用離子液凈化天然氣的新技術

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用離子液凈化天然氣的新技術

據美國《化學工程》2015年10月報道，離子液作為一種有實用價值的材料用于天然氣凈化（包括脫CO2和脫汞）具有光明的前景。在馬來西亞國家石油公司（Petronas）提供資金的項目中，英國北愛爾蘭女王大學離子液實驗室對脫除天然氣中CO2的各種離子液進行了研究。通常脫CO2都是用有腐蝕性和揮發性的胺，但離子液的物理性質很有吸引力，有許多優點。例如，離子液的穩定性非常好，在典型的工藝條件下蒸汽壓非常低。而且，與胺不同，在用離子液時出現腐蝕的風險很小。研發團隊用不同含水量的離子液配方研究在典型CO2分壓時（一般發現于水下天然氣資源）捕集CO2的能力。與離子液在其他方面的應用一樣，選擇合適的陽離子和陰離子極為重要。研發團隊主要用含羧化物陰離子的離子液尋求溶劑最大量吸收CO2。離子液的堿性是另一個關鍵設計因素。研發團隊也發現配方含近等摩爾體積水的離子液溶劑能強化CO2溶解能力，因為水參與工藝的化學歷程并使離子液-水配方的黏度有所降低。

在考察許多離子液配方以后，女王大學的研究表明三丁基甲基膦丙酸酯是脫CO2最可行的優選離子液。研發團隊與澳大利亞Worley Parsons工程咨詢英國分公司合作對用離子液脫CO2的工藝進行深入分析，其發現表明在與一種最有效的常規CO2吸收工藝（含活化的甲基二乙醇胺）相比，基于離子液的工藝（利用三丁基甲基膦丙酸酯）實際運營成本要低很多。其它優點是熱量消耗減少，沒有腐蝕，選擇性和穩定性相當。女王大學的Natalia Plechkova稱，這項工藝已通過實驗室和半中型裝置驗證，作為研究成果已經申請兩項專利。下一步的放大工作將是降低系統的黏度，改變現用的設備，以適應新離子液技術的需要。這些發現對天然氣工業特別重要，因為世界某些地區對胺的使用有些限制性的法規。

女王大學的一些研究人員現在也在開發用離子液脫除天然氣中Hg工業應用的HycaPure Hg新工藝。這項新工藝是與馬來西亞國家石油公司合作開發的，自2011年以來已用在馬來西亞運行的工業裝置。2014年瑞士Clariant公司簽署了一項技術轉讓協議，以使這項技術在世界上推廣。 在許多碳氫化合物中天然存在的汞是一種有毒的污染物，會引起工藝設備的腐蝕和脆化，通常會使產品降級。有汞存在也有很大的爆炸危險。HycaPure Hg新工藝能脫除存在于天然氣中所有的汞物種（有機的、無機的和元素汞），而且脫汞能力比競爭的脫汞方法（如用含活性炭的材料、硫化物或銀）高3倍。從其動力學看HycaPure Hg新工藝的優點，據稱比用其他脫汞工藝快10~20倍，能處理汞含量變化的天然氣，特別是汞濃度達到峰值如不適當降低就會對下游工藝造成破壞的那種天然氣。此外，離子液不揮發的屬性更是其價值所在，因為在天然氣的脫汞過程中就不會出現風險。

在實驗室試驗考察汞在離子液中的溶解度（這里所用的是一種氯酮酸鹽離子液）時，女王大學的研究人員發現，在流體狀態的離子液可用在洗滌塔中脫汞?？墒?，離子液系統的黏度對工業放大可能成為一個難題。因此就出現了一種擔載離子液相（SILP）的想法，即把離子液薄膜與多孔固體載體結合在一起，用在固定床洗滌塔中。載體擔載離子液能使離子液與天然氣流充分接觸，也有足夠的機械強度。

馬來西亞國家石油公司利用這項技術，從實驗室一直到馬來西亞的天然氣處理廠，甚至在工業規模裝置上進行了驗證，得到的結果是天然氣中的汞含量遠低于銷售規格對汞含量的要求。女王大學稱，HycaPure Hg新工藝可直接用于改造現有工業裝置，能提高脫汞能力，降低生產成本。女王大學強調指出，HycaPure的快速工業應用到進入工業操作將總共不到四年時間。

研究開發