撬裝式煤層氣脫酸氣設備

煤層氣脫酸氣凈化過程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統工藝過程，首先經過預處理撬塊的井口氣直接進入凈化撬塊，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；脫除的重烴直接進入火炬系統燃燒處理；脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法；

1、煤層氣脫酸氣成套設備脫CO₂工藝選擇

天然氣中含有的CO₂統稱為酸性氣體，它們的存在會造成金屬腐蝕并污染環境。此外，CO₂含量過高，會降低天然氣的熱值。因此，必須嚴格控制天然氣中酸性組分的含量，以達到工藝和產品質量的要求。

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*和廣泛應用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學反應為基礎，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，從而實現溶劑的再生利用。

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濟性的角度考慮，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246~248℃，閃點260℃，凝固點-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的吸收能力，而且反應熱小，解吸溫度低，化學性質穩定，無毒而不降解。

純MDEA溶液與CO₂不發生反應，但其水溶液與CO₂可按下式反應：

CO₂ + H₂O == H⁺ + HCO₃^- (1)

H⁺ + R₂NCH₃ == R₂NCH₃H⁺ (2)

式（1）受液膜控制，反應速率極慢，式（2）則為瞬間可逆反應，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，反應按下式進行：

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，大大加快了反應速度。MDEA分子含有一個叔胺基團，吸收CO₂后生成碳酸氫鹽，加熱再生時遠比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

從能耗、處理規模和投資運行成本等角度，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。

原料氣進入脫酸氣單元，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）從吸收塔上部進入，自上而下通過吸收塔，逆向流動的 MDEA 溶液和天然氣在吸收塔內充分接觸，氣體中的 CO2 被吸收而進入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進入脫碳氣冷卻器和分離器。出脫碳氣分離器的氣體進入原料氣干燥單元，冷凝液去閃蒸罐。

處理后的天然中 CO2 含量小于 50ppmV，H2S 含量小于 4 ppmV。

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。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，在再生塔進行汽提再生，直至貧液的貧液度達到指標。

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

再生塔頂部出口氣體經酸氣冷卻器，進入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統，冷凝液經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熱油系統的導熱油提供。本單元主要工藝設備為吸收塔和再生塔。

2、煤層氣脫酸氣脫水工藝選擇

天然氣中水分的存在往往會造成嚴重的后果：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力消耗；由于天然氣液化溫度低，水的存在還會導致設備凍堵，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出現水合物，然而它所允許達到的低溫是有限的，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、低水汽分壓下的高吸附特性，以及同時可以進一步脫除殘余酸性氣體等優點，因此本方案采用4A分子篩作為脫水吸附劑。

3、煤層氣脫酸氣脫汞工藝選擇

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生化學反應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；后者運行成本低，適用于汞含量低的場合。

一方面，HgSIV分子篩運行成本很高；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驗。