煤層氣脫酸氣凈化過程基本包括原料氣脫酸、脫水脫汞系統(tǒng)工藝過程，首先經(jīng)過預(yù)處理撬塊的井口氣直接進(jìn)入凈化撬塊，脫酸工藝（主要指二氧化碳和硫化氫）采用溶劑吸收法，吸收劑為MDEA；脫水工藝采用分子篩脫除微量水分；脫除的重?zé)N直接進(jìn)入火炬系統(tǒng)燃燒處理；脫汞工藝采用浸硫活性炭吸附法；

1、煤層氣脫酸氣成套設(shè)備脫CO₂工藝選擇

天然氣中含有的CO₂統(tǒng)稱為酸性氣體，它們的存在會(huì)造成金屬腐蝕并污染環(huán)境。此外，CO₂含量過高，會(huì)降低天然氣的熱值。因此，必須嚴(yán)格控制天然氣中酸性組分的含量，以達(dá)到工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

用于天然氣脫除酸氣的方法有溶劑吸收法、物理吸收法、氧化還原法和分子篩吸附法。目前普遍*和廣泛應(yīng)用的溶劑吸收法。它是以可逆的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，以堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法，溶劑與原料氣中的酸組分（主要是CO₂）反應(yīng)而生成化合物；吸收了酸氣的富液在升高溫度、降低壓力的條件下又能分解而放出酸氣，從而實(shí)現(xiàn)溶劑的再生利用。

溶劑吸收法所用溶劑一般為烷醇胺類，主要有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二異丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。本方案從適用性和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，選擇甲基二乙醇胺（MDEA）作為脫除酸性氣體的溶劑。

MDEA（N-Methyldiethanolamine）即N-甲基二乙醇胺，分子式為CH₃-N(CH₂CH₂OH)₂，分子量119.2，沸點(diǎn)246~248℃，閃點(diǎn)260℃，凝固點(diǎn)-21℃，汽化潛熱519.16kJ/kg，能與水和醇混溶，微溶于醚。在一定條件下，對二氧化碳等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而且反應(yīng)熱小，解吸溫度低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒而不降解。

純MDEA溶液與CO₂不發(fā)生反應(yīng)，但其水溶液與CO₂可按下式反應(yīng)：

CO₂ + H₂O == H⁺ + HCO₃^- (1)

H⁺ + R₂NCH₃ == R₂NCH₃H⁺ (2)

式（1）受液膜控制，反應(yīng)速率極慢，式（2）則為瞬間可逆反應(yīng)，因此式（1）為MDEA吸收CO₂的控制步驟，為加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化劑(R₂^/NH)后，反應(yīng)按下式進(jìn)行：

R₂^/NH + CO₂ == R₂^/NCOOH (3)

R₂^/NCOOH + R₂NCH₃ + H₂O ==R₂^/NH + R₂CH₃NH⁺HCO₃^- (4)

(3)+(4)：

R₂NCH₃+ CO₂ + H₂O == R₂CH₃NH⁺HCO₃^- (5)

由式（3）～（5）可知，活化劑吸收了CO₂，向液相傳遞CO₂，大大加快了反應(yīng)速度。MDEA分子含有一個(gè)叔胺基團(tuán)，吸收CO₂后生成碳酸氫鹽，加熱再生時(shí)遠(yuǎn)比伯仲胺生成的氨基甲酸鹽所需的熱量低得多。

從能耗、處理規(guī)模和投資運(yùn)行成本等角度，MDEA胺液法是最合適的工藝，因此本方案選擇MDEA胺液法脫酸氣。

原料氣進(jìn)入脫酸氣單元，本單元采用 MDEA 溶液的方法脫除原料氣中的 CO2 和 H2S 等酸性氣體。

天然氣從吸收塔下部進(jìn)入，自下而上通過吸收塔；*再生后的 MDEA 溶液（貧液）從吸收塔上部進(jìn)入，自上而下通過吸收塔，逆向流動(dòng)的 MDEA 溶液和天然氣在吸收塔內(nèi)充分接觸，氣體中的 CO2 被吸收而進(jìn)入液相，未被吸收的組份從吸收塔頂部引出，進(jìn)入脫碳?xì)饫鋮s器和分離器。出脫碳?xì)夥蛛x器的氣體進(jìn)入原料氣干燥單元，冷凝液去閃蒸罐。

處理后的天然中 CO2 含量小于 50ppmV，H2S 含量小于 4 ppmV。

吸收了 CO2 的 MDEA 溶液稱富液，至閃蒸塔，降壓閃蒸出的天然氣送往燃料系統(tǒng)。閃蒸后的富液與再生塔底部流出的溶液（貧液）換熱后，升溫到～ 98℃去再生塔上部，在再生塔進(jìn)行汽提再生，直至貧液的貧液度達(dá)到指標(biāo)。

出再生塔的貧液經(jīng)過貧富液換熱器、貧液冷卻器，貧液被冷卻到~40℃， 被貧液泵加壓后，從吸收塔上部進(jìn)入。

再生塔頂部出口氣體經(jīng)酸氣冷卻器，進(jìn)入酸氣分離器，出酸氣分離器的氣體送往酸氣排放系統(tǒng)，冷凝液經(jīng)過回收泵加壓后送至閃蒸分離器。

再生塔再沸器的熱源由來自導(dǎo)熱油系統(tǒng)的導(dǎo)熱油提供。本單元主要工藝設(shè)備為吸收塔和再生塔。

2、煤層氣脫酸氣脫水工藝選擇

天然氣中水分的存在往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果：水分與天然氣在一定條件下形成水合物阻塞管路，影響冷卻液化過程；另外由于水分的存在也會(huì)造成不必要的動(dòng)力消耗；由于天然氣液化溫度低，水的存在還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備凍堵，故必須脫水。

天然氣脫水工藝方法一般包括：低溫脫水、固體干燥劑吸附和溶劑吸收三大類。冷凍分離主要用于避免天然氣在溫度低時(shí)出現(xiàn)水合物，然而它所允許達(dá)到的低溫是有限的，不能滿足天然氣液化的要求；溶劑吸收通常包括濃酸（一般是濃磷酸等有機(jī)酸）、甘醇（常用的是三甘醇）等，但這些方法脫水深度較低，不能用于深冷裝置；固體干燥劑脫水法常見的是硅膠法、分子篩法或這兩種方法的混合使用。

天然氣液化脫水必須采取固體吸附法，由于分子篩具有吸附選擇能力強(qiáng)、低水汽分壓下的高吸附特性，以及同時(shí)可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體等優(yōu)點(diǎn)，因此本方案采用4A分子篩作為脫水吸附劑。

3、煤層氣脫酸氣脫汞工藝選擇

目前，脫汞工藝主要有兩種：即美國UOP公司的HgSIV分子篩吸附法和采用浸硫活性炭使汞與硫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成*并吸附在活性炭上。前者成本高，適用于汞含量高的場合；后者運(yùn)行成本低，適用于汞含量低的場合。

一方面，HgSIV分子篩運(yùn)行成本很高；另一方面，本裝置的原料氣中汞含量比較低。因此，采用浸硫活性炭脫汞，此種工藝本公司已有有成功的使用經(jīng)驗(yàn)。