然气制甲醇装置CO2回收单元工业应用情况，结果表明：JC-17脱碳剂与传统脱碳剂相比，溶剂消耗降低约10%，CO2产量提高10%以上，同时设备腐蚀、溶剂抗降解能力、装置能耗等指标均明显优于传统脱碳剂。该剂对于天然气制甲醇装置充分发挥烟道气回收CO2单元潜力，弥补碳不足，提高经济效益，提供了更先进的溶剂选择。
关键词：JC-17高效复合脱碳剂    烟道气    天然气制甲醇装置    CO2吸收    
Industrial application of JC-17 high efficient compound decarbonizer in natural gas to methanol device
Cui Xiaoqin1 , Li Jing1 , Chen Huian2 , et al     
1. School of Chemical Engineering, Qinghai University, Xining 810016, Qinghai, China;
2. Nengjing Technology Limited of Chengdu, Chengdu610000, Sichuan, China
Abstract: This paper introduced the laboratory contrast situation of high efficient decarbonizer JC-17 to traditional decarbonizer and the industrial application on CO2 recovery unit of 100×103 t/a natural gas to methanol device. The results show that JC-17 can reduce solvent consumption by 10% and increase CO2 yield by more than 10%.Further more, a number of indicators such as equipment corrosion, solvent resistant to degradation capacity, energy consumption and so on are obviously superior to traditional decarbonizer. The agent can not only fully develop the potential of flue gas CO2 recovery unit, make up the carbon inadequacy, but also raise economic benefits. Therefore, it provides a more advanced solvents selection.
Key words: JC-17 high efficient decarbonizer    flue gas        CO2 absorption    

我国在烟道气回收CO2吸收溶剂选择上经历了两个发展阶段：第一阶段为MEA溶液法，第二阶段是针对MEA溶液的降解和腐蚀问题，加入少量的抗氧剂、缓蚀剂、活性物等的改良MEA溶液法。后者在使用中各项效果也并不理想，且需日常大量补充溶液，浓度不宜控制在15%以上等[1]。因此，CO2吸收溶剂的优化及性能改善一直是科研工作者及生产厂家追求的目标。成都能净科技有限公司开发的新型JC-17高效复合脱碳剂能使溶剂降解、消耗明显降低，CO2产量显著提高，具有良好的使用性能。JC-17高效复合脱碳剂在格尔木炼油厂10×104 t/a天然气制甲醇装置成功地进行了工业应用，且一直保持平稳生产。本文对JC-17高效复合脱碳剂技术与改良MEA溶液进行了试验对比，并对工业应用现状及经济效益进行了分析。

1 实验部分
1.1 JC-17高效复合脱碳溶剂的物性数据及工艺操作参数
1.1.1 JC-17的物性数据

外观：无色或浅黄色透明液体

总胺：≥96.0%(w)

相对密度：0.950 g/cm3~1.000 g/cm3

沸点(101.3 kPa)：160 ℃

凝点(101.3 kPa)：-18.0 ℃

溶解性  与水互溶

1.1.2 相关工艺操作参数

配制溶液使用脱盐水浓度：18%~25%(w)

吸收塔操作：常压，27 ℃~45 ℃

解析塔操作：0.02 MPa~0.05 MPa，100 ℃~110 ℃

1.2 JC-17高效复合脱碳溶剂与改良MEA试验对比
1.2.1 反应原理

大量研究成果表明，MEA吸收CO2的反应原理可以表示为[2-3]：

(1)

其中少量的氨基甲酸根会发生水解反应：

(2)

MEA与CO2反应较快，1 mol胺对CO2的最大吸收容量略大于0.5 mol，一般在常压38 ℃低温下反应正向进行，实现CO2的脱除；常压110 ℃高温下反应逆向进行，实现胺溶液的再生[4]。

1.2.2 试验方法及内容

(1) 吸收实验。试验装置如图 1所示，吸收条件为：97.8 kPa~98.2 kPa(常压)，40 ℃，进气组成(体积分数)：7.8%CO2，6.4%O2，85.8%N2，气液比：287:1。按工艺条件配制的原料气经计量后通入填料吸收塔，用试验溶液进行吸收，取样分析吸收液和净化气中CO2的含量。再将吸收液连续定量送入再生塔再生，分析溶液(贫液)CO2的含量，然后用再生贫液进吸收塔吸收CO2，如此循环四次以上至各取样分析数据稳定。在此基础上，减少吸收塔填料高度，作上述循环以此评价各配方溶液的吸收速率。

图 1     试验装置

从表 1分析可得，不管是贫液中CO2含量，还是CO2吸收率，在两种吸收填料高度条件上，均有明显梯度，但JC-17高效复合脱碳剂优势明显。

表 1    吸收试验数据

(2) 配方溶液饱和吸收试验。目前大多数生产装置吸收压力只有0.04 MPa左右(表压)，吸收率在70%~80%左右。由于要求吸收液应具有反应速度快、吸收容量大的特点，因此分别进行常压连续通CO2吸收和带压通CO2的吸收试验，试验数据如表 2和表 3所示。

表 2    常压饱和吸收试验

表 3    带压饱和吸收试验

由表 2和表 3可以看出，无论是常压饱和吸收还是带压饱和吸收，JC-17溶液吸收CO2的量明显大于改良MEA溶液吸收CO2的量。

(3) 氧化、热分解试验。在6个定制的已钝化铁容器中，分别加入配方液，浸入水浴中。控制水浴温度在40 ℃~80 ℃。连续通入含CO2 59.8%、O2 9.8%、N2 30.4%的混合气体，各容器出气端设冷凝回流装置。经350 h连续运行进行氧化、热分解试验，实验现象如表 4所示。

表 4    氧化、热分解试验

由表 4可见，在添加缓蚀抗氧剂的配方液中，JC-17溶液外观呈黄色且清澈透明。对比而言，改良MEA溶液已变为红色且有悬浮沉淀。在没有添加缓蚀抗氧剂的配方液中，JC-17溶液为黄棕色透明液体，而改良MEA溶液已变成红色膏状物，常温下无法流动，表明已严重分解。挂片试验也表明，JC-17溶液对金属的腐蚀性好于改良MEA溶液[5]。

2 JC-17高效复合脱碳剂的工业应用

根据格尔木炼油厂10×104 t/a甲醇装置的实际生产情况，考虑到生产的连续性和风险性，采用逐步替换方案，即用JC-17溶剂替换MEA溶剂补充日常脱碳溶剂的消耗量。2011年3月，JC-17脱碳剂开始工业化应用。

2.1 JC-17加注前后CO2回收情况对比试验

(1) 加注JC-17溶剂之前脱碳溶剂的消耗和CO2回收情况。在加注JC-17溶剂之前，每周需补加9桶改良MEA溶剂(210 kg/桶)和相应的抗氧剂、缓蚀剂维持日常消耗量。

(2) 用JC-17溶剂替换改良MEA溶剂补充日消耗量阶段CO2回收情况。从2011年3月8日开始到4月20日，每周加注JC-17溶剂9桶(200 kg/桶)，生产平稳运行。

(3) JC-17溶液达到合适浓度正常使用阶段CO2回收情况。4月20日对CO2系统进行连续加注JC-17溶剂15桶，从4月21日起溶剂加注方法改为：每4天加入3桶。

综合上述试验，CO2回收情况对比数据如表 5所示。

表 5    JC-17加注前后CO2回收情况对比试验

由表 5可见，JC-17溶液优势明显，分别比改良MEA溶液回收CO2高出5%~15%，这主要是由于JC-17溶液吸收CO2速率高，反应速度快，饱和吸收度高，再生贫液CO2残余小。

2.2 JC-17脱碳剂与改良MEA消耗量及CO2产量对比

(1) 改良MEA溶剂消耗：2.78 kg/1000 km3CO2；

(2) JC-17脱碳剂消耗：2.45 kg/1000 km3CO2；

(3) 改良MEA溶剂CO2产量：2050 m3/h左右，最高不超过2200 m3/h；

(4) JC-17脱碳剂CO2产量：2600 m3/h左右，最高可达2800 m3/h以上。

3 结论

(1) JC-17高效复合脱碳溶剂与原改良MEA相比较，具有高使用浓度、高酸气负荷、抗发泡和抗降解能力强、低能耗等优点。CO2工段产气量由2050 m3/h左右上涨至2600 m3/h左右，在相同处理气量下可适当减少溶液循环量，使能耗降低。同时，因溶液的吸收量增大，也相应降低了装置中溶液投入量，因此损耗较改良MEA有明显改善。

(2) JC-17高效复合脱碳溶剂与原改良MEA相比化学性质稳定, 溶液中降解产物腐蚀性低，因此，CO2工段装置使用JC-17溶剂后, 设备腐蚀将大大减轻。

(3) 甲醇装置以年运行8000 h计算，使用JC-17后，每年可以降低成本100多万元。

参考文献
[1]
杜云贵, 刘涛, 辜敏, 等. 脱碳MEA/叔胺的性能[J]. 化工进展, 2011, 30(12): 2787-2788.
[2]
牛振祺, 郭印诚, 林文漪. MEA、NaOH与氨水喷雾捕集CO2性能[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2010, 50(7): 1130-1131.
[3]
陆诗建, 李清方, 张建. 醇胺溶液吸收二氧化碳方法及反应原理概述[J]. 科技创新导报, 2009, 3: 4-5.
[4]
SU Hui, CUI Lin. Research on absorption method and mechanism of carbon dioxide[J]. Environmental Science and Management, 2006, 31(8): 79-81.
[5]
杨翠定. 石油化工分析方法:RIPP试验方法[M]. 北京: 科学出版社, 1990.
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