甲基二乙醇胺 (MDEA) 是天然气净化脱碳过程中常用的脱碳溶剂, 它的比热容低, 并且可以吸收二氧化碳气体, 被广泛应用在工厂天然气的生产中。但是MDEA溶液经常会出现发泡现象, 导致脱碳装置无法正常运行, 不仅严重影响到脱碳效果, 而且造成不小的经济损失。所以本文研究了MDEA溶液的发泡机制, 并提出了一些预防措施, 以保障脱碳环节安全、平稳地运行。
MDEA溶液在净化含二氧化碳天然气的过程中会产生大量气泡, 一般情况下, 这些气泡遇到空气会迅速破裂, 不会对脱碳装置造成影响。当脱碳装置运行时, 如果塔内出现大量气泡密集并且长时间不破裂的情况, 就可以认定MDEA溶液发泡了。溶液发泡之后, 在气流的作用下, 气泡被带入到上一层的塔板, 引起塔内液面变化, 导致塔内压强增大、闪蒸气现象明显。除了根据脱碳装置的液压、压差、闪蒸气含量以及酸气量来判断MDEA溶液是否发泡之外, 还可以直接取一定的MDEA溶液样品做测试, 观察其成分组成是否发生变化, 具体判断标准要参照《配方型选择性脱硫溶剂》中的发泡测试标准进行。
溶液中固体颗粒主要有以下几种:管线上的钢渣和碳钢设备的腐蚀产物Fes、Fe (o H) 3等;用于过滤的活性炭在使用中逐渐粉化变细, 夹带人溶液中;原料气中夹带的催化剂粉末和管道粉尘;泵填料粉末;加入的化工物料 (如软水) 中的不溶性杂质。这些固体颗粒聚集在气泡的液膜中, 增加了表面粘度和液膜中液体流动的阻力, 减缓液膜的排液, 从而增加了气泡的稳定性, 其中Fe S颗粒对泡沫性能的影响最大。
表面活性剂物质容易引起MDEA溶液发泡, 常见的表面活性剂有缓蚀剂、润滑剂等。表面活性剂影响MDEA溶液发泡的原理是:表面活性剂分子在液膜表面有序排列, 其分子组成中的亲水基团不断吸引液膜中的液体部分, 导致液膜粘性增大减少液体的流失;其中的亲油基团可以有效防止液体蒸发, 二者同时作用, 可以保持气泡处于较稳定、不易破裂的状态。
在正常操作情况下, MDEA溶液在净化天然气的过程中的变质速度是非常低的, 但是如果使用不当, 会引起降解反应高速进行。再生过程中温度升高, 与氧气接触面增大, 加快降解反应。降解产物是不能再生的, 随着净化反应时间的延长, 降解产物不断积累, 导致MDEA溶液发泡情况越来越严重。
当系统加减量过快、系统操作压力波动较大或再生塔再沸器外供热量过大时, 会造成气液接触速度太快, 胺液搅动过分剧烈, 引起溶液发泡。此外, 消泡剂加人不当等也可能引起溶液发泡。
消泡剂可以有效降低表面张力并在气液界面上充分铺展开, 降低表面弹性和粘度。消泡剂分子具有易铺展、易吸附的特点, 从而形成强度较小的表面膜。消泡剂分子在铺展过程中, 可以有效降低气泡的液膜厚度, 破坏气泡的稳定性, 从而引发气泡的破裂。要使消泡剂在泡沫液膜上铺展或插入液膜内成为热力学自发过程, 就必须使消泡剂的铺展系数S大于零, 经大量实验证明, 气泡剂在消泡剂上的铺展系数一定为负, 也就是说起泡剂不可能自发地均匀铺展在消泡剂表面, 因此可以持续起到消泡作用。常用的消泡剂作用机制有两种, 一是能够降低双分子层液膜表面局部的表面张力从而形成破裂点的破泡剂, 二是在气泡形成之前就抑制其形成的抑泡剂, 工业生产上一般混合使用。常见的消泡剂有:有机硅消泡剂、酰胺类消泡剂、磷酸酯类消泡剂、卤化有机物消泡剂、脂肪酸及脂肪酸酯类消泡剂等。
原料气中含有大量能够引发MDEA溶液发泡的成分, 例如含油污水和多种表面活性剂物质等, 所以原料气必须经过气液分离器处理之后才能投放到吸收塔中。在原料气进入之前要先经过水洗过程, 以便除去其中的大部分固体杂质和二氧化硫气体等, 然后再除去油类杂质, 最后是除去小颗粒固体杂质。
MDEA溶液发泡主要受进入溶液中的杂质、溶液自身的热稳定性和降解产物的影响, 所以溶液过滤可以起到除去固体杂质、油类杂质和降解产物的作用。过滤分离可以使MDEA溶液保持清洁, 从而降低MDEA溶液发泡的可能性。除了过滤分离之外, 还可以采用机械过滤和活性炭过滤方法。
此装置主要除去系统中的热稳盐, 从而减少设备的腐蚀, 以及减少束缚胺的增加, 减少发泡频率, 从而提高了脱碳溶液的效率。
MDEA溶液发泡是影响天然气脱碳装置正常运行的主要因素, 诱发溶液发泡的因素非常多, 到目前为止, 尚未研发出能够快速解决所有装置发泡问题的工业技术。随着科技的进步, 相信在不久的以后, 可以找到一种简便有效的方法用来治理发泡问题。对于当前的工业生产来说, 所要做的就是加强对MDEA溶液的清洁过滤工作, 合理借助消泡剂降低发泡造成的影响, 实现利益最大化。
摘要：引起MEDA溶液发泡的因素有很多, 例如表面活性剂和醇胺溶液的降解产物等都会导致MDEA溶液发泡。溶液发泡会使溶液的化学成分发生改变, 带来一系列问题, 常见的有二氧化碳超标、脱碳装置出现压降波动等, 给工厂造成严重的经济损失。本文在分析溶液发泡影响因素的基础上, 提出了一些消泡方法和预防溶液发泡的措施, 以供参考。
关键词：MDEA溶液,发泡原因,消泡方法,预防措施
[1] 杜青林.浅议MDEA脱碳溶液发泡的原因及控制措施[J].当代化工研究, 2017 (4) :131-133.
[2] 周浪.天然气净化厂脱碳溶液MDEA的发泡与预防浅谈[J].工业, 2016 (12) :00271-00271.
[3] 宋桂琴.MDEA溶液发泡拦液对脱碳装置的影响与预防措施[J].中国化工贸易, 2015 (11) .
