专利名称：一种液体控制方法及使用该液体控制方法的气体脱酸方法
技术领域：
本发明涉及一种液体控制方法及使用该液体控制方法的气体脱酸方法。
背景技术：
天然气、液化气、合成气和炼厂气中常常含有有害的酸性物质，比如SO2、H2S、CO2、NO2等。为了除去这些有害的酸性物质，通常在吸收塔中，使碱性液体，如胺液，在低温、高压条件下连续地与含有酸性物质的气体接触，使酸性物质生成胺盐，得到贫胺液。然后，在再生塔中，在高温、低压条件下使胺盐分解，得到贫胺液并循环使用。但是，这种方法容易形成热稳盐，热稳盐在再生塔中不易分解，使胺液的消耗量增加并且引起腐蚀、结垢堵塞、系统发泡，使设备操作不平稳。工业上处理这一问题常用的有效方法是用阴离子交换树脂处理贫胺液，即将贫胺液连续通过阴离子交换树脂床层，使热稳盐的阴离子与阴离子交换树脂中的OH-离子进行离子交换，从而除去热稳盐阴离子。当阴离子交换树脂的处理量达到其交换容量时，需要再生。
例如，Eco-Tec公司生产的AmiPur装置是一种专门用于脱除贫胺液中热稳盐阴离子的装置。该装置使用阴离子交换树脂，并提供了两个可供选择的操作模式，每个模式的阴离子交换树脂的处理量设计不同，根据贫胺液中热稳盐阴离子含量，选择相近的操作模式。一个处理周期(20分钟)完成后，进行树脂再生。该系统的缺点在于只能选择固定的操作模式，其操作参数如贫胺处理量是固定的，而实际上贫胺的处理量是随贫胺中热稳盐阴离子含量和树脂交换性能的变化而不断变化的，贫胺中热稳盐阴离子含量与产生热稳盐阴离子的各种影响因素及脱除热稳盐阴离子速度有关，树脂的交换性能在使用过程也逐渐变化的，所以贫胺中热稳盐阴离子含量是随时变化的。因此，采用该装置无法根据不同的热稳盐阴离子来优化，其结果是容易造成物料的浪费或处理效果不好，例如，当选择的操作模式其进料量大于树脂交换容量，则导致处理效果较差，如果小于树脂交换容量，则一个处理周期完成时，树脂的处理量还未达到其饱和交换容量，而该系统照常进行树脂再生，因此造成树脂再生过程中再生溶液的浪费。
其它的离子交换过程存在类似的不能依据物料中需要交换物质含量的变化和树脂交换性能变化来控制液体处理量的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述方法不能依据液体酸和碱度变化控制液体进料量的缺点，提供一种能依据液体酸和碱度变化控制液体进料量的液体控制方法。
本发明的另外一个目的是克服上述气体脱酸方法不能根据热稳盐阴离子含量自动确定装置工作状态缺点，提供一种能根据热稳盐阴离子含量自动使处理系统工作或停止的方法。
本发明提供的液体控制方法至少包括一个对连续流动的液体进行处理的步骤，在处理前后，所述液体的pH值发生变化，其中，该方法包括至少在液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述液体的进料量。
本发明提供的气体脱酸方法包括将含有酸性物质的气体与连续流动的碱性液体接触；然后将与含有酸性物质的气体接触后并经再生的碱性液体通过或不通过阴离子交换树脂床层，其中，该方法至少在与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定碱性液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述碱性液体通过阴离子交换树脂床层的进料量。
由于本发明提供的液体控制方法可以在线测定处理前后液体的pH值，当所测的pH值达到设定值时可以自动给出控制信号进行相应的操作或人工进行相应的操作，达到了依据液体酸和碱度变化控制液体进料量的目的，从而克服了容易造成原料浪费或处理效果较差的缺点。本发明提供的气体脱酸方法可以在线测定与含有酸性物质的气体接触并再生后的碱性液体以及通过阴离子交换树脂床层的碱性液体的pH值，根据pH计在线测定的pH值，控制所述碱性液体通过或不通过阴离子交换树脂床层，并及时判断阴离子交换树脂何时进行再生或更换，对碱性液体中热稳盐阴离子去除效果更好，不会出现处理效果较差和碱性液体浪费的问题。因此，节省了原料，降低了成本，并更加容易实现自动化操作，提高生产效率。
图1表示了本发明提供的气体脱酸方法中的液体控制方法的原理；图2表示了本发明提供的气体脱酸方法中的液体控制方法的原理；图3表示了本发明提供的气体脱酸方法中的液体控制方法的原理。
具体实施例方式
按照本发明提供的液体控制方法，所述液体可以是任何在处理步骤前后pH值有变化的液体，所述液体的pH值可以为0-14，优选为2-13。
所述对液体进行处理的步骤可以是任何使液体pH值产生变化的处理步骤，如液体酸与液体、气体和/或固体碱的反应、液体碱与液体、气体和/或固体酸的反应、离子交换中的一种或几种。
本发明提供的液体控制方法还可以在处理前和处理后液体的通路上各设置一个在线pH计，通过两个pH计测定的pH值的差值控制所述液体的进料量。
依据pH计测定的pH值控制所述液体的进料量的方法可以采用人工的方法，或者用自动控制装置控制的方法，优选采用自动控制装置控制的方法。采用自动控制装置控制液体的进料量的方法可以采用任意现有的方法，例如，采用继电器控制液体的流动通路的阀门，以控制液体流动或不流动，以及进料量的大小。
所述对连续流动的液体进行处理的步骤可以包括一个或多个，如果包括多个，则可以分别在每个处理步骤后，或者每个处理步骤前和后设置在线pH计。通过该步骤后的pH计测定的pH值，或者该步骤前和后pH计测定的pH值的差值，控制该步骤液体的进料量。
按照本发明提供的液体控制方法，在线pH计可以连续地测定液体的pH值，也可以间歇式地测定液体的pH值，即每隔一定时间如12小时、24小时、48小时等在线测定一次。在本发明的优选实施方案中优选连续地测定液体的pH值。
下面将通过本发明提供的气体脱酸方法来更具体地描述该液体控制方法。
本发明提供的气体脱酸方法包括将含有酸性物质的气体与连续流动的碱性液体接触；然后将与含有酸性物质的气体接触并再生后的碱性液体通过或不通过阴离子交换树脂床层，其中，该方法至少在与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定碱性液体的pH值，根据pH计在线测定的pH值，控制所述碱性液体通过阴离子交换树脂床层的进料量。
按照本发明提供的气体脱酸方法，碱性液体的pH值的大小与碱性液体中热稳盐阴离子等酸性组分的含量有关。按照图1所表示的本发明提供的液体控制方法的原理，管道1中为与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体a，在管道1上设置在线pH计7，在线测定管道1中碱性液体a的pH值pH1。当pH1为大于10.2的一个值，优选为大于11.0的一个值时，说明碱性液体a中不存在热稳盐阴离子，或者热稳盐阴离子的含量很低，管道1中的碱性液体a不需要进行离子交换处理，直接通过管道1流走；当pH1为小于11.0的一个值，优选7.5-10.8的一个值时，说明碱性液体a中含有需要除去的热稳盐阴离子，则采用人工或自动控制装置打开阀门12，控制碱性液体a的进料量使其通过管道2，碱性液体a流过阴离子交换树脂床层11进行离子交换。
如图2所示，该方法还可以进一步地在流过阴离子交换树脂床层后的碱性液体b的通路上，即管道3上设置在线pH计8，在线测定流过阴离子交换树脂床层后的碱性液体b的pH值pH2。当pH1和pH2之间的差值为0.2-2.5的一个值或pH2的值为7.5-10.8的一个值时，采用人工或自动控制装置关闭阀门12，停止碱性液体a流过阴离子交换树脂床层11。同时，打开阀门13，将再生溶液6通过阴离子交换树脂床层11，再生溶液过完阴离子交换树脂床层之后打开阀门14，将去离子水6通过阴离子交换树脂床层11，再生溶液和去离子水从管道4排出。其中，再生溶液可以为碱金属氢氧化物水溶液中的一种或几种，优选为3-4重量％的氢氧化钠溶液；3-4重量％的氢氧化钠溶液的体积用量优选为阴离子交换树脂体积的2-4倍。
如图3所示，该方法还可以进一步地在洗脱物(再生溶液和去离子水)10的通路上，即管道4上设置pH计9，用pH计9测定洗脱物10的pH值pH3。当pH3为7-8的一个值时，关闭阀门14，同时打开阀门12使碱性液体a的流过阴离子交换树脂床层11，继续对碱性液体a进行离子交换，这样就实现了对碱性液体的控制。
因此，按照本发明提供的气体脱酸方法，在与含有酸性物质的气体接触并再生后的碱性液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定碱性液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述碱性液体通过阴离子交换树脂床层的进料量；在通过阴离子交换树脂床层后的碱性溶液的通路上设置一个在线pH计，在线测定碱性溶液的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述碱性溶液的进料量。
按照本发明提供的气体脱酸方法，在线pH计可以连续地测定碱性液体的pH值，也可以间歇式地测定碱性液体的pH值，即每隔一定时间如12小时、24小时、48小时在线测定一次，在本发明的优选实施方案中优选连续地测定碱性液体的pH值。
其中，所述碱性液体可以选自各种pH值为7-14，优选为11-13的碱性水溶液，更优选为烷基醇胺水溶液。所述烷基醇胺水溶液为单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙醇胺(DIPA)或二乙二醇胺(DGA)水溶液。
在所述的气体脱酸方法中，将含有酸性物质的气体与碱性液体接触的条件和方式已为本领域的技术人员所公知。一般地，压力为0.4兆帕-0.9兆帕，优选为0.4兆帕-0.8兆帕；温度为10℃-50℃，优选为20℃-40℃；酸性物质和碱性液体可以以各种方式进行接触，如同向流动接触、逆向流动接触等，优选为逆向流动接触。
所述pH计可以是各种型号的在线pH计，只要其测试量程和精确度满足要求即可。一般地，pH计的测试量程为0-14，精确度为0.01。所述在线pH计可以商购得到，如杭州科盛机电设备有限公司生产的pH296工业在线测量仪、2000pH工业在线测量仪、pH170工业在线测量仪等。
所述含有酸性物质的气体可以是各种含有酸性物质的气体，如含有酸性物质的天然气、油田气、加氢脱硫循环气、催化裂化和焦化尾气、液化气以及Claus硫回收尾气等。
所述含有酸性物质的气体中的酸性物质可以是SO2、H2S、CO2中的一种或几种。
按照本发明提供的气体脱酸方法，在碱性液体与含有酸性物质的气体与碱性液体接触后，该方法还可以包括所述碱性液体再生的步骤，该步骤包括将与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体经升温后在再生塔或汽提塔内借助塔底再沸器或蒸汽进行解吸，从而达到再生该种碱性液体的目的。这一过程的条件已为本领域的技术人员所公知。一般地，操作压力为0.05兆帕-0.09兆帕，优选为0.06兆帕-0.08兆帕；温度为100℃-150℃，优选为110℃-130℃。
本发明提供的离子交换方法中所采用的阴离子交换树脂的种类和使用方法已为本领域的技术人员所公知。
例如，阴离子交换树脂可以为弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂或凝胶强碱性阴离子交换树脂。优选为苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，如-NH2、-N+(CH3)3、-N+(CH3)2C2H4OH和-N+(CH3)2.H2O型苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂。
市售的阴离子交换树脂在使用前需要经过预处理，使其由储存型变为OH型。预处理的步骤为将市售的阴离子交换树脂在室温下用去离子水浸泡24小时以上，再用体积为阴离子交换树脂体积4-5倍、浓度为3-4重量％的氢氧化钠溶液将树脂转换为OH型，转换时间为1个小时左右，然后用去离子水淋洗树脂至洗脱液的pH值为7-8。
所述的阴离子交换树脂的处理量达到其交换容量时失去活性，可经过再生继续使用，再生的方法与上述预处理的方法相同。
碱性液体流过阴离子交换树脂床11的线流速以及离子交换的温度已为本领域的技术人员所公知。一般地，所述线流速为1-10米/小时，优选为3-8米/小时，温度为20-80℃，优选为25-40℃。
下面将通过具体的实施例来更详细地描述本发明。
实施例1该实施例用于说明本发明所提供的气体脱酸方法。
在35℃，0.7兆帕的条件下，将pH值为11.8的30重量％的MDEA水溶液与含有H2S、SO2、CO2的天然气逆向流动接触，得到富胺液。
在115℃，0.06兆帕的条件下，将富胺液在再生塔或汽提塔内借助塔底再沸器或蒸汽进行解吸，转化为贫胺液。
如图1所示，管道1中为贫胺液，在管道1上设置在线pH计7(pH296工业在线测量仪，杭州科盛机电设备有限公司生产，下同)，在线测定管道1中贫胺液的pH值。测得的pH值为11.4，则此时不需要对贫胺液进行离子交换处理，贫胺液直接通过管道1流走。
实施例2该实施例用于说明本发明所提供的气体脱酸方法。
在25℃，0.5兆帕的条件下，将pH值为12.5的45重量％的DEA水溶液与含有H2S、SO2、CO2的液化气逆向流动接触，得到富胺液。
在128℃，0.07兆帕的条件下，将富胺液在再生塔或汽提塔内借助塔底再沸器或蒸汽进行解吸，转化为贫胺液。
如图1所示，管道1中为贫胺液，在管道1上设置在线pH计7在线测得贫胺液的pH值。测得的pH值为9.6，通过继电器装置自动打开阀门12，使贫胺液在40℃下，以6米/小时的线流速通过阴离子交换树脂床层(-N+(CH3)2.H2O型苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，南开大学生产)。
如图2所示，在流过阴离子交换树脂床层后的贫胺液的通路上，即管道3上设置pH计8，在线测定流过阴离子交换树脂床层后的贫胺液的pH值。测得的pH值为9.8，通过继电器装置自动关闭阀门12，停止碱性液体的流过阴离子交换树脂床层11。同时通过继电器装置自动打开阀门13，将体积为阴离子交换树脂体积2倍、浓度为3-5重量％的氢氧化钠溶液通过阴离子交换树脂床层11，对阴离子交换树脂进行再生，然后通过继电器装置自动打开阀门14，将去离子水通过阴离子交换树脂床层11，氢氧化钠溶液和去离子水从管道4排出。
实施例3该实施例用于说明本发明所提供的气体脱酸方法。
在37℃，0.6兆帕的条件下，将pH值为11.8的30重量％的MDEA水溶液与含有H2S、SO2的焦化尾气逆向流动接触，得到富胺液。
在128℃，0.07兆帕的条件下，将富胺液在再生塔或汽提塔内借助塔底再沸器或蒸汽进行解吸，转化为贫胺液。
如图1所示，管道1中为贫胺液，在管道1上设置在线pH计7，在线测定管道1中贫胺液的pH值。测得的pH值为9.2，通过继电器装置自动打开阀门12，使贫胺液在30℃下，以2米/小时的线流速通过阴离子交换树脂床层(-N+(CH3)2.H2O型苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，南开大学生产)。
如图2所示，在流过阴离子交换树脂床层后的贫胺液的通路上，即管道3上设置pH计8，在线测定流过阴离子交换树脂床层后的贫胺液的pH值。测得的pH值为10，此时离子交换前后的贫胺液的pH值的差值为0.8，则通过继电器装置自动关闭阀门12，停止碱性液体的流过阴离子交换树脂床层11。同时通过继电器装置自动打开阀门13，将体积为阴离子交换树脂体积3倍、浓度为4重量％的氢氧化钠溶液通过阴离子交换树脂床层11，对阴离子交换树脂进行再生，然后通过继电器装置自动打开阀门14，将去离子水通过阴离子交换树脂床层11，氢氧化钠溶液和去离子水从管道4排出。
如图3所示，在洗脱物(氢氧化钠溶液和去离子水)排出的通路上，即管道4上设置pH计9，当pH计9测定洗脱物的pH值为7.5时，通过继电器装置自动关闭阀门14，完成阴离子交换树脂的再生过程。同时通过继电器装置自动打开阀门12使贫胺液流过阴离子交换树脂床层，继续对贫胺液进行离子交换。
权利要求
1.一种液体控制方法，该方法至少包括一个对连续流动的液体进行处理的步骤，在处理前后，所述液体的pH值发生变化，其特征在于，该方法包括至少在液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述液体的进料量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在处理前和处理后液体的通路上各设置一个在线pH计，通过两个pH计测定的pH值的差值控制所述液体的进料量。
3.一种气体脱酸方法，该方法包括将含有酸性物质的气体与连续流动的碱性液体接触；然后将与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体经再生后通过或不通过阴离子交换树脂床层，其特征在于，该方法至少在与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体再生后的通路上设置一个在线pH计，在线测定碱性液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述碱性液体通过阴离子交换树脂床层的进料量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述pH值为大于11的一个值时，碱性液体不通过阴离子交换树脂床层。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述pH值为7.5-10.8的一个值时，采用人工或自动控制装置使碱性液体流过阴离子交换树脂床层。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步在流过阴离子交换树脂床层后的碱性液体的通路上设置在线pH计，在线测定流过阴离子交换树脂床层后的碱性液体的pH值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当流过阴离子交换树脂床层前后的碱性液体的pH值的差值为0.2-2.5的一个值或流过阴离子交换树脂床层后的碱性液体的pH的值为7.5-10.8的一个值时，采用人工或自动控制装置停止碱性液体流过阴离子交换树脂床层，同时进行阴离子交换树脂的再生。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阴离子交换树脂的再生包括使再生溶液与阴离子交换树脂层接触，然后用去离子水淋洗。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步在再生溶液和去离子水流出的通路上设置一个在线pH计，当测得的pH值为7-8的一个值时，采用人工或自动控制装置停止阴离子交换树脂的再生。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述再生溶液为碱金属氢氧化物水溶液中的一种或几种。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，含有酸性物质的气体与碱性液体接触的压力为0.4兆帕-0.8兆帕，温度为20℃-40℃。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在碱性液体与含有酸性物质的气体接触后，该方法还包括所述碱性液体再生的步骤，该步骤包括将与含有酸性物质的气体接触后的碱性液体在0.06兆帕-0.08兆帕、110℃-130℃的再生塔或汽提塔内进行解吸。
13.根据权利要求3-8和11-12中任意一项所述的方法，其特征在于，所述碱性液体选自pH值为9-13的碱性水溶液。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述碱性液体为胺水溶液或烷基醇胺水溶液。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述烷基醇胺水溶液为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺或二乙二醇胺水溶液。
16.根据权利要求3-10中任意一项所述的方法，其特征在于，阴离子交换树脂为苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂。
全文摘要
一种液体控制方法，该方法至少包括一个对连续流动的液体进行处理的步骤，在处理前后，所述液体的pH值发生变化，其中，该方法包括至少在液体的通路上设置一个在线pH计，在线测定液体的pH值，根据pH计测定的pH值，控制所述液体的进料量。本发明还公开了一种使用该液体控制方法的气体脱酸方法，该方法节省了原料，降低了成本，并更加容易实现自动化操作，提高生产效率。
文档编号B01D53/40GK1861762SQ20051006933
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者李云龙, 王永峰, 赵志山, 周文博 申请人:北京思践通科技发展有限公司