摘要：为了探究MDEA脱碳工艺在焦炉煤气生产天然气工艺的应用价值及影响作用，文章介绍了焦炉煤气生产天然气工艺的基本原理和技术路线，分析了其CO2含量较高的问题，并阐述了采用MDEA脱碳工艺进行CO2去除的原理和优点。还设计了一套实验流程，对焦炉煤气进行了MDEA脱碳处理，测试了不同操作参数下的CO2去除率、产气率、能耗等关键指标。通过实验结果表明，MDEA脱碳工艺可以有效地去除焦炉煤气中的CO2，达到90%以上的去除率。在脱碳剂浓度为25%、操作温度为40℃、操作压力为1.5 MPa时，产气率最高，能耗最低。因此，MDEA脱碳工艺可为焦化厂提高生产天然气产气率、降低能耗，并增强CO2的去除率。

　　关键词：MDEA脱碳工艺；焦炉煤气；天然气

　　0引言

　　焦炉煤气的综合利用是焦化行业的重要研究课题之一。将焦炉煤气转化为合成天然气和氢气是一种新颖且环保的利用方式。由于焦炉煤气热值较低，且含有CO、CO2以及较多的硫化物等杂质，因此需要经过一系列的加工处理。将这些低热值、含有杂质的焦炉煤气转化为低碳清洁燃料天然气和氢气，完全符合国家的环保和能源政策。从宏观角度看，这不仅利国利民，还对经济发展、环境保护和社会可持续发展具有重要的推动作用；从微观角度看，这种转化方式能够促使焦化产业良性发展，迈向资源循环利用的发展方向。

　　在实际焦炉煤气生产天然气并联产氢气过程中，焦炉煤气中CO2含量的升高直接导致了氢气产量的减少，从工艺运行和经济角度来看，这不利于项目的持续生产。本文的目标是探讨如何采用MDEA脱碳工艺来控制焦炉煤气的氢碳比，以延长甲烷化催化剂的使用寿命。此外，根据天然气和氢气的市场经济性，调整这两种产品的产量，从而实现焦炉煤气经济价值的最大化[1]。

　　1研究背景

　　焦炉煤气生产天然气联产氢气主要包括预处理单元、压缩单元、精脱硫甲烷化单元、甲烷提浓和氢气提浓单元等。在焦炉煤气的处理过程中，首先经过预处理步骤，有效地脱除了煤气中的苯和萘等杂质。随后，煤气经过压缩，再通过两级加氢工艺，结合氧化铁和氧化锌的催化作用，成功脱除了其中的有机硫和无机硫，确保总硫含量低于0.18 mg/m3。处理后的煤气进入甲烷化单元，其中CO和CO2与氢气反应，生成甲烷和水。但实际操作中，由于配煤及焦炉生产的因素，煤气中的CO和CO2含量有时偏高，这不仅容易导致甲烷化催化剂结碳，还显著降低了生产装置的经济效益。在产品分离方面，经过甲烷化后的煤气通过VPSA甲烷提浓工艺得到产品天然气和富氢气。富氢气进一步通过PSA提氢单元，以提高氢气的纯度。

　　2模拟过程

　　2.1模拟条件

　　以下为某焦化厂焦炉煤气(甲烷化之前)的主要组成，如表1所示。

　　处理后的煤气进入甲烷化单元。一段甲烷化的入口温度设定为280℃,而出口温度为550℃左右；二段甲烷化的入口温度同样为280℃,出口温度为515℃左右；三段甲烷化的入口温度与一二段相同，但出口温度则由一、二段出口的合成气体决定。进入一段甲烷化的气体比中，循环量与新鲜量之比为46∶43。进入甲烷化系统的气体组成根据表1进行详细计算。

　　根据模拟结果，进入甲烷化工艺段的气体组成计算表明，无法达到CO2小于90 mg/m3的要求，并且存在容易产生积碳反应的风险。通过甲烷合成反应的机理看出，甲烷合成反应的理论氢碳比为3.00。然而，根据焦化企业提供的实际煤气组成数据，甲烷合成反应中的氢碳比约为3.09。这意味着大部分焦炉煤气中的氢气被反应生成甲烷，但剩余的氢气产量很少。

　　2.2脱碳后模拟

　　脱碳前，焦炉煤气的主要组成为H2：51.68%，CO：9.50%，CO 2：3.74%，N 2：7.70%，CH4：24.67%，C2H6：2.78%。在MDEA脱碳过程中，设定操作条件，吸收塔温度为40℃,压力1.5 MPa，MDEA流量为10 000 m3/h。脱碳后焦炉煤气的新组成变为H2：54.54%，CO：10.03%，CO2：0.19%，N2：7.70%，CH4：24.61%，C2H6：2.93%。

　　通过对模拟结果的分析，这种变化主要是由于在去除CO2的过程中，其他气体组分的相对比例有所增加。模拟结果显示，MDEA脱碳工艺有效地降低了CO2含量，同时确保了其他气体组分的稳定。这一优点对提高焦炉煤气的品质以及满足后续处理和使用严格要求至关重要。此外，通过模拟可对整个脱碳过程的能耗和操作成本进行评估。这种评估不仅加深了关于工艺效率的理解，还为实际应用提供了重要的决策依据。

　　2.3 MDEA脱碳工艺

　　MDEA脱碳工艺是一种常用的化学吸收法脱碳技术，其原理是利用MDEA(甲基二乙醇胺)作为吸收剂，将焦炉煤气中的CO2吸收到吸收液中，然后将吸收液经过升温或减压等方式进行再生。该工艺的优点主要有以下几个方面：

　　首先，MDEA脱碳工艺具有高效的CO2吸收能力[2]。作为极性有机胺类化合物，MDEA展现出显著的亲水性和亲酸性，使其能够迅速与CO2发生化学反应，形成稳定的碳酸盐。这赋予了MDEA出色的CO2选择性吸收能力，使其能够高效地从气体流中捕获CO2，同时尽量减少对其他气体成分如氢气或甲烷的吸收。MDEA与CO2的反应速率快，有助于提高脱碳过程的效率，使其在处理大量焦炉煤气时更为有效。此外，MDEA的热稳定性和化学稳定性确保了其在不同温度和压力条件下的稳定运行，进一步提升了整个脱碳工艺的经济性和可靠性。因此，MDEA脱碳工艺在高效去除焦炉煤气中的CO2方面发挥着关键作用，为天然气生产提供了一种经济、高效的解决方案。

　　其次，MDEA脱碳工艺具有出色的稳定性和耐热性。作为有机胺类化合物，MDEA展现出优异的化学稳定性，能够在各种工艺条件下保持性能不变。在焦炉煤气处理过程中，吸收剂经常面临高温的挑战。然而，由于MDEA具有卓越的耐热性，它能够在高温条件下稳定工作，不易分解或失效[3]。此外，MDEA与CO2反应生成的碳酸盐在高温下依然稳定。这一特性使得在再生阶段，即使在较高温度下，MDEA也能有效地释放已吸收的CO2并恢复其吸收能力。MDEA的稳定性和耐热性减少了工艺过程中的维护需求和吸收剂更换频率，显著提高了整体工艺的经济性和可靠性[4]。因此，在处理焦炉煤气以生产天然气的工艺中，MDEA的稳定性和耐热性特性使其成为一种理想的脱碳吸收剂，能够有效地应对高温等恶劣工艺条件。

　　再次，MDEA脱碳工艺具有较低的再生成本。MDEA的热力学性质使其在吸收CO2后能够在相对较低的温度和压力下从吸收液中释放出来。与其他脱碳技术相比，MDEA脱碳工艺在再生过程中所需的能量较少[5]。这一特性在实际操作中降低了热能消耗和操作成本，从而提高了整个工艺的经济效益。此外，MDEA的化学稳定性和耐用性也延长了其使用寿命，减少了频繁更换或补充吸收剂的需要，进一步降低了整体运营成本。

　　最后，MDEA脱碳工艺还具有较好的环保性。相较于传统的化学吸收剂，如MEA(乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)等，MDEA具有较低的挥发性和毒性。同时，在使用过程中不会产生腐蚀性物质，从而对环境和人体健康的负面影响较小[6]。

　　综上所述，MDEA脱碳工艺具有高效、稳定、经济和环保等优点，因此在焦炉煤气生产天然气工艺中得到了广泛的应用和研究。以MDEA复合胺液作为吸收剂，采用一段吸收、一段再生的流程来脱除焦炉煤气中的酸性气体CO2。经过一级加氢和一级脱硫处理的焦炉煤气从CO2吸收塔的底部进入，自下而上通过吸收塔；而再生后的复合胺液(贫液)则从CO2吸收塔的顶部进入，自上而下通过吸收塔。在这两种流向相反的流体在吸收塔内充分接触的过程中，气体中的CO2被复合胺液吸收，转化为液相。未被吸收的气体组分则从吸收塔的顶部导出，进入换热冷却器，将温度降至40℃以下，经过分液处理后送入二级加氢脱硫及甲烷合成单元。同时，为了更好地控制焦炉煤气的氢碳比在3.6～4.2之间，CO2吸收塔应设置旁通管路，并在出口处配备CO2在线分析仪。通过实时监测和调整进入CO2吸收塔的焦炉煤气量，可以确保最佳的吸收效果和稳定的氢碳比控制。

　　3 MDEA脱碳工艺在焦炉煤气生产天然气工艺中的经济性评价

　　在焦炉煤气生产天然气工艺中，MDEA脱碳工艺的经济性评价指标主要包括成本、收益和投资回收期等方面[7]。

　　首先，成本是经济性评价的基础，其构成要素包括设备购置费、运行费用、维护费用和能源消耗等。在MDEA脱碳工艺中，主要成本来自脱碳剂的消耗和能源的消耗。因此，降低脱碳剂的用量和提高设备的能效是降低生产成本的关键措施[8]。

　　其次，收益是评价工艺经济性的重要指标，它涵盖了天然气产量、气质指标和天然气销售价格等多个方面。在MDEA脱碳工艺中，通过有效地去除CO2，不仅能够提高氢气产量，还能优化气质指标，进而提高天然气的销售价格，从而增加收益[9]。

　　最后，投资回收期作为评价工艺经济性的综合指标，是指从投资开始到全部收回投资所需的时间，通常以年为单位来计算。在MDEA脱碳工艺中，投资回收期的计算应综合考虑投资规模、工艺流程、运营成本、氢气产量、销售价格和市场需求等多种因素[10]。

　　综上所述，为评估MDEA脱碳工艺在焦炉煤气生产天然气工艺中的经济性，需要重点关注成本、收益和投资回收期等经济性评价指标。通过优化工艺参数、提高设备运行效率并降低脱碳剂的用量，可以有效地降低生产成本；同时，提升天然气质量、增加氢气产量和天然气销售价格能够增强工艺的经济效益；综合考量投资规模、市场需求和运营成本等因素后，可以更准确地评估该工艺的投资回收期及经济性。

　　4结语

　　MDEA脱碳工艺能够有效地去除焦炉煤气中的CO2和硫化氢等有害物质，使得焦炉煤气适合用于生产天然气和氢气。在提高天然气质量和增加氢气产量等方面，MDEA脱碳工艺具有显著的应用价值。因此，MDEA脱碳工艺在焦炉煤气生产天然气工艺中具有重要的意义和应用前景。本研究不仅对指导焦化工业生产过程中的污染治理和资源利用具有重要意义，同时也为相关领域的研究提供了新思路和新方法，具有一定的学术价值和实际应用价值。

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