MDEA溶液发泡原因和消泡方法研究

邹继军陈霞郭德杰

摘要：引起MDEA溶液发泡的因素有很多，例如表面活性剂和醇胺溶液的降解产物等都会导致MDEA溶液发泡。溶液发泡会使溶液的化学成分发生改变，带来一系列问题，常见的有脱碳装置出现压降波动、二氧化碳超标等问题，给工厂安全生产带来隐患，造成严重的经济损失。本文在分析溶液发泡影响因素的基础上，提出了一些消泡方法和预防溶液发泡的措施，以供读者参考。

关键词：MDEA溶液；发泡原因；消泡方法；预防措施

甲基二乙醇胺（MDEA）是天然气净化脱碳过程中常用的脱碳溶剂，它对二氧化碳等酸性气体具有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸温度低，化学性质稳定，无毒，不降解，被广泛应用在工厂天然气的生产中。但是MDEA溶液经常会出现发泡现象，导致脱碳装置无法正常运行，不仅严重影响到脱碳效果，而且造成不小的经济损失。所以本文研究了MDEA溶液的发泡机制，并提出了一些预防措施，以保障脱碳环节安全、平稳地运行。

一、溶液发泡的判断及测试

MDEA溶液在净化含二氧化碳的天然气的过程中会产生大量气泡，一般情况下，这些气泡遇到空气会迅速破裂，不会对脱碳装置造成影响。当脱碳装置运行时，如果塔内出现大量气泡并且长时间不破裂的情况，就可以认定MDEA溶液发泡了。溶液发泡之后，在气流的作用下，气泡被带入到上一层的塔板，引起塔内液位急剧变化，导致塔内压差增大、闪蒸气量明显增多，装置出口二氧化碳含量急剧增加的现象。所以通过脱碳装置的液位、吸收塔压差、闪蒸气含量以及出口二氧化碳含量都可用来判断MDEA溶液是否发泡。除此以外，可以用干净的瓶子从运行装置中承装少量脱碳液，密闭晃动后，观察气泡消失时间超过60秒的，也可判定MDEA溶液是否发泡。

二、影响MDEA脱碳溶液发泡的因素

1.表面活性剂

表面活性剂物质容易引起MDEA溶液发泡，常见的表面活性剂有缓蚀剂、润滑剂等。表面活性剂影响MDEA溶液发泡的原理是：表面活性剂分子在液膜表面有序排列，其分子组成中的亲水基团不断吸引液膜中的液体部分，导致液膜粘性增大减少液体的流失；其中的亲油基团可以有效防止液体蒸发，二者同时作用，可以保持气泡处于较稳定、不易破裂的状态。

2.MDEA溶液的降解产物

在正常操作情况下，MDEA溶液在净化天然气的过程中的变质速度是非常低的，但是如果使用不当，会引起降解反应高速进行。再生过程中温度升高，与氧气接触面增大，加快降解反应。降解产物是不能再生的，随着净化反应时间的延长，降解产物不断积累，导致MDEA溶液发泡情况越来越严重。

三、MDEA溶液的消泡机理

1.消泡剂作用机理

消泡剂可以有效降低表面张力并在气液界面上充分铺展开，降低表面弹性和粘度。消泡剂分子具有易铺展、易吸附的特点，从而形成强度较小的表面膜。消泡剂分子在铺展过程中，可以有效降低气泡的液膜厚度，破坏气泡的稳定性，从而引发气泡的破裂。要使消泡剂在泡沫液膜上铺展或插入液膜内成为热力学自发过程，就必须使消泡剂的铺展系数S大于零，经大量实验证明，气泡剂在消泡剂上的铺展系数一定为负，也就是说起泡剂不可能自发地均匀铺展在消泡剂表面，因此可以持续起到消泡作用。常用的消泡剂作用机制有两种，一是能够降低双分子层液膜表面局部的表面张力从而形成破裂点的破泡剂，二是在气泡形成之前就抑制其形成的抑泡剂，工业生产上一般混合使用。常见的消泡剂有：有机硅消泡剂、酰胺类消泡剂、磷酸酯类消泡剂、卤化有机物消泡剂、脂肪酸及脂肪酸酯类消泡剂等。

2.憎水性固体颗粒消泡剂的吸附和去润湿消泡机理

憎水性固体颗粒的消泡机理分为吸附和润湿两种。对于前者来说，当憎水性固体颗粒进入到气液界面以后，可以有效吸收表面活性剂分子，增加表面张力，降低气泡体系的稳定性，引发气泡破裂。对于后者来说，由于该固体颗粒是憎水性的，所以当它落在气液界面时，会导致泡沫液膜中的液体自发“避开”颗粒，向两侧“逃离”，导致液膜中形成断裂孔，致气泡破裂。

四、预防MDEA溶液发泡的措施

1.原料气净化

原料气中含有大量能够引发MDEA溶液发泡的成分，例如含油污水、铁锈、催化剂粉末等多种表面活性剂物质等，所以原料气必须经过过滤器处理之后才能进入到吸收塔中。在原料气进入之前要先经过双层过滤，以便除去其中的大部分固体杂质、油类杂质，最后是除去小颗粒固体杂质和粉尘。

2.加强溶液过滤

MDEA溶液发泡主要受进入溶液中的杂质、溶液自身的热稳定性和降解产物的影响，所以溶液过滤可以起到除去固体杂质、油类杂质和降解产物的作用。过滤分离可以使MDEA溶液保持清洁，从而降低MDEA溶液发泡的可能性。除了过滤分离之外，还可以采用机械过滤和活性炭过滤方法。

3、补充软水净化

MDEA溶液配制和脱碳装置运行时，都需要定期补充一定的软水以保持溶液浓度和塔内液位高度。多数补水管道都是碳钢管道，长期的腐蚀产生大量的铁锈等杂质，如果不经处理直接加入系统溶液中，容易引起MDEA溶液发泡。可以通过增设软水净化装置和改变供水管线材质来解决此项问题。

4、增设压滤装置和磁性过滤器

MDEA溶液在运行过程中，会对设备本体、管道产生腐蚀和冲刷，造成溶液中铁质粉末的不断增加，MDEA溶液发泡频繁。为了能够有效的除去铁质粉末，可以通过增设脱碳液压滤装置和磁性过滤器的方式解决此类问题。

5、增设胺液净化装置

在胺法脱硫的工艺过程中，因降解、物料带入等原因在系统内会累积一定量的阴离子，这些阴离子与有机胺结合生成热稳定性盐（HSS），这些热稳定性盐不具有吸附酸气的能力，还有可能会腐蚀设备，因此需要对胺液做净化处理，以达到胺液的有效利用和降低胺液的补充成本的目的。通过引入胺液净化装置，可有效的消除生产过程中热稳盐对脱碳液和脱碳效果的影响。

五、总结

MDEA溶液发泡是影响天然气脱碳装置正常运行的主要因素，诱发溶液发泡的因素非常多，到目前为止，尚未研发出能够快速解决所有装置发泡问题的工业技术。随着科技的进步，相信在不久的以后，可以找到一种简便有效的方法用来治理发泡问题。对于当前的工业生产来说，所要做的就是加强对MDEA溶液的清洁过滤工作，合理借助消泡剂降低发泡造成的影响，实现利益最大化。

参考文献

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