活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭对MDEA溶液发泡的影响，在石油和天然气工业中，活性炭在许多应用中使用，既作为吸附剂又作为化学试剂的载体介质。最常见的用途之一是胺单元。胺单元中发泡事件的发生可能是导致操作损失的最常见问题。活性炭具有从胺溶剂中除去可溶性污染物的功能，从而减少发泡倾向。然而，没有系统研究活性炭吸附对胺溶液中发泡还原的相对影响。

　　本文的研究重点是影响受污染的甲基二乙醇胺溶液与活性炭接触的时间和数量，以及对泡沫稳定性和泡沫减少(破裂)动力学的影响。该研究使用炼油厂受污染的甲基二乙醇胺溶液样品进行。结果表明，适当的泡沫减少和溶剂清洁需要至少15分钟的接触时间。还发现增加活性炭的比例会降低泡沫产生，几乎线性相关性高达50wt%。表面张力实验还证实，具有稳定泡沫形成的受污染的甲基二乙醇胺溶液样品可以在用活性炭适当处理后纯化至几乎不含泡沫的状态。

　　气体处理和胺单位

　　胺装置用于天然气加工厂和石油精炼厂，以从气流，液化石油气(LPG)，再循环气体和炼油厂废气中除去酸性气体(H 2 S和CO 2)。胺单元还用于CO 2隔离，金属生产和合成气生产等。胺单元通常由吸收器或接触器塔，再生塔和辅助设备组成，例如热交换器，过滤系统，泵，阀门和仪器。胺单元是一种高效系统，在严格的规格下运行，任何性能下降都可能导致产品超出规格，溶剂损失和高运营成本。胺单元中的污染对工厂操作非常不利。为了使加工厂能够以最小的不稳定性，增加的容量和高可靠性运行，有必要使用适当的污染控制方法来调节工艺流。

　　对原料气和胺处理系统的正确了解是装置设计和操作的重要组成部分。在进入胺吸收器之前，应对进料气体进行调节以去除固体和液体污染物，并且再循环胺流还应利用正确的过滤和聚结技术。特别地，贫胺流必须通过过滤以及在重新进入胺吸收器之前通过活性炭吸附来调节，以防止起泡，结垢和许多其他问题。交流吸附可去除胺流中溶解的污染物，是一种关键但却经常被忽视的系统，可实现高效可靠的胺单元性能。

　　交流吸附

　　活性炭是一种惰性固体吸附剂材料，通常用于从水中除去大量溶解的污染物并处理流体流。活性炭是一种多孔隙，吸附效果好，性价比高的吸附剂，可为污染物吸附提供大的表面积。它是一种非常有效的溶解污染物去除材料。基于污染物和活性炭颗粒表面的表面相互作用，通过吸附现象进行去除过程。这种相互作用通过弱的可逆范德华力和偶极力发生。结果，分离通常对有机组分有效。活性炭的属性与活性炭的来源及其配置相关联(图2)。活性炭的几种不同来源存在固有性质，例如孔结构和尺寸分布，以及不同的尺寸和生产方法。

　　图1.显示其相关孔结构的不同类型活性炭的一般示意图。

　　活性炭可以由椰子壳，褐煤，煤，沥青和木质材料等制成。源将确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颗粒状的。活性炭过滤系统通常用于除去杂质，使得胺溶液可以适当地用于有效去除污染物。如果没有从胺溶液中适当地除去杂质，则在工厂中可能发生起泡，腐蚀和其它问题，导致相当大的负面技术和经济效果。通常，沥青类型的活性炭被选择用于胺单元，因为其在碳晶粒内具有小，中和大孔的平衡。这种分布通常最适合具有广泛分子尺寸污染物分布的胺流。典型的活性炭过滤系统如图2所示。

　　图2.具有预过滤和后过滤系统的典型贫胺活性炭吸附系统。

　　测试方法和结果

　　为了更好地理解活性炭的功能，进行了一系列实验以测量其去除主要引起胺溶液发泡的杂质的有效性。将具有稳定泡沫形成的污染的MDEA样品用于实验。使用10个20mL玻璃小瓶使污染的贫胺与活性炭接触。其中8个小瓶含有1.5克活性炭，另外两个小瓶不含活性炭。然后将具有活性炭的八个小瓶与15mL的MDEA胺溶液混合。每个小瓶中的MDEA与活性炭接触不同的时间增量(5分钟，10分钟，15分钟，30分钟，1小时，2小时，4小时和8小时)。然后将胺过滤到干净的小瓶中以从胺中完全除去活性炭。第九个小瓶含有15毫升受污染的MDEA不含活性炭，第十个小瓶含有50%蒸馏水中的纯MDEA。然后将10个小瓶在振动架上排成一行(图3)。以一致的方式机架摇动齿条90秒，以赋予泡沫形成能量。在停止摇动后10秒，30秒，1分钟，2分钟，5分钟，10分钟，30分钟和1小时拍摄照片。在试验中还包括未处理的MDEA溶液和纯MDEA在水(50%)溶液中的对照样品，分析它们的界面张力并进行比较。

　　图3.在搅拌之前设置摇动架。

　　图4显示与含有含有活性炭8小时的MDEA的小瓶相比，不含活性炭的受污染的MDEA的显着颜色变化。这很可能是因为活性炭吸附了杂质并澄清了MDEA溶液。还观察到粘度变化但未测量。

　　图4.左小瓶经过活性炭过滤。右小瓶未经过活性炭其中的泡沫稳定长达4小时。

　　该数据还显示了胺溶液与活性炭的接触时间增加之间的泡沫减少相关性。随着接触时间的增加，受污染的MDEA溶液显示出较小的起泡倾向。15分钟(最小)的接触时间在以可接受的速率减少泡沫方面是有效的。在实验过程中从未完全去除发泡，但在泡沫破裂时间方面注意到显着差异。

　　在活性炭的重量和泡沫减少动力学之间也观察到相关性。与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贫MDEA溶液显示出显着的发泡倾向降低。它还导致溶液表面张力增加。

　　结果表明，接触活性炭≥25%的胺溶液在接触时间仅5分钟后在环境条件下几乎完全降低泡沫。更简单的说明，该研究表明，活性炭吸附在胺溶剂泡沫减少中起着重要作用，并且暗示大多数胺单元应用可以适当地利用活性炭过滤来防止泡沫。

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