工艺技术选择

二氧化碳的用途很多，来源也很广泛，一般讲，根据二氧化碳的来源不同和用户对二氧化碳的要求不同，主要分离方法有五种：

1、吸收法：包括物理吸收和化学吸收，这种方法在气源中二氧化碳浓度低于 20％时适用。

2、变压吸收法：适用于二氧化碳浓度在 20％～60％之间的气源，经过吸附后的产品纯度较高，但预处理过程复杂，成本太高不能长期运行。

3、膜分离法：适用于气源比较干净，且对二氧化碳产品浓度要求不超过 95％的场合，目前还没有成功应用的范例。

4、低温精馏法：适用于气源中二氧化碳浓度 95％以上，且产品浓度要求较高，又需要液化储运的场合。

5、催化燃烧法：适用于二氧化碳浓度 95%以上，且产品纯度要求不高的场合，因建设投资大，生产成本高，已经被全面淘汰。

气体脱除 CO2 的方法也可分为湿法和干法两大类。

湿法脱碳技术分为：物理吸收法、物理化学吸收法以及化学吸收法。物理法脱碳工艺是根据溶液在不同压力下对二氧化碳的溶解度不同的原理（亨利定律），利用加压吸收、减压再生等过程实现二氧化碳的吸收及溶液的再生，其中以 NHD 脱碳工艺*代表性。化学法脱碳是根据化学反应的可逆平衡性原理，利用低热加压吸收、加热减压再生等过程实现二氧化碳的吸收及溶液的再生，该法代表性技术为热钾碱法脱碳工艺。在两者结合的基础上又产生出物理化学吸收法，如 MDEA 脱碳工艺。

干法脱碳技术主要为吸附，分为变压吸附和变温吸附。

变温吸附是利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的操作方法。可用于 CO2 和 H2O 等杂质的深度脱除，但其吸附剂的再生过程需要蒸汽加热且再生时间长，不适用于 CO2 含量较高的环境。

变压吸附技术是利用吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力随着压力的变化而呈现差异的特性，对混合气中的不同气体组分进行选择性吸附，实现不同气体分离的装置。具有工艺简单，每套设备数量少，操作方便，装置开停车十分方便等优点，具体为：

变压吸附脱碳工艺技术*，自动化程度高，开停车及正常操作方便， 只需调整吸附时间或原料气流量就可调节净化气中 CO2 含量。

吸附剂使用寿命可达 15 年，运行费用低。

检修工作量小，整套装置仅对真空泵每年大修一次（真空解吸流程）。

与湿法脱碳相比，变压吸附流程简单，无液位控制，操作安全性更大。

常用的沼气脱碳方法比较见表 1-3。

表 1-3 CO2 的脱除方法

湿法脱碳技术主要用于合成氨厂原料气脱碳及天然气脱碳，处理气量规模较大，装置投资相对较低。但脱碳液对碳钢设备均有一定的腐蚀性，运行成本相对较高，操作较为复杂。对于沼气脱碳，由于其操作流量通常较小，选用变压吸附技术， 具有流程设备简单、自动化程度高、能耗较低等优点。因此，沼气脱碳推荐采用变压吸附法。

PSA 脱碳系统

变压吸附脱碳拟采用 6-2-2/V 流程。即 6 台吸附器，2 塔同时进料，2 次均压， 抽真空解吸工艺。整个操作过程都是在环境温度下进行，各吸附器交替循环操作， 每个吸附器在一次循环中都必须经过：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）、终充（FR）等步骤。在脱碳吸附器出口端获得除去杂质的净化气，即本装置产品天然气。逆放及抽真空步骤排出的解吸气，其主要成分为 CO2，可经收集后用于制取液体 CO2，或高空排放。

天然气脱碳设备价格天然气净化过程基本包括原料气脱酸、脱水脱汞系统工艺过程，首先经过预处理撬块的井口气直接进入净化撬块，脱酸工艺（主要指二氧化碳和硫化氢）采用溶剂吸收法，吸收剂为MDEA；脱水工艺采用分子筛脱除微量水分；脱除的重烃直接进入火炬系统燃烧处理；脱汞工艺采用浸硫活性炭吸附法；

1、天然气净化设备价格脱CO₂工艺选择

天然气中含有的CO₂统称为酸性气体，它们的存在会造成金属腐蚀并污染环境。此外，CO₂含量过高，会降低天然气的热值。因此，必须严格控制天然气中酸性组分的含量，以达到工艺和产品质量的要求。

用于天然气脱除酸气的方法有溶剂吸收法、物理吸收法、氧化还原法和分子筛吸附法。目前普遍*和广泛应用的溶剂吸收法。它是以可逆的化学反应为基础，以碱性溶剂为吸收剂的脱硫方法，溶剂与原料气中的酸组分（主要是CO₂）反应而生成化合物；吸收了酸气的富液在升高温度、降低压力的条件下又能分解而放出酸气，从而实现溶剂的再生利用。

溶剂吸收法所用溶剂一般为烷醇胺类，主要有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。本方案从适用性和经济性的角度考虑，选择甲基二乙醇胺（MDEA）作为脱除酸性气体的溶剂。

MDEA（N-Methyldiethanolamine）即N-甲基二乙醇胺，分子式为CH₃-N(CH₂CH₂OH)₂，分子量119.2，沸点246~248℃，闪点260℃，凝固点-21℃，汽化潜热519.16kJ/kg，能与水和醇混溶，微溶于醚。在一定条件下，对二氧化碳等酸性气体有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸温度低，化学性质稳定，无毒而不降解。

纯MDEA溶液与CO₂不发生反应，但其水溶液与CO₂可按下式反应：

CO₂ + H₂O == H⁺ + HCO₃^- (1)

H⁺ + R₂NCH₃ == R₂NCH₃H⁺ (2)

式（1）受液膜控制，反应速率极慢，式（2）则为瞬间可逆反应，因此式（1）为MDEA吸收CO₂的控制步骤，为加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化剂(R₂^/NH)后，反应按下式进行：

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，活化剂吸收了CO₂，向液相传递CO₂，大大加快了反应速度。MDEA分子含有一个叔胺基团，吸收CO₂后生成碳酸氢盐，加热再生时远比伯仲胺生成的氨基甲酸盐所需的热量低得多。

从能耗、处理规模和投资运行成本等角度，MDEA胺液法是最合适的工艺，因此本方案选择MDEA胺液法脱酸气。