李佳

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

現(xiàn)在所說的是以天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制取氫氣，其中生產(chǎn)工藝主要的副產(chǎn)物是CO2，對于天然氣制氫生產(chǎn)工藝來說CO2是毒害物質(zhì)，需要從混合氣體中分離出來。

在大型合成氨、天然氣制氫、甲醇生產(chǎn)中，脫除CO2酸性氣體的方法主要采用化學(xué)容劑吸收法。主要采取菲爾法進(jìn)行脫碳，它是在熱碳酸鉀溶液中添加二乙醇胺（DEA）作為活化劑來凈化氣體的方法。DEA 的分子式NH(CH2CH2OH)2，主要是起催化劑的作用加快脫碳溶液的吸收和解析的速度降低了CO2的平衡分壓[1]。目前，有多種化合物可以作為活化劑添加到碳酸鉀溶液中去增加脫除CO2的活性，二乙醇胺是我們生產(chǎn)中常用的化學(xué)添加劑。在以二乙醇胺為活化劑的熱鉀堿法中應(yīng)用最為廣泛的方法，它適用于CO2的分壓低，凈化度要求高的生產(chǎn)工藝,碳酸鉀是弱堿性，具有吸收CO2快速反應(yīng)的特性和易于再生的特點。

一、吸收塔吸收二氧化碳的工藝流程

在生產(chǎn)中，來自變換工序的變換氣體從吸收塔的底部進(jìn)入，經(jīng)過吸收塔底的氣體分布器與來自塔頂?shù)呢氁汉蛠碜运胁康陌胴氁耗嫦蚪佑|，在吸收塔中反應(yīng)，反應(yīng)完之后的液體為富液，富液從吸收塔的底部流出，經(jīng)過塔底的消泡器和防渦流擋板去再生塔，富液在再生塔進(jìn)行再生，吸收塔底由消泡器和防渦流擋板組成，塔底的消泡器主要是消除堿液的氣泡和降低泡高，防渦流擋板主要是防止液體夾帶氣泡。變換氣中的大部分CO2在吸收塔的中部被大量的半貧液吸收。為了保證凈化度還有少部分未被吸收的CO2在上段被冷的少量貧液吸收。最后吸收塔的氣體去下一個PSA 工序，一般可適當(dāng)提高吸收的半貧液的循環(huán)量和降低貧液的溫度來達(dá)到吸收的要求，CO2的吸收經(jīng)過吸收塔四層填料，我們生產(chǎn)用的主要是鮑爾環(huán)，它的材質(zhì)是碳鋼填料，每層碳鋼填料之上有一層不銹鋼填料，不銹鋼填料主要是考慮到堿液噴淋不均，在每層上可能有部分填料不能被濕潤而腐蝕。吸收CO2之后經(jīng)過塔頂?shù)某鬟M(jìn)入下一工序，吸收塔的除沫器主要用于分離塔中氣體夾帶的液滴，降低液體夾帶量，保證堿液不流失，保證傳質(zhì)效率。

二、吸收塔攔液的定義

CO2在吸收塔反應(yīng)中，主要經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象是吸收塔攔液、泛塔。

吸收塔的攔液是指在塔直徑固定后，由于它的直徑較大，要求氣液分布盡可能的均勻，因為供氣、液兩相進(jìn)行逆流接觸的截面就不會再變，上、下兩層塔板間的壓力降會隨氣、液兩相之一流量的增加而增大，如果氣、液兩相之一的流量增大到一定數(shù)值，上、下兩層塔板間的壓力降就會增大到使降液管內(nèi)的液體不能順暢的流下，這樣會導(dǎo)致吸收塔液位波動大，在塔底液位電動閥投在自動狀態(tài)時，自調(diào)閥位波動大，凈氣凈化度間斷性超指標(biāo)，塔阻力明顯增大，顯示為吸收塔的壓差快速增大（吸收塔壓差的大小有利于反映塔內(nèi)氣體的流動情況，預(yù)知攔液的發(fā)生是極為重要的，由于差壓計導(dǎo)管極易積水引起的差壓指標(biāo)波動和偏差，應(yīng)當(dāng)及時排盡導(dǎo)壓管的積水，校對零點以保證差壓計的讀數(shù)可靠）。并且在水平衡沒發(fā)生變化的情況下再生塔的液位降低，這時我們應(yīng)當(dāng)判斷為吸收塔攔液。如果在上述現(xiàn)象加重時，出現(xiàn)出吸收塔的分液罐液位高，凈化氣去PSA 的管道內(nèi)有液體流動聲，吸收塔的出塔分液罐排液中K2O 含量高，再生塔液位下降。我們稱這種現(xiàn)象為淹塔。

三、吸收塔產(chǎn)生攔液的原因

1. 碳酸鉀溶液的損失， 我們脫碳一般用K2CO327%-30%，如果堿液的溶度不夠，將影響吸收塔的二氧化碳的吸收，我們應(yīng)當(dāng)保證碳酸鉀的濃度要求。苯菲兒法規(guī)定系統(tǒng)鐵離子的正常值為10-100PPM，如果溶液中鐵含量在短期內(nèi)有明顯的增加時，就說明系統(tǒng)有局部腐蝕。如果鐵離子的含量達(dá)到200-300PPM 左右時，還將造成鐵和釩的共沉淀，從而使溶液中的釩鹽迅速損失，一般溶液中V2O50.7—0.8% ，釩酸鉀能在碳鋼表面生成一層堅密的難溶解的釩化膜，以隔離設(shè)備和溶液接觸，防止設(shè)備腐蝕。釩的損失將加快設(shè)備的腐蝕，將使堿液雜質(zhì)增加，容易產(chǎn)生攔液。

2.碳酸鉀溶液太臟或發(fā)泡物質(zhì)過多，當(dāng)堿液中溶解有其它的成分，這些不容成分自行分布聚集在膜的表面，就增加了泡沫的穩(wěn)定性，將會延遲消泡時間，最后產(chǎn)生攔液現(xiàn)象[2]。一般的雜質(zhì)有氣體的夾帶物、變換氣油分離的效果差或者排油不及時將油帶入溶液中、變換氣采用的變換催化劑的粉末帶入系統(tǒng)中、還有在原始開車空氣進(jìn)入系統(tǒng)腐蝕填料、設(shè)備、管道，生成氧化鐵，若變換氣中硫化氫含量高，還會生成硫化鐵或是析出硫，混入堿液中。這些機(jī)械雜質(zhì)、油污、硫等引起溶液發(fā)泡。

3.生產(chǎn)負(fù)荷過重或系統(tǒng)壓力波動過大。保證脫碳的負(fù)荷是維持脫碳穩(wěn)定的先決條件，脫碳的操作主要是維持脫碳系統(tǒng)的水熱平衡，裝置負(fù)荷低，脫碳系統(tǒng)熱量不好平衡，很多時候為了確保塔的液位，降低甚至取消回流，導(dǎo)致大量的碳酸鉀溶液被帶至出塔的分液罐，送至界區(qū)外面，造成損耗。在生產(chǎn)裝置負(fù)荷過重時，變換氣明顯增加，導(dǎo)致氣液比增大，吸收塔的負(fù)荷也將增加，吸收塔的壓差也將增大，這樣極容易造成堿液被變換氣拖住不能下來形成攔液。

4.吸收塔進(jìn)液量波動大或貧液、半貧液循環(huán)量過大，溶液的循環(huán)量取決與生產(chǎn)負(fù)荷和溶液的吸收能力，在使用填料時還需要考慮在單位時間里，單位塔截面積上噴淋的溶液量，如果堿液量過大塔板降液不掉，另外吸收塔液位波動過大液易攔液，液位過高，會造成出口氣帶液，嚴(yán)重時將影響甲烷化反應(yīng)的操作。吸收塔液位過低，會造成氣體串到后面的低壓設(shè)備造成設(shè)備超壓，或引起堿液泵的抽空。

5.吸收塔內(nèi)填料腐蝕，軟化變形。不銹鋼鮑爾環(huán)是我們在生產(chǎn)中是吸收塔的主要填料，鮑爾環(huán)的特點是強(qiáng)度高，耐高溫，但它只能用在保證不腐蝕的情況下。如果吸收塔內(nèi)填料破損，軟化變形，鮑爾環(huán)填料的表面積要比全部設(shè)備的及管線的總和大許多倍，填料如果產(chǎn)生哪怕是輕度的腐蝕和破損，堿液也將會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。

四、吸收塔查明攔液原因后的處理方法

1.在天然氣制氫的生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)每天分析碳酸鉀堿液的濃度、五氧化二釩的濃度。在原始開車時我廠配置堿液的總體積為300TK2CO3含量27%，密度1.27T/m3。一般碳酸鉀損失原因有產(chǎn)品氣體的夾帶，堿液在大槽蒸發(fā)時的損失，吸收塔攔液時堿液的損失。發(fā)現(xiàn)堿液的濃度下降時應(yīng)及時向系統(tǒng)補(bǔ)充碳酸鉀。每天要按時對堿液的中釩含量和的濃度進(jìn)行分析，預(yù)知鈍化膜的效果，超出規(guī)定的范圍應(yīng)及時添加V2O5。

2.生產(chǎn)中應(yīng)一直投用堿液的機(jī)械過濾器，定期檢查機(jī)械過濾器濾網(wǎng)，如果過濾效果不好，及時更換濾網(wǎng)或是對機(jī)械過濾器進(jìn)行清洗。在地下槽存儲堿液的出口設(shè)置活性炭過濾器來吸收堿液的雜質(zhì)。長時間吸附后活性炭吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)及時更換活性碳吸附劑。如果發(fā)生攔液時應(yīng)當(dāng)添加消泡劑，對泡高的要求是小于6mm 消泡時間小于10s，消泡劑和脫鹽水的比值為1：50.一般添加消泡劑只能解決目前的攔液現(xiàn)象，不能避免攔液的發(fā)生，針對原因才能解決攔液的發(fā)生。

3.在裝置負(fù)荷波動時，應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定負(fù)荷，在負(fù)荷提降過程中一定要緩慢，聯(lián)系轉(zhuǎn)化和凈化的前后工序，穩(wěn)定操作，保證系統(tǒng)不超壓，在吸收塔的壓力過大時，如果發(fā)生泛塔現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)立即聯(lián)系上、下工序，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)負(fù)荷減半，切除PSA 系統(tǒng)，保護(hù)催化劑。

4.穩(wěn)定吸收塔的進(jìn)液量，保證吸收塔的液位穩(wěn)定，不同負(fù)荷下貧液、半貧液的流量不同，貧液要求再生度0.25 以下，半貧液再生度0.45 以下.在堿液循環(huán)量改變的情況下，穩(wěn)定吸收塔、再生塔的液位，保證脫碳系統(tǒng)的穩(wěn)定。

5.在生產(chǎn)時只能根據(jù)溶液中鐵離子的含量來判斷吸收塔填料的腐蝕情況，如果腐蝕嚴(yán)重的話，應(yīng)在停車時對填料經(jīng)行清洗，如填料大部分破碎，應(yīng)更換新的填料，在吸收塔檢修時，清理塔板降液孔，仔細(xì)檢查塔上部分的除沫網(wǎng)，看是否堵塞或是鮑爾環(huán)的碎片夾帶在除沫網(wǎng)中。

五、結(jié)論

化工生產(chǎn)的顯著特點是工藝復(fù)雜、操作要求嚴(yán)格。保證脫碳系統(tǒng)的穩(wěn)定，維持脫碳系統(tǒng)的水熱平衡是關(guān)鍵因素，而脫碳吸收塔的液位穩(wěn)定是我們操作的重點，從根本上解決了脫碳系統(tǒng)吸收塔的攔液的發(fā)生，我們才能保證脫碳系統(tǒng)循環(huán)正常，保證二氧化碳吸收率和碳酸鉀再生率。

[1]袁一，曾憲龍，大型氨廠合成氨生產(chǎn)工藝，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984,11

[2]楊春升，中小型合成氨廠生產(chǎn)操作問答，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009,9

[3]林玉波，合成氨生產(chǎn)工藝，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011,7