天然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；

工藝技術選擇

二氧化碳的用途很多，來源也很廣泛，一般講，根據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吸收，這種方法在氣源中二氧化碳濃度低于 20％時適用。

2、變壓吸收法：適用于二氧化碳濃度在 20％～60％之間的氣源，經過吸附后的產品純度較高，但預處理過程復雜，成本太高不能長期運行。

3、膜分離法：適用于氣源比較干凈，且對二氧化碳產品濃度要求不超過 95％的場合，目前還沒有成功應用的范例。

4、低溫精餾法：適用于氣源中二氧化碳濃度 95％以上，且產品濃度要求較高，又需要液化儲運的場合。

5、催化燃燒法：適用于二氧化碳濃度 95%以上，且產品純度要求不高的場合，因建設投資大，生產成本高，已經被全面淘汰。

氣體脫除 CO2 的方法也可分為濕法和干法兩大類。

濕法脫碳技術分為：物理吸收法、物理化學吸收法以及化學吸收法。物理法脫碳工藝是根據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、減壓再生等過程實現二氧化碳的吸收及溶液的再生，其中以 NHD 脫碳工藝*代表性。化學法脫碳是根據化學反應的可逆平衡性原理，利用低熱加壓吸收、加熱減壓再生等過程實現二氧化碳的吸收及溶液的再生，該法代表性技術為熱鉀堿法脫碳工藝。在兩者結合的基礎上又產生出物理化學吸收法，如 MDEA 脫碳工藝。

干法脫碳技術主要為吸附，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。可用于 CO2 和 H2O 等雜質的深度脫除，但其吸附劑的再生過程需要蒸汽加熱且再生時間長，不適用于 CO2 含量較高的環境。

變壓吸附技術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差異的特性，對混合氣中的不同氣體組分進行選擇性吸附，實現不同氣體分離的裝置。具有工藝簡單，每套設備數量少，操作方便，裝置開停車十分方便等優點，具體為：

變壓吸附脫碳工藝技術*，自動化程度高，開停車及正常操作方便， 只需調整吸附時間或原料氣流量就可調節凈化氣中 CO2 含量。

吸附劑使用壽命可達 15 年，運行費用低。

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

濕法脫碳技術主要用于合成氨廠原料氣脫碳及天然氣脫碳，處理氣量規模較大，裝置投資相對較低。但脫碳液對碳鋼設備均有一定的腐蝕性，運行成本相對較高，操作較為復雜。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， 具有流程設備簡單、自動化程度高、能耗較低等優點。因此，沼氣脫碳推薦采用變壓吸附法。

PSA 脫碳系統

變壓吸附脫碳擬采用 6-2-2/V 流程。即 6 臺吸附器，2 塔同時進料，2 次均壓， 抽真空解吸工藝。整個操作過程都是在環境溫度下進行，各吸附器交替循環操作， 每個吸附器在一次循環中都必須經過：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的凈化氣，即本裝置產品天然氣。逆放及抽真空步驟排出的解吸氣，其主要成分為 CO2，可經收集后用于制取液體 CO2，或高空排放。

一、 各系統說明

1、原料氣脫酸氣單元

壓力約4MPa.G的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。

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。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、原料氣干燥單元

本裝置采用變溫吸附技術進行氣體分離提純，變溫吸附技術是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，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，高溫低壓時脫附這些被吸附的組份，以進行下一次低溫高壓吸附，可采用多個吸附塔而達到氣體的連續分離的目的。

原料氣干燥單元設三臺脫水吸附器切換操作，其中一臺吸附、一臺加熱冷吹、一臺預吸附。

從原料天然氣脫酸性氣體單元來的原料氣進入吸附器底部，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，再生氣出吸附塔后通過冷卻、分離后進入塔前循環。

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

經過該單元后，干燥天然氣中的水≤1ppm。

主要設備為吸附塔、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入浸硫活性炭吸附器，汞與浸硫活性炭上的硫產生化學反應生成硫化汞，吸附在活性炭上，從而達到脫除汞之目的。從脫汞器出來的天然氣的汞含量小于0.01μg/Nm³。

脫汞器設置兩臺，浸硫活性炭按照檢測情況更換。

過濾單元設一臺過濾器，根據阻力數據切換使用，達到過濾分子篩與活性炭粉塵之目的。

經脫粉塵后，原料氣中的粉塵顆粒小于1μm。

主要設備為脫汞器和粉塵過濾器。

1、井口氣天然氣凈化脫碳設備價格脫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。

2、井口氣天然氣凈化脫碳設備價格脫水工藝選擇

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、井口氣天然氣凈化脫碳設備價格脫汞工藝選擇

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。

一、 各系統說明

1、原料氣脫酸氣單元

壓力約4MPa.G的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。

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。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。