### 胺法在脱碳工艺中的应用
#### 摘要
本文主要探讨了胺法在脱碳工艺中的应用，特别是聚焦于两种高效的、低能耗的脱碳溶剂——甲基二乙醇胺（MDEA）以及空间位阻胺（Sterically Hindered Amines）在合成氨原料气和天然气脱碳工艺中的应用情况。脱碳工艺对于合成氨原料气和天然气的净化至关重要，尤其是在去除酸性气体方面。酸性气体主要包括硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2），其中CO2不仅是尿素和纯碱等化工产品的原料，而且其脱除与回收直接关系到氨的合成工艺和系统的碳平衡。
#### 关键词
- 脱碳
- 甲基二乙醇胺（MDEA）
- 空间位阻胺法
#### 前言
合成氨是一种高能耗工艺，通常每吨氨的总能耗为14.5~18GJ。脱碳工序的能耗约占总能耗的3%~6%。因此，开发和推广应用低能耗的脱碳新工艺对节约能源和降低生产成本具有重要意义。
在脱碳过程中，常见的方法包括物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。物理溶剂法虽然能耗较低，但是溶剂价格昂贵且损耗较大；化学吸收法则能耗较高但净化度更高。甲基二乙醇胺（MDEA）和空间位阻胺属于物理化学溶剂，它们不仅对酸性气体的吸收效果良好，而且相比于传统的化学吸收溶剂法，能耗更低，在工业上的应用越来越广泛，被认为是节能的新工艺。
#### MDEA法
MDEA水溶液对硫化氢气体具有良好的选择性吸收性能。早在1970年代，国外就开始研究使用MDEA溶液脱除硫化氢气体的方法，并在1980年代进行了工业装置试验。1990年代，德国的Lurgi和Degussa公司推出了改良MDEA法脱除合成氨原料气中的二氧化碳的新工艺。国内南京化工公司的研究院也在1986年开发了MDEA溶液脱硫工艺，并已广泛应用于天然气脱硫及炼厂气脱硫的工艺装置。1994年开始进行改良MDEA脱二氧化碳的研究，并于1996年成功进行了工业放大试验。
#### 脱碳反应机理
纯MDEA不能与二氧化碳发生化学反应，只有MDEA水溶液才能对二氧化碳有吸收作用。MDEA与二氧化碳反应生成不稳定的胺基甲酸氢盐，因此再生相对容易。与硫化氢相比，MDEA与二氧化碳的反应速率较慢，为了加快反应速率，可以在MDEA水溶液中加入活化剂（如二乙醇胺、哌嗪、咪唑、甲基咪唑等）。实验证明，这些活化剂可以使反应速率提高2~10倍，解吸速率也会有所提高。
#### 国外工业应用情况
最早采用MDEA气脱碳工艺的是德国的Lurgi公司。该脱碳系统的主要设备包括吸收塔、闪蒸塔和再生塔。采用两段吸收和两段闪蒸的串接流程。原料气经过加压后进入吸收塔下段，用二次闪蒸的半贫液吸收大部分二氧化碳；粗脱气进入吸收塔上段，用来自再生塔的贫液进行深度吸收。净化气送至下一工序。
#### 工艺条件
1. **溶剂组成**：MDEA浓度为25%~70%，水占30%~75%，外加活化剂0.1%~5%。
2. **吸收条件**：压力为1.0~8.0MPa，温度为30~60°C。
3. **再生条件**：温度约为120°C，压力为0.1~0.5MPa（表压）。
4. **原料气组成**：二氧化碳含量为5%~50%，总硫含量为0.001%~0.5%。
5. **主要技术指标**：净化气中二氧化碳含量小于0.1%，总硫小于0.1ppm，有机硫小于0.1ppm；二氧化碳回收率为90%~99%，纯度达到95%以上。
6. **消耗指标**（以每吨氨计算）：热耗1.0~1.5GJ，电耗15~20kWh，蒸汽消耗0.1t，水0.5t，溶剂损失0.1kg。
采用MDEA法脱碳，不仅可以显著降低能耗和生产费用，而且还可以实现高效率的脱碳（回收率大于90%，纯度可达95%以上），同时还能够同时脱硫。此外，MDEA溶剂本身无毒，腐蚀性小，稳定性好，损耗小。
#### 国内工业应用情况
在中国，新疆乌鲁木齐石化公司的第二化肥装置是国内大型合成氨装置中唯一使用活性MDEA溶液脱碳技术的工厂。这一技术的应用表明，MDEA法不仅能够满足工业生产的需要，而且在节能减排方面具有明显的优势。
#### 结论
MDEA及其改良版本作为一种高效的脱碳技术，在国内外得到了广泛的应用和发展。它不仅能够有效降低能耗，提高脱碳效率，还能够减少对环境的影响。随着技术的进步和环保意识的增强，MDEA法预计将在未来继续得到更广泛的应用和改进。
