活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭對MDEA溶液發泡的影響，在石油和天然氣工業中，活性炭在許多應用中使用，既作為吸附劑又作為化學試劑的載體介質。最常見的用途之一是胺單元。胺單元中發泡事件的發生可能是導致操作損失的最常見問題。活性炭具有從胺溶劑中除去可溶性污染物的功能，從而減少發泡傾向。然而，沒有系統研究活性炭吸附對胺溶液中發泡還原的相對影響。

　　本文的研究重點是影響受污染的甲基二乙醇胺溶液與活性炭接觸的時間和數量，以及對泡沫穩定性和泡沫減少(破裂)動力學的影響。該研究使用煉油廠受污染的甲基二乙醇胺溶液樣品進行。結果表明，適當的泡沫減少和溶劑清潔需要至少15分鐘的接觸時間。還發現增加活性炭的比例會降低泡沫產生，幾乎線性相關性高達50wt%。表面張力實驗還證實，具有穩定泡沫形成的受污染的甲基二乙醇胺溶液樣品可以在用活性炭適當處理后純化至幾乎不含泡沫的狀態。

　　氣體處理和胺單位

　　胺裝置用于天然氣加工廠和石油精煉廠，以從氣流，液化石油氣(LPG)，再循環氣體和煉油廠廢氣中除去酸性氣體(H 2 S和CO 2)。胺單元還用于CO 2隔離，金屬生產和合成氣生產等。胺單元通常由吸收器或接觸器塔，再生塔和輔助設備組成，例如熱交換器，過濾系統，泵，閥門和儀器。胺單元是一種高效系統，在嚴格的規格下運行，任何性能下降都可能導致產品超出規格，溶劑損失和高運營成本。胺單元中的污染對工廠操作非常不利。為了使加工廠能夠以最小的不穩定性，增加的容量和高可靠性運行，有必要使用適當的污染控制方法來調節工藝流。

　　對原料氣和胺處理系統的正確了解是裝置設計和操作的重要組成部分。在進入胺吸收器之前，應對進料氣體進行調節以去除固體和液體污染物，并且再循環胺流還應利用正確的過濾和聚結技術。特別地，貧胺流必須通過過濾以及在重新進入胺吸收器之前通過活性炭吸附來調節，以防止起泡，結垢和許多其他問題。交流吸附可去除胺流中溶解的污染物，是一種關鍵但卻經常被忽視的系統，可實現高效可靠的胺單元性能。

　　交流吸附

　　活性炭是一種惰性固體吸附劑材料，通常用于從水中除去大量溶解的污染物并處理流體流。活性炭是一種多孔隙，吸附效果好，性價比高的吸附劑，可為污染物吸附提供大的表面積。它是一種非常有效的溶解污染物去除材料。基于污染物和活性炭顆粒表面的表面相互作用，通過吸附現象進行去除過程。這種相互作用通過弱的可逆范德華力和偶極力發生。結果，分離通常對有機組分有效。活性炭的屬性與活性炭的來源及其配置相關聯(圖2)。活性炭的幾種不同來源存在固有性質，例如孔結構和尺寸分布，以及不同的尺寸和生產方法。

　　圖1.顯示其相關孔結構的不同類型活性炭的一般示意圖。

　　活性炭可以由椰子殼，褐煤，煤，瀝青和木質材料等制成。源將確定其可吸附的污染物的吸附容量和尺寸分布。就配置而言，活性炭可以是粉末或顆粒狀的。活性炭過濾系統通常用于除去雜質，使得胺溶液可以適當地用于有效去除污染物。如果沒有從胺溶液中適當地除去雜質，則在工廠中可能發生起泡，腐蝕和其它問題，導致相當大的負面技術和經濟效果。通常，瀝青類型的活性炭被選擇用于胺單元，因為其在碳晶粒內具有小，中和大孔的平衡。這種分布通常最適合具有廣泛分子尺寸污染物分布的胺流。典型的活性炭過濾系統如圖2所示。

　　圖2.具有預過濾和后過濾系統的典型貧胺活性炭吸附系統。

　　測試方法和結果

　　為了更好地理解活性炭的功能，進行了一系列實驗以測量其去除主要引起胺溶液發泡的雜質的有效性。將具有穩定泡沫形成的污染的MDEA樣品用于實驗。使用10個20mL玻璃小瓶使污染的貧胺與活性炭接觸。其中8個小瓶含有1.5克活性炭，另外兩個小瓶不含活性炭。然后將具有活性炭的八個小瓶與15mL的MDEA胺溶液混合。每個小瓶中的MDEA與活性炭接觸不同的時間增量(5分鐘，10分鐘，15分鐘，30分鐘，1小時，2小時，4小時和8小時)。然后將胺過濾到干凈的小瓶中以從胺中完全除去活性炭。第九個小瓶含有15毫升受污染的MDEA不含活性炭，第十個小瓶含有50%蒸餾水中的純MDEA。然后將10個小瓶在振動架上排成一行(圖3)。以一致的方式機架搖動齒條90秒，以賦予泡沫形成能量。在停止搖動后10秒，30秒，1分鐘，2分鐘，5分鐘，10分鐘，30分鐘和1小時拍攝照片。在試驗中還包括未處理的MDEA溶液和純MDEA在水(50%)溶液中的對照樣品，分析它們的界面張力并進行比較。

　　圖3.在攪拌之前設置搖動架。

　　圖4顯示與含有含有活性炭8小時的MDEA的小瓶相比，不含活性炭的受污染的MDEA的顯著顏色變化。這很可能是因為活性炭吸附了雜質并澄清了MDEA溶液。還觀察到粘度變化但未測量。

　　圖4.左小瓶經過活性炭過濾。右小瓶未經過活性炭其中的泡沫穩定長達4小時。

　　該數據還顯示了胺溶液與活性炭的接觸時間增加之間的泡沫減少相關性。隨著接觸時間的增加，受污染的MDEA溶液顯示出較小的起泡傾向。15分鐘(最小)的接觸時間在以可接受的速率減少泡沫方面是有效的。在實驗過程中從未完全去除發泡，但在泡沫破裂時間方面注意到顯著差異。

　　在活性炭的重量和泡沫減少動力學之間也觀察到相關性。與不含活性炭的污染的胺溶液相比，在使用大量活性炭的受污染的貧MDEA溶液顯示出顯著的發泡傾向降低。它還導致溶液表面張力增加。

　　結果表明，接觸活性炭≥25%的胺溶液在接觸時間僅5分鐘后在環境條件下幾乎完全降低泡沫。更簡單的說明，該研究表明，活性炭吸附在胺溶劑泡沫減少中起著重要作用，并且暗示大多數胺單元應用可以適當地利用活性炭過濾來防止泡沫。

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