用离子液净化天然气的新技术



用离子液净化天然气的新技术

据美国《化学工程》2015年10月报道，离子液作为一种有实用价值的材料用于天然气净化（包括脱CO2和脱汞）具有光明的前景。在马来西亚国家石油公司（Petronas）提供资金的项目中，英国北爱尔兰女王大学离子液实验室对脱除天然气中CO2的各种离子液进行了研究。通常脱CO2都是用有腐蚀性和挥发性的胺，但离子液的物理性质很有吸引力，有许多优点。例如，离子液的稳定性非常好，在典型的工艺条件下蒸汽压非常低。而且，与胺不同，在用离子液时出现腐蚀的风险很小。研发团队用不同含水量的离子液配方研究在典型CO2分压时（一般发现于水下天然气资源）捕集CO2的能力。与离子液在其他方面的应用一样，选择合适的阳离子和阴离子极为重要。研发团队主要用含羧化物阴离子的离子液寻求溶剂最大量吸收CO2。离子液的碱性是另一个关键设计因素。研发团队也发现配方含近等摩尔体积水的离子液溶剂能强化CO2溶解能力，因为水参与工艺的化学历程并使离子液-水配方的黏度有所降低。

在考察许多离子液配方以后，女王大学的研究表明三丁基甲基膦丙酸酯是脱CO2最可行的优选离子液。研发团队与澳大利亚Worley Parsons工程咨询英国分公司合作对用离子液脱CO2的工艺进行深入分析，其发现表明在与一种最有效的常规CO2吸收工艺（含活化的甲基二乙醇胺）相比，基于离子液的工艺（利用三丁基甲基膦丙酸酯）实际运营成本要低很多。其它优点是热量消耗减少，没有腐蚀，选择性和稳定性相当。女王大学的Natalia Plechkova称，这项工艺已通过实验室和半中型装置验证，作为研究成果已经申请两项专利。下一步的放大工作将是降低系统的黏度，改变现用的设备，以适应新离子液技术的需要。这些发现对天然气工业特别重要，因为世界某些地区对胺的使用有些限制性的法规。

女王大学的一些研究人员现在也在开发用离子液脱除天然气中Hg工业应用的HycaPure Hg新工艺。这项新工艺是与马来西亚国家石油公司合作开发的，自2011年以来已用在马来西亚运行的工业装置。2014年瑞士Clariant公司签署了一项技术转让协议，以使这项技术在世界上推广。 在许多碳氢化合物中天然存在的汞是一种有毒的污染物，会引起工艺设备的腐蚀和脆化，通常会使产品降级。有汞存在也有很大的爆炸危险。HycaPure Hg新工艺能脱除存在于天然气中所有的汞物种（有机的、无机的和元素汞），而且脱汞能力比竞争的脱汞方法（如用含活性炭的材料、硫化物或银）高3倍。从其动力学看HycaPure Hg新工艺的优点，据称比用其他脱汞工艺快10~20倍，能处理汞含量变化的天然气，特别是汞浓度达到峰值如不适当降低就会对下游工艺造成破坏的那种天然气。此外，离子液不挥发的属性更是其价值所在，因为在天然气的脱汞过程中就不会出现风险。

在实验室试验考察汞在离子液中的溶解度（这里所用的是一种氯酮酸盐离子液）时，女王大学的研究人员发现，在流体状态的离子液可用在洗涤塔中脱汞。可是，离子液系统的黏度对工业放大可能成为一个难题。因此就出现了一种担载离子液相（SILP）的想法，即把离子液薄膜与多孔固体载体结合在一起，用在固定床洗涤塔中。载体担载离子液能使离子液与天然气流充分接触，也有足够的机械强度。

马来西亚国家石油公司利用这项技术，从实验室一直到马来西亚的天然气处理厂，甚至在工业规模装置上进行了验证，得到的结果是天然气中的汞含量远低于销售规格对汞含量的要求。女王大学称，HycaPure Hg新工艺可直接用于改造现有工业装置，能提高脱汞能力，降低生产成本。女王大学强调指出，HycaPure的快速工业应用到进入工业操作将总共不到四年时间。

研究开发