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；

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?？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，裝置投資相對較低。但脫碳液對碳鋼設(shè)備均有一定的腐蝕性，運(yùn)行成本相對較高，操作較為復(fù)雜。對于沼氣脫碳，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。

一、 各系統(tǒng)說明

1、原料氣脫酸氣單元

壓力約4MPa.G的原料氣進(jìn)入脫酸氣單元，本單元采用MDEA溶液的方法脫除原料氣中的CO₂和H₂S等酸性氣體。

天然氣從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；*再生后的MDEA溶液（貧液）從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的MDEA溶液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的CO₂被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入脫碳?xì)饫鋮s器和分離器。出脫碳?xì)夥蛛x器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元。

處理后的天然中CO₂含量小于50ppmV。

吸收了CO₂的MDEA溶液稱富液，至閃蒸塔，降壓閃蒸出的天然氣送往燃料系統(tǒng)。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液（貧液）換熱后，升溫到～98℃去再生塔上部，在再生塔進(jìn)行汽提再生，直至貧液的貧液度達(dá)到指標(biāo)。

出再生塔的貧液經(jīng)過貧富液換熱器、貧液冷卻器，貧液被冷卻到~40℃，被貧液泵加壓后，從吸收塔上部進(jìn)入。

再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器，進(jìn)入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統(tǒng)，冷凝液經(jīng)過回收泵加壓后送至閃蒸分離器。

再生塔再沸器的熱源由來自導(dǎo)熱油系統(tǒng)的導(dǎo)熱油提供。

本單元主要工藝設(shè)備為吸收塔和再生塔。

2、原料氣干燥單元

本裝置采用變溫吸附技術(shù)進(jìn)行氣體分離提純，變溫吸附技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑對氣體的吸附容量隨吸附溫度和壓力不同而變化的特性，吸附劑對不同氣體組份有選擇性吸附的條件下，低溫高壓時(shí)吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附器層流出，高溫低壓時(shí)脫附這些被吸附的組份，以進(jìn)行下一次低溫高壓吸附，可采用多個(gè)吸附塔而達(dá)到氣體的連續(xù)分離的目的。

原料氣干燥單元設(shè)三臺脫水吸附器切換操作，其中一臺吸附、一臺加熱冷吹、一臺預(yù)吸附。

從原料天然氣脫酸性氣體單元來的原料氣進(jìn)入吸附器底部，通過分子篩吸附脫除水分后，從吸附器頂部出來，干燥后天然氣中進(jìn)入原料氣體脫汞單元。

原料氣干燥單元用凈化后的少量的原料氣作為冷吹和再生介質(zhì)，再生氣出吸附塔后通過冷卻、分離后進(jìn)入塔前循環(huán)。

再生氣通過再生加熱器（采用導(dǎo)熱油換熱方式）加熱至再生溫度260～280℃，然后從吸附器上部進(jìn)入，將吸附劑吸附的水解吸。再生氣從干燥器下部出來，經(jīng)再生冷卻器冷卻后進(jìn)入再生氣分離器，分離其中的液體后循環(huán)至吸附器前。

經(jīng)過該單元后，干燥天然氣中的水≤1ppm。

主要設(shè)備為吸附塔、再生加熱器、再生冷卻器和再生分離器。

3、原料氣脫汞與過濾單元

從原料氣干燥單元來的天然氣進(jìn)入浸硫活性炭吸附器，汞與浸硫活性炭上的硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞，吸附在活性炭上，從而達(dá)到脫除汞之目的。從脫汞器出來的天然氣的汞含量小于0.01μg/Nm³。

脫汞器設(shè)置兩臺，浸硫活性炭按照檢測情況更換。

過濾單元設(shè)一臺過濾器，根據(jù)阻力數(shù)據(jù)切換使用，達(dá)到過濾分子篩與活性炭粉塵之目的。

經(jīng)脫粉塵后，原料氣中的粉塵顆粒小于1μm。

主要設(shè)備為脫汞器和粉塵過濾器。

1、井口氣天然氣凈化脫碳設(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，它們的存在會造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外，CO₂含量過高，會降低天然氣的熱值。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。

2、井口氣天然氣凈化脫碳設(shè)備價(jià)格脫水工藝選擇

天然氣中水分的存在往往會造成嚴(yán)重的后果：水分與天然氣在一定條件下形成水合物阻塞管路，影響冷卻液化過程；另外由于水分的存在也會造成不必要的動(dòng)力消耗；由于天然氣液化溫度低，水的存在還會導(dǎo)致設(shè)備凍堵，故必須脫水。

天然氣脫水工藝方法一般包括：低溫脫水、固體干燥劑吸附和溶劑吸收三大類。冷凍分離主要用于避免天然氣在溫度低時(shí)出現(xiàn)水合物，然而它所允許達(dá)到的低溫是有限的，不能滿足天然氣液化的要求；溶劑吸收通常包括濃酸（一般是濃磷酸等有機(jī)酸）、甘醇（常用的是三甘醇）等，但這些方法脫水深度較低，不能用于深冷裝置；固體干燥劑脫水法常見的是硅膠法、分子篩法或這兩種方法的混合使用。

天然氣液化脫水必須采取固體吸附法，由于分子篩具有吸附選擇能力強(qiáng)、低水汽分壓下的高吸附特性，以及同時(shí)可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體等優(yōu)點(diǎn)，因此本方案采用4A分子篩作為脫水吸附劑。

3、井口氣天然氣凈化脫碳設(shè)備價(jià)格脫汞工藝選擇

目前，脫汞工藝主要有兩種：即美國UOP公司的HgSIV分子篩吸附法和采用浸硫活性炭使汞與硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化汞并吸附在活性炭上。前者成本高，適用于汞含量高的場合；后者運(yùn)行成本低，適用于汞含量低的場合。

一方面，HgSIV分子篩運(yùn)行成本很高；另一方面，本裝置的原料氣中汞含量比較低。因此，采用浸硫活性炭脫汞，此種工藝本公司已有有成功的使用經(jīng)驗(yàn)。

一、 各系統(tǒng)說明

1、原料氣脫酸氣單元

壓力約4MPa.G的原料氣進(jìn)入脫酸氣單元，本單元采用MDEA溶液的方法脫除原料氣中的CO₂和H₂S等酸性氣體。

天然氣從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；*再生后的MDEA溶液（貧液）從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的MDEA溶液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的CO₂被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入脫碳?xì)饫鋮s器和分離器。出脫碳?xì)夥蛛x器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元。

處理后的天然中CO₂含量小于50ppmV。

吸收了CO₂的MDEA溶液稱富液，至閃蒸塔，降壓閃蒸出的天然氣送往燃料系統(tǒng)。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液（貧液）換熱后，升溫到～98℃去再生塔上部，在再生塔進(jìn)行汽提再生，直至貧液的貧液度達(dá)到指標(biāo)。

出再生塔的貧液經(jīng)過貧富液換熱器、貧液冷卻器，貧液被冷卻到~40℃，被貧液泵加壓后，從吸收塔上部進(jìn)入。

再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器，進(jìn)入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統(tǒng)，冷凝液經(jīng)過回收泵加壓后送至閃蒸分離器。

再生塔再沸器的熱源由來自導(dǎo)熱油系統(tǒng)的導(dǎo)熱油提供。

本單元主要工藝設(shè)備為吸收塔和再生塔。