天然氣半貧液脫碳工藝三元胺液配方優(yōu)選

陳杰，張媛媛，花亦懷，唐建峰，郭昊，田汝峰，曾慶軍

（1中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，北京100027；2中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島266580；3中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057）

近年來(lái)，隨著我國(guó)天然氣開發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，越來(lái)越多的高含碳天然氣氣田被探明，該類氣田原料氣中CO2含量通常在20%以上[1-2]，CO2的存在會(huì)對(duì)天然氣熱值產(chǎn)生影響，并造成設(shè)備腐蝕，故必須對(duì)其進(jìn)行處理以保證后續(xù)使用過(guò)程的安全高效[3-5]。胺液配方作為化學(xué)吸收法脫碳的基礎(chǔ)，在工藝中起著至關(guān)重要的作用，不同種類的胺液配方與CO2反應(yīng)原理不同，吸收及再生效果不同，通過(guò)不同胺液配方的復(fù)配，可明顯改善CO2的吸收效果，達(dá)到提升凈化效果的目的。對(duì)于高含CO2天然氣的凈化處理，若采用傳統(tǒng)一段吸收、一段再生的全貧液工藝[6]，無(wú)法對(duì)中低位余熱進(jìn)行利用，必須采用增加吸收劑循環(huán)量的手段以確保裝置凈化效果，脫碳系統(tǒng)能耗將顯著提高，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際工藝操作費(fèi)用顯著增加。因此高吸收性能、低再生能耗的脫碳溶液以及采用高效節(jié)能的脫碳處理流程是高含碳天然氣處理技術(shù)節(jié)能的關(guān)鍵。近年來(lái)，兩段吸收、兩段再生的半貧液脫碳工藝的提出成為解決這一問(wèn)題的重要手段[7-9]。對(duì)于半貧液工藝而言，由于富液再生過(guò)程利用汽提蒸汽余熱[10]，再生溫度較低，故其胺液篩選過(guò)程關(guān)注的重點(diǎn)與常規(guī)工藝有一定區(qū)別，除了胺液的吸收解吸性能以外，也應(yīng)結(jié)合胺液的熱力學(xué)性能對(duì)其進(jìn)行分析篩選，因此，在吸收劑選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮吸收能力、解吸率、再生能耗等參數(shù)，在保證CO2凈化效果的同時(shí)，有效降低能耗和成本[11]。

本研究基于某工廠PZ 活化MDEA 半貧液工藝[12]，在現(xiàn)有設(shè)備能力下進(jìn)一步提升胺液性能，從降本增效的角度考慮，盡量減少胺液置換，故考慮在現(xiàn)有胺液配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行三元胺液的配制，尋求現(xiàn)有胺液的替代吸收劑。以此為目標(biāo)本文開展半貧液工藝下單一胺液的實(shí)驗(yàn)研究，確定合適的主體胺液及添加劑，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究三元復(fù)配胺液的吸收及再生性能，旨在尋找吸收容量大、吸收速率快、解吸率高、循環(huán)溶解度高、再生能耗低綜合性能優(yōu)的胺液配方，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 半貧液工藝流程

半貧液工藝流程由傳統(tǒng)工藝改進(jìn)而來(lái)，其最早應(yīng)用于挪威北海氣田在20 世紀(jì)90 年代后期投產(chǎn)的Sleipner 天然氣凈化廠，該工藝主要適用于高含碳天然氣的CO2脫除過(guò)程，圖1 所示為海南東方終端天然氣處理廠的工藝流程圖[13]。吸收塔中設(shè)有主吸段和精吸段，再生塔中設(shè)有常解段與汽提段，吸收塔出塔富液經(jīng)閃蒸后在再生塔上段進(jìn)行初步解吸，其沿再生塔向下與來(lái)自汽提段的水蒸氣逆流接觸，使富液中的CO2部分解吸出來(lái)成為半貧液，初步再生后的大部分半貧液進(jìn)入吸收塔下段進(jìn)行天然氣粗脫，少部分半貧液與貧液換熱后進(jìn)入再生塔下段經(jīng)重沸器進(jìn)行加熱再生，在高溫條件下使CO2進(jìn)一步解吸，使溶液進(jìn)行完全再生，再生后得到的貧液經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔上段進(jìn)行天然氣精脫。該流程可使再沸器加熱的富液流量減少，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

所采用的吸收實(shí)驗(yàn)、再生實(shí)驗(yàn)及酸解實(shí)驗(yàn)裝置參見文獻(xiàn)[14]。

圖1 半貧液工藝流程圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

與傳統(tǒng)全貧液胺法脫碳工藝相比，半貧液工藝采用分段吸收，故整個(gè)脫碳系統(tǒng)包含胺液的三種狀態(tài)，即貧液、半貧液、富液，且包含兩個(gè)循環(huán)過(guò)程，即貧液與富液、半貧液與富液。除關(guān)注貧液富液的吸收及解吸性能外，半貧液的吸收及解吸性能不容忽視。

（1） 半貧液配制實(shí)驗(yàn)方法

在本文半貧液工藝中，半貧液為吸收了一定量CO2的胺液，其含碳量為富液飽和含碳量的50%～70%。半貧液由再生塔中部輸出后未經(jīng)冷卻直接輸入吸收塔中部，在較高溫度（不低于60℃）下吸收，其吸收性能不明，其吸收過(guò)程結(jié)束形成的富液在再生塔上段進(jìn)行初步解吸，解吸所需熱量由再生塔下段產(chǎn)生的汽提蒸汽提供，故解吸溫度較低（不高于100℃），其解吸速率、解吸率、解吸能耗、循環(huán)溶解度尚未有研究提及。因此，貼合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的半貧液制備是研究半貧液的關(guān)鍵。

由于脫碳系統(tǒng)吸收塔內(nèi)胺液配方與原料氣接觸時(shí)間一定，故本文以吸收時(shí)間來(lái)確定半貧液模擬配制方法。取某工廠PZ 活化MDEA 半貧液工藝系統(tǒng)的貧液樣品100mL，通入初始?jí)毫?.13MPa的純CO2，在攪拌速率220r/min、吸收溫度50℃下進(jìn)行反應(yīng)釜吸收實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探索可知，當(dāng)吸收過(guò)程進(jìn)行75min后，將得到的半貧液取出，通過(guò)酸解實(shí)驗(yàn)測(cè)得其CO2含量與工廠的半貧液吻合。故確定半貧液配制方法如下。

配制貧液狀態(tài)下的胺液100mL，在攪拌速度220r/min、吸收溫度50℃、初始通氣壓力為3.13MPa的純CO2的條件下進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行75min后將胺液取出，得到不同種類及配比的胺液半貧液，用于后續(xù)半貧液吸收性能的研究。

（2） CO2相對(duì)再生能耗實(shí)驗(yàn)方法

研究貧液或者半貧液的再生性能均需要CO2相對(duì)再生能耗指標(biāo)。通過(guò)對(duì)本文作者課題組原有再生實(shí)驗(yàn)裝置[13]進(jìn)行改進(jìn)，油浴恒溫槽周圍及上方包裹多層B1 級(jí)橡塑板，進(jìn)行絕熱保溫，整個(gè)解吸過(guò)程電能消耗由高精度（±0.001kW·h）電能表記錄。其具體實(shí)驗(yàn)步驟如下。

打開油浴，設(shè)定解吸溫度，待硅油溫度升至所需解吸溫度，放入吸收實(shí)驗(yàn)得到的富液，同時(shí)記錄此時(shí)高精度電能表初始讀數(shù)E1，溫度檢測(cè)儀實(shí)時(shí)記錄三口燒瓶?jī)?nèi)胺液溫度，待氣體流量計(jì)讀數(shù)在3min 內(nèi)無(wú)變化時(shí)，終止解吸。取出解吸得到的貧液，同時(shí)記錄最終電能表讀數(shù)E2。

（3） 半貧液循環(huán)實(shí)驗(yàn)方法

為了研究半貧液的循環(huán)性能，利用現(xiàn)有吸收、再生、酸解裝置，模擬現(xiàn)場(chǎng)工藝中半貧液-富液循環(huán)過(guò)程，進(jìn)行半貧液-富液循環(huán)實(shí)驗(yàn)，全面剖析半貧液在此工藝中的性能。其具體實(shí)驗(yàn)步驟如下。

首先配制半貧液，將配制完成的100mL 半貧液吸入反應(yīng)釜中，向其中通入初始?jí)毫?.13MPa的65%N2+35%CO2混合氣，在吸收溫度70℃、攪拌速率220r/min條件下進(jìn)行半貧液吸收實(shí)驗(yàn)，1h后將胺液從反應(yīng)釜中取出，通過(guò)酸解實(shí)驗(yàn)得到吸收后的富液酸氣含量。之后將富液放入再生實(shí)驗(yàn)裝置中，設(shè)定再生溫度為70℃使其進(jìn)行再生，1h 后將胺液取出，通過(guò)酸解實(shí)驗(yàn)得到再生后的半貧液酸氣含量。為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，將以上吸收及再生實(shí)驗(yàn)過(guò)程循環(huán)三次，記錄穩(wěn)定后的富液與半貧液酸氣含量差值為胺液循環(huán)溶解度。

2.3 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

本文吸收及再生實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)如下。

（1）吸收負(fù)荷L、吸收速率c及解吸率η的定義及計(jì)算公式參見文獻(xiàn)[14]。

（2）循環(huán)溶解度Cd為單位體積富液所含CO2的量與單位體積富液再生所得半貧液所含CO2的量之差，用來(lái)表征胺液循環(huán)吸收能力，單位為mL。半貧液循環(huán)溶解度越大，表明其吸收及再生綜合性能較優(yōu)。

（3）CO2相對(duì)再生能耗Ed為單位時(shí)間解吸能量輸入與單位時(shí)間解吸出的CO2的質(zhì)量的比。再生能耗是表征胺液再生性能的重要指標(biāo)。

式中，Eelectricity為單位時(shí)間電能消耗，kJ/h；MCO2為CO2摩爾質(zhì)量，44kg/kmol；nCO2為單位時(shí)間解吸出的CO2的量，mol/h；VCO2為胺液所含CO2體積，mL；T為室內(nèi)溫度，℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 主體胺液及添加劑篩選

在胺液吸收性能篩選實(shí)驗(yàn)中，采用N2+CO2混合氣代替天然氣，通過(guò)各胺液間的實(shí)驗(yàn)對(duì)比篩選得到吸收性能相對(duì)較優(yōu)的胺液。選取6種常用單一胺液MDEA、TEA、DEEA、AMP、DETA、PZ分別進(jìn)行半貧液工藝下的吸收及再生實(shí)驗(yàn)，從貧液、半貧液吸收性能、富液再生性能及再生能耗角度篩選出性能較優(yōu)的主體胺液及添加劑，為后續(xù)三元胺液的復(fù)配提供依據(jù)。

3.1.1 單一胺液貧液吸收性能

在氣質(zhì)條件為35%CO2+65%N2混合氣、初始通氣壓力3.13MPa、攪拌速率220r/min、吸收溫度為50℃的實(shí)驗(yàn)條件下，配制3mol/L 的MDEA、TEA、DEEA、AMP、DETA、PZ 分別進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2、圖3及表1所示。

圖2 單一胺液貧液吸收速率對(duì)比圖

圖3 單一胺液貧液吸收負(fù)荷對(duì)比圖

表1 各單一胺液飽和容量

由圖2 及圖3 可知，各單一胺液的吸收速率均隨時(shí)間的增加逐漸下降，吸收負(fù)荷隨時(shí)間的增加逐漸增大，最終均達(dá)到平衡。其中PZ 及DETA 在前20min 吸收速率較大，吸收負(fù)荷也高于其他4 種胺液，從胺液分子結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行分析可知，PZ 中含有兩個(gè)仲氨基，烯胺分子中含有多個(gè)伯胺、仲胺基，故其吸收CO2速率較快；而AMP 為空間位阻胺，其含有一個(gè)伯氨基和一個(gè)叔氨基，相同氣質(zhì)條件下，其吸收能力不如PZ 和DETA。DEEA、MDEA、TEA均為叔胺，在混合胺液中常作為主體胺液成分，由表1 中數(shù)據(jù)可知，DEEA 的飽和容量遠(yuǎn)大于MDEA、TEA，且初始吸收速率在叔胺中最高。PZ、AMP、DETA常作為添加劑使用，三者的飽和吸收容量均較高。從CO2吸收過(guò)程進(jìn)行考慮，應(yīng)選擇吸收性能優(yōu)的胺液，增加貧液吸收容量和吸收速率，進(jìn)而減少貧液循環(huán)量，降低能耗。因此，AMP、PZ、DETA均為較適宜的添加劑。

3.1.2 單一胺液半貧液吸收性能

控制吸收實(shí)驗(yàn)溫度為70℃，對(duì)3mol/L 的各單一胺液（MDEA、TEA、DEEA、AMP、DETA、PZ）配制成的半貧液進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 單一胺液半貧液吸收速率對(duì)比圖

圖5 單一胺液半貧液吸收負(fù)荷對(duì)比圖

由圖4、圖5 可得，當(dāng)各單一胺液為半貧液狀態(tài)時(shí)，其中AMP 的初始吸收速率最快，但其吸收負(fù)荷低于DETA，且DETA 在整個(gè)吸收過(guò)程中一直維持較高的吸收速率，吸收負(fù)荷在6種單一胺液中為最高；PZ 吸收速率及吸收負(fù)荷適中，整體在AMP和DETA之下。對(duì)于三種叔胺而言，其吸收速率和吸收負(fù)荷曲線較為一致，重合度較高。由于整個(gè)工藝中半貧液循環(huán)量占總胺液循環(huán)量的5/6，各胺液在半貧液狀態(tài)下的吸收性能也應(yīng)作為重要的部分進(jìn)行考慮，綜合分析可知，在半貧液狀態(tài)下AMP及DETA均呈現(xiàn)較好的吸收性能，三種叔胺吸收性能差別不大。

3.1.3 單一胺液富液再生性能

（1）單一胺液解吸率 再生溫度為70℃時(shí)，分別對(duì)3mol/L的MDEA、TEA、DEEA、AMP、DETA、PZ 在富液酸氣含量為118mL/3mL 胺液時(shí)進(jìn)行各單一胺液的富液再生實(shí)驗(yàn)，控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1h，結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 單一胺液解吸曲線對(duì)比圖

圖7 單一胺液解吸率對(duì)比圖

由圖6、圖7 可得，各單一胺液在工廠富液狀態(tài)（即酸氣含量相同，解吸溫度相同）下解吸時(shí)，DETA解吸速率最快，最快達(dá)到解吸平衡，但最終解吸率最低。PZ、AMP在30min左右解吸完畢，解吸最快，但最終解吸率AMP 大于PZ。而對(duì)于三種叔胺，其解吸速率為DEEA＞TEA＞MDEA，但最終解吸率為TEA＞MDEA＞DEEA。從解吸的角度來(lái)看，為增加半貧液循環(huán)溶解度，提高半貧液對(duì)胺液整體吸收量的貢獻(xiàn)度，添加叔胺類胺液是必要的選擇，其可改善混合胺液的再生效果，提高混合胺液的解吸率。

（2）單一胺液CO2相對(duì)再生能耗 利用電能表，對(duì)3.1.3節(jié)各單一胺液富液再生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的CO2相對(duì)再生能耗進(jìn)行測(cè)算，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

由圖8 可以看出，單一胺液的CO2相對(duì)再生能耗 順 序 為 DETA＞PZ＞AMP＞DEEA＞MDEA＞TEA，且DETA 的能耗約為PZ 的兩倍，AMP 能耗約為PZ的1/2，三種叔胺能耗整體較低。通過(guò)熱力學(xué)分析可知，單一胺液的CO2相對(duì)再生能耗同各胺液再生熱有著一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，吸收速率越快，吸收熱越高，解吸所需熱量也越多。因此烯胺DETA、環(huán)狀有機(jī)胺PZ、空間位阻胺AMP 能耗較高，叔胺MDEA、TEA、DEEA 較少，其中由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，TEA 再生能耗最低。從再生角度看，由于再生上塔所需熱量為下塔所提供的蒸汽余熱，為節(jié)能降耗，在保證解吸率的同時(shí)，應(yīng)選擇能耗低的胺液，故認(rèn)為叔胺是較為適宜的主體胺液。

圖8 不同單一胺液CO2相對(duì)再生能耗對(duì)比圖

由于半貧液工藝的特殊性，在進(jìn)行主體胺液及添加劑篩選時(shí)，需同時(shí)對(duì)貧液及半貧液狀態(tài)下的胺液吸收特性進(jìn)行考慮，并結(jié)合其解吸率及再生能耗進(jìn)行綜合分析，由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)可知，叔胺在吸收速率、解吸率方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，合理的組合利于發(fā)揮其共同優(yōu)勢(shì)，因此選擇DEEA、MDEA、TEA作為主體胺液。但DETA解吸率較低且再生能耗較高，而富液再生過(guò)程較差將直接導(dǎo)致半貧液循環(huán)量減小，故不考慮DETA，在后續(xù)研究中選取吸收性能較好、再生性能較為適中的AMP和PZ作為添加劑。

3.2 三元復(fù)配胺液篩選

在該半貧液工藝條件下，前期研究表明PZ 活化MDEA 二元胺液配方的最優(yōu)總胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，故以此作為三元復(fù)配胺液優(yōu)選最優(yōu)總胺濃度，選擇MDEA與DEEA或TEA作為雙主體胺液進(jìn)行復(fù)配，選擇PZ或AMP作為添加劑，進(jìn)行半貧液工藝下雙主體三元復(fù)配胺液實(shí)驗(yàn)研究，其具體配方如表2所示。

3.2.1 三元復(fù)配胺液貧液吸收性能

在氣質(zhì)條件為35%CO2+65%N2混合氣、初始?jí)毫?.13MPa、攪拌速率220r/min、吸收溫度為50℃的條件下進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)，分別配制如表2 所示的4種混合胺液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9、圖10所示。

表2 雙主體三元胺液配方

圖9 三元復(fù)配貧液吸收負(fù)荷對(duì)比圖

圖10 三元復(fù)配貧液吸收速率對(duì)比圖

由圖9及圖10可知，當(dāng)MDEA/DEEA為主體胺液時(shí)，兩種胺液配方貧液狀態(tài)下的吸收速率和吸收負(fù)荷均較高且曲線基本重合。當(dāng)MDEA/TEA 為主體胺液時(shí)，添加劑為PZ 時(shí)，對(duì)胺液整體吸收負(fù)荷和吸收速率的提升程度大于AMP。由于叔胺結(jié)構(gòu)中氮原子沒有與氫原子直接相連，所以在與CO2反應(yīng)過(guò)程中無(wú)法直接形成兩性離子，通常認(rèn)為叔胺在反應(yīng)過(guò)程中起到了類似催化劑的作用，即游離胺與水之間形成的氫鍵增強(qiáng)了水與CO2反應(yīng)的活性，從而促進(jìn)了CO2的水化。但三元復(fù)配胺液與二元混合胺液相比，其反應(yīng)機(jī)理和交互作用更復(fù)雜，其機(jī)理研究尚未有明確結(jié)論。因此，從提高吸收速率降低貧液循環(huán)量角度而言，應(yīng)選擇MDEA/DEEA作為主體胺液進(jìn)行三元胺液復(fù)配。

3.2.2 三元復(fù)配胺液半貧液吸收性能

在氣質(zhì)條件為35%CO2+65%N2混合氣、初始?jí)毫?.13MPa、攪拌速率220r/min、吸收溫度為70℃的條件下進(jìn)行吸收實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11、圖12所示。

圖11 三元復(fù)配半貧液吸收負(fù)荷對(duì)比圖

圖12 三元復(fù)配半貧液吸收速率對(duì)比圖

由圖11及圖12可知，當(dāng)胺液為吸收了一定量CO2的半貧液時(shí)，最大吸收速率為0.03973mol/(L·min)，與圖10 中最低貧液吸收速率0.03983mol/(L·min)相當(dāng)，可見半貧液的吸收速率明顯低于貧液的吸收速率。此時(shí)，三元胺液配方MDEA+DEEA+AMP 及MDEA+TEA+PZ的吸收負(fù)荷較高，且其初始吸收速率也高于其他兩種配方。AMP 為空間位阻胺，其氮原子上連接一個(gè)巨大的官能基，會(huì)阻礙醇胺與CO2的鍵結(jié)，因而降低氨基甲酸根的穩(wěn)定性，使得氨基甲酸根極易水解還原成醇胺及碳酸氫根離子，故可在一定程度上提高混合溶液的吸收速率。從提高半貧液吸收速率的角度而言，認(rèn)為MDEA+DEEA+AMP、MDEA+TEA+PZ是較為適宜的三元復(fù)配胺液配方。

3.2.3 三元復(fù)配胺液富液再生性能

（1）三元復(fù)配胺液解吸率 將3.2.2 節(jié)半貧液吸收完成得到的富液，在胺液溫度為70℃下進(jìn)行再生實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖13、圖14所示。

圖13 三元復(fù)配富液解吸曲線對(duì)比圖

圖14 三元復(fù)配富液解吸率對(duì)比

由圖13、圖14 可得MDEA+DEEA+AMP 胺液解吸速率最快，明顯優(yōu)于其他胺液，但其最終解吸率最低；其他三種配方在解吸前20min解吸速率基本一致，曲線重合度較高；MDEA+TEA+PZ胺液解吸率在4種胺液配方中最高。從整體上看，MDEA/TEA雙主體胺液的最終解吸率高于MDEA/DEEA雙主體胺液，TEA 的加入顯著提高了胺液的解吸率。因此，為利于富液解吸，提高半貧液循環(huán)溶解度，應(yīng)選擇加入TEA提高解吸率，加入PZ或AMP提高吸收速率。

（2）CO2相對(duì)再生能耗 利用電能表，對(duì)3.2.3節(jié)中（1）各三元復(fù)配富液再生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的CO2相對(duì)再生能耗進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果如圖15所示。

圖15 富液CO2相對(duì)再生能耗

對(duì)圖15 進(jìn)行分析可知，從整體上看，三元復(fù)配胺液MDEA+DEEA+AMP的CO2相對(duì)再生能耗在4種胺液配方中最高，且明顯高于其他三種胺液。主體胺液為MDEA/TEA時(shí)的CO2相對(duì)再生能耗均低于主體胺液為MDEA/DEEA的胺液配方，考慮到再生能耗與再生效果的內(nèi)在聯(lián)系，建議選取MDEA/TEA作為主體胺液。

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取在貧液、半貧液狀態(tài)下吸收性能均較優(yōu)的三元復(fù)配胺液作為較優(yōu)胺液配方備選，同時(shí)對(duì)富液再生性能及能耗進(jìn)行綜合分析，選取解吸率較高及再生能耗較低的三元復(fù)配胺液，同時(shí)考慮到該半貧液工藝目前所使用的胺液配方為MDEA+PZ，為降本增效，應(yīng)盡量減少大規(guī)模胺液置換。故綜合分析，選取MDEA+TEA+PZ 作為最優(yōu)三元復(fù)配胺液配方。

3.3 胺液配方循環(huán)溶解度對(duì)比

為進(jìn)一步探究三元高效胺液配方的綜合性能，針對(duì)其半貧液進(jìn)行循環(huán)實(shí)驗(yàn)，并與半貧液工廠原有PZ 活化MDEA 配方進(jìn)行對(duì)比，得到兩種胺液的循環(huán)溶解度對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可知，篩選所得的三元胺液配方MDEA+TEA+PZ 的半貧液循環(huán)溶解度大于原PZ 活化MDEA 配方，同時(shí)此配方吸收及再生性能較優(yōu)，胺液能耗較低，因此，是潛在的替代原PZ 活化MDEA 胺液的三元混合吸收劑。

表3 較優(yōu)胺液配方循環(huán)溶解度

4 結(jié)論

針對(duì)單一胺液及三元復(fù)配胺液開展半貧液工藝條件下的吸收及再生實(shí)驗(yàn)，以吸收速率、吸收負(fù)荷、解吸率、CO2相對(duì)再生能耗等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定合適的主體胺液及添加劑，并探究三元復(fù)配胺液的吸收及再生性能，得到結(jié)論如下。

（1）對(duì)于單一胺液而言，貧液吸收條件下DETA具有較高的吸收速率及飽和容量；半貧液吸收條件下，AMP、DETA及PZ吸收性能較優(yōu)；TEA再生能耗最低，解吸率最高。對(duì)于半貧液脫碳工藝而言，為利于富液解吸，提高半貧液循環(huán)溶解度，可選擇加入TEA提高解吸率，降低再生能耗。

（2）綜合各單一胺液其貧液、半貧液、富液在半貧液工藝下的吸收、再生、CO2相對(duì)再生能耗性能，選擇DEEA、MDEA、TEA作為主體胺液，PZ、AMP 作為添加劑，進(jìn)行雙主體三元復(fù)配胺液的研究。

（3）對(duì)于三元復(fù)配胺液而言，當(dāng)MDEA/DEEA為主體胺液時(shí)，兩種胺液配方貧液狀態(tài)下的吸收速率和吸收負(fù)荷均較高。MDEA/TEA雙主體胺液的最終解吸率高于MDEA/DEEA雙主體胺液，TEA的加入顯著提高了胺液的解吸率。

（4）篩選所得的三元胺液配方18%MDEA+18%TEA+4%PZ 的半貧液循環(huán)溶解度高于原PZ 活化MDEA 配方，再生能耗較低，可代替PZ 活化MDEA胺液應(yīng)用于天然氣半貧液脫碳工藝。