梁其奮，杜坤橋，陳鳳壯

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

1 工藝流程

來自低溫變換爐的工藝氣經(jīng)換熱冷卻至100℃后進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，自下而上通過下部兩層填料與吸收塔中部加入的半貧液逆流接觸后，繼續(xù)向上通過頂層的填料與貧液逆流接觸。經(jīng)脫碳后工藝氣的CO2含量由19.02%降至0.1%，工藝氣從吸收塔頂部出來，經(jīng)過一個氣液分離罐后送往甲烷化系統(tǒng)。吸收了CO2的富液從吸收塔底部出來，經(jīng)水力透平和減壓閥兩路降壓后送去再生塔頂部，溶液經(jīng)過兩層填料與蒸汽逆流接觸后，到達(dá)再生塔中部集液槽，大部分（88%～90%）的半貧液通過集液槽底部的降液管進(jìn)入閃蒸罐，經(jīng)四級閃蒸后由半貧液泵輸送至吸收塔中部。剩余小部分（10%～12%）的半貧液經(jīng)集液槽溢流后進(jìn)入再生塔下部，通過底部填料與蒸汽進(jìn)一步接觸再生，再生后的貧液從再生塔底部出來由貧液泵送至吸收塔頂部。再生塔頂部出來的CO2經(jīng)兩個換熱器后送至尿素單元。

2 溶液變臟分析

2.1 前系統(tǒng)帶入雜質(zhì)

由于脫碳系統(tǒng)位于氣體轉(zhuǎn)化單元工段后，而轉(zhuǎn)化工段共有預(yù)轉(zhuǎn)化爐、一段爐、二段爐、高溫變換爐、低溫變換爐等催化劑以及大量耐火材料。隨著運行時間增加，催化劑會存在一定程度的老化和粉化，耐火材料也會脫落，產(chǎn)生粉塵隨著工藝氣進(jìn)入脫碳后被截留在脫碳溶液當(dāng)中逐漸積累，使得脫碳溶液越來越臟，最終影響吸收和再生的效果。此外藥品的加入攜帶的雜質(zhì)、雨水進(jìn)入地下槽、設(shè)備的腐蝕、天然氣組分變化等都會不同程度地帶入污染物質(zhì)。在歷次大修中，脫碳系統(tǒng)退液后，操作人員進(jìn)入塔罐設(shè)備都能清理出不少粉塵雜質(zhì)。

2.2 活化劑DEA降解

2005年前，裝置脫碳溶液中使用的活化劑是DEA（3wt%），DEA 在任何苯菲爾特脫碳溶液中都會發(fā)生降解，降解產(chǎn)物能引起脫碳溶液起泡[1]；溶液中的DEA 能與工藝氣中微量的甲醛迅速發(fā)生反應(yīng)，使溶液黏度增大。每年DEA 的消耗量約10t，由DEA 帶入的雜質(zhì)以及產(chǎn)生的降解物也是溶液變臟的一個重要原因。

2.3 脫碳系統(tǒng)腐蝕

裝置設(shè)備的老化以及高速流動的溶液對管道、設(shè)備和填料造成沖刷腐蝕，產(chǎn)生的鐵離子直接帶入系統(tǒng)中，此外K2CO3溶液（主要是CO3

2-和HCO3-）及濕的CO2氣體具有腐蝕性，若脫碳系統(tǒng)釩化不好，腐蝕更加明顯，導(dǎo)致系統(tǒng)中的鐵離子快速上漲乃至超標(biāo)。若是鐵離子和釩離子控制不當(dāng)，還會發(fā)生更為嚴(yán)重的釩鐵共沉現(xiàn)象。

2.4 原始設(shè)計缺陷

在原始設(shè)計中，脫碳溶液儲槽的退液口處于儲槽的最低點，在系統(tǒng)需要從儲槽補充堿液時，儲槽內(nèi)底部沉淀的雜質(zhì)就會重新進(jìn)入系統(tǒng)，引起溶液起泡、塔壓差上漲。另一方面，原有旁濾系統(tǒng)的活性碳對活化劑DEA 具有吸收作用，造成DEA 損耗增大、溶液吸收不好。而活性碳本身也容易產(chǎn)生粉末，其后面的機械過濾器精度為20μm，過濾精度較低，導(dǎo)致粉末進(jìn)入系統(tǒng)。

3 溶液變臟影響

3.1 再生效果差，消耗增加

溶液變臟最直觀的表現(xiàn)為顏色的變化，由半透明的褐色變?yōu)橥耆煌该鞯暮谏?，其再生效果變差，半貧液轉(zhuǎn)化度由0.37～0.39漲至0.39～0.41，吸收也受到影響，吸收塔出口工藝氣CO2微量上漲，后系統(tǒng)甲烷化負(fù)荷及氫損耗增加。為了控制CO2微量，不得不提高溶液總鉀濃度，以及為了提高再生溫度而增加再生蒸汽的流量，導(dǎo)致裝置整體的藥品消耗和能耗增加、生產(chǎn)能力下降。此外，提高溶液總鉀濃度，也會加速對設(shè)備的腐蝕。

3.2 半貧液泵斷軸

2015年3至7月，脫碳系統(tǒng)的半貧液泵共發(fā)生3次斷軸事故，裝置緊急倒泵，險些造成系統(tǒng)停車。半貧液泵斷軸除了與機械設(shè)備本身存在設(shè)計和制造缺陷有關(guān)外，脫碳溶液變臟、再生效果差也是一個間接原因。2015年大修前后對脫碳工藝參數(shù)進(jìn)行了一些調(diào)整。溶液變臟、再生效果變差后，為了控制吸收塔出口CO2含量，進(jìn)行了一系列操作調(diào)整，包括提高半貧液流量、堿液提濃，引起溶液密度、Cl-含量上漲，使得半貧液泵的負(fù)荷增加，同時半貧液轉(zhuǎn)化度增大，溶液在泵體內(nèi)氣蝕，對葉片及殼體造成沖擊，這些都與斷軸有一定關(guān)系。

3.3 處理措施

3.3.1 優(yōu)化前系統(tǒng)管理和操作

前系統(tǒng)的催化劑粉塵是污染脫碳溶液的一個重要因素，因此優(yōu)化所有涉及前系統(tǒng)催化劑的管理和工藝操作就變得尤其重要：

（1）選用機械強度高、不易發(fā)生破碎粉化的催化劑；

（2）在裝填催化劑前，進(jìn)行必要的過篩去除粉末，裝填時保證合理的下落高度，避免碰撞破碎或者裝填密度偏差大；

（3）每次檢修后開車，要對前系統(tǒng)進(jìn)行足夠長時間的吹掃，在工藝氣串入脫碳之前，盡可能減少前系統(tǒng)的粉塵；

（4）系統(tǒng)調(diào)整時不要大幅度的升壓、降壓或者加減負(fù)荷，避免催化劑發(fā)生破碎或者粉化。

3.3.2 更換活化劑

ACT-1是一種新型高效的脫碳活化劑，其相對于DEA：①具有更高效的質(zhì)量傳遞，在相同負(fù)荷下，吸收塔出口工藝氣的CO2含量更低，這相當(dāng)于減輕甲烷化爐的負(fù)荷，減少氫損失[1]，而且增加了送尿素單元的CO2，達(dá)到了節(jié)能增產(chǎn)的效果。②具有更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，ACT-1在脫碳溶液中幾乎不降解，使用ACT-1能減少由于大量活化劑藥品加入而造成的溶液污染，減少溶液起泡。③使用更少的藥量，ACT-1在脫碳溶液的濃度為0.35%～0.8%（wt%），相對于DEA 的3%（wt）大為減少，且由于其幾乎不降解，損耗率少，每年消耗量約為1t。更換活化劑后，脫碳系統(tǒng)運行穩(wěn)定，循環(huán)量和系統(tǒng)壓力有所下降，即再生熱量和動力能耗減少，起到了節(jié)能降耗的效果，另外脫碳系統(tǒng)的容量增加，穩(wěn)定性增強，可以適應(yīng)系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奶嵘?fù)荷。

3.4 技術(shù)改造

3.4.1 增加儲槽高點退液管線

脫碳溶液儲槽的退液口在儲槽的最低點處，脫碳系統(tǒng)需要補充堿液時，由儲槽退液至地下槽，再由地下槽泵輸送至系統(tǒng)中，補液后經(jīng)常發(fā)生溶液起泡、兩塔壓差變高的現(xiàn)象。在大修進(jìn)入儲槽內(nèi)部檢查時，發(fā)現(xiàn)其底部積有較多淤泥狀的沉積物，故判斷該現(xiàn)象為補充堿液時帶入雜質(zhì)引起。富島一期通過技術(shù)改造在距儲槽底部約50cm 高的位置增加一個退液管線，替代原來退液管線，同時保留原管線作為儲槽內(nèi)部清洗時排液專用。在之后的運行中，脫碳溶液并未再發(fā)生因補充堿液而發(fā)生起泡、塔壓差變高的現(xiàn)象。

3.4.2 增加低壓濾布式過濾器

在原設(shè)計中，旁濾系統(tǒng)處在地下槽和系統(tǒng)之間，在系統(tǒng)需要補充堿液時，由地下槽泵進(jìn)行輸送，經(jīng)過旁濾系統(tǒng)后進(jìn)入再生塔。由于活性炭對活化劑有較強的吸附作用，且活性炭粉末易進(jìn)入脫碳溶液中引起起泡，因此2003年富島一期決定棄用旁濾系統(tǒng)的活性炭過濾器，增加一臺精度為10μm 的低壓濾布式過濾器作為替代。這解決了活化劑被吸附造成損失以及活性炭粉末進(jìn)入溶液造成污染的問題。2019年6月富島一期又將該過濾器的濾芯進(jìn)行升級：由原來的膠黏結(jié)結(jié)構(gòu)改為氬弧焊焊接結(jié)構(gòu)，從而避免了堿液對膠的腐蝕造成濾芯易散架，并且通過增加波紋數(shù)、縮小濾芯外徑來保證制造工藝和過濾面積。過濾器運行至今狀態(tài)良好，近期打開檢查也未發(fā)現(xiàn)濾芯散架的情況。

3.4.3 石英砂過濾

在脫碳溶液循環(huán)運行的時候，雖然有機械過濾器、濾布式過濾器的在線過濾，只能去除一定粒徑的雜質(zhì)，但是隨著工藝氣帶進(jìn)的烴類、油類、細(xì)微的粉塵和鐵銹、藥品或者脫鹽水夾帶的雜質(zhì)等都難以除去，使得溶液變臟、起泡、濁度上升，影響吸收效果。2016年7月富島一期嘗試用石英砂對脫碳溶液進(jìn)行小流量在線過濾，一段時間后取得了超預(yù)期的清潔效果。在脫碳循環(huán)正常運行期間，從貧液泵入口導(dǎo)淋引溶液至裝有石英砂的鋼槽內(nèi)，通過特制花灑使溶液均勻噴淋在石英砂上面，過濾后的溶液經(jīng)6層濾網(wǎng)，由鋼槽底部排液閥排入地下槽。根據(jù)地下槽液位情況間斷啟動地下槽泵將溶液送回系統(tǒng)。石英砂主要截留除去溶液中的懸浮物、膠質(zhì)顆粒、微生物、氯嗅物及部分重金屬離子等，并具有過濾速度快、過濾精度高、截污容量大等優(yōu)點。經(jīng)石英砂過濾后溶液濁度明顯降低，變得清澈明亮，并且其有效成分沒有發(fā)生改變，用于過濾的石英砂中有明顯的黑色雜質(zhì)，直接說明了凈化過濾效果非常好。自投用石英砂過濾三年以來，從未向脫碳系統(tǒng)加過消泡劑，溶液起泡、塔壓差升高情況也極少出現(xiàn)。

4 總結(jié)

苯菲爾特工藝經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，但是溶液的凈化問題一直是同行關(guān)注的焦點。富島一期從實際出發(fā)，結(jié)合自身情況探索出符合本裝置的凈化方法，并計劃在今后進(jìn)一步優(yōu)化石英砂過濾，以及進(jìn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。