aMDEA在大型合成氨裝置的應(yīng)用

魏華(重慶建峰工業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 401221)

1 脫碳技術(shù)回顧

天然氣合成氨生產(chǎn)中脫碳是繼轉(zhuǎn)化后能耗最大的工序，脫碳是除去氣體中的CO2。由于經(jīng)過(guò)一、二段轉(zhuǎn)化及高低溫變換后，工藝氣體中CO2的濃度較高，數(shù)量較多，CO2的脫除一般使用溶液吸收法。為了重復(fù)使用吸收液，所采用的生產(chǎn)流程是吸收—解吸，吸收液循環(huán)流程。

2 aMDEA的應(yīng)用

2.1 aMDEA工藝的發(fā)展歷程與沿革。

aMDEA溶液主要由N-甲基二乙醇胺（叔胺）、哌嗪、消泡劑、水等組成，簡(jiǎn)稱活化二乙醇胺溶液，有機(jī)物含量較高，其中N-甲基二乙醇胺含量在50%左右，是aMDEA溶液組成的基礎(chǔ)。上世紀(jì)七十年代以前，MEA（伯胺）、DEA（仲胺）曾廣泛用于化工過(guò)程中復(fù)雜氣體組分中脫出酸性氣體，如CO2等，但存在吸收率較低、反應(yīng)速度慢導(dǎo)致需要更大型設(shè)備等不利因素。

改良MDEA溶液的關(guān)鍵是要找到一種用作提高吸收CO2速率的活化劑，理想的活化劑系統(tǒng)應(yīng)該具有：與酸性氣反應(yīng)快、不導(dǎo)致腐蝕、不導(dǎo)致降解問題。BASF通過(guò)研究獲得提升CO2吸收速度方面作用明顯的活化劑，它不含有伯胺或叔胺，所以無(wú)降解、無(wú)腐蝕。aMDEA溶液由三部分組成：MDEA（叔胺）、活化劑系統(tǒng)、水。aMDEA溶液吸收CO2的機(jī)理是活化劑系統(tǒng)形成甲銨，由于不含有MEA、DEA，甲銨無(wú)降解且不形成螯合劑，甲銨陰離子與MDEA反應(yīng)轉(zhuǎn)移CO2。aMDEA溶液最大吸附能力>0.7CO2/胺摩爾比。

2.2 aMDEA工藝在建峰二化45萬(wàn)噸合成氨裝置的應(yīng)用

建峰化工股份有限公司現(xiàn)有兩套大型合成氨裝置，其中第一套裝置（簡(jiǎn)稱一化）生產(chǎn)規(guī)模為30萬(wàn)噸/年合成氨，于上世紀(jì)九十年代初期建成投產(chǎn)，脫碳采用本菲爾德工藝；第二套裝置（簡(jiǎn)稱二化）生產(chǎn)規(guī)模為45萬(wàn)噸/年合成氨，2010年6月建成投產(chǎn)，脫碳采用了BASF公司的aMDEA工藝。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為將變換氣中CO2的清除到500ppmv的水平，并能在滿負(fù)荷的基礎(chǔ)上日產(chǎn)2025公噸CO2。

甲基乙醇胺（MDEA）是一種叔胺。在吸收塔中發(fā)生的胺反應(yīng)為

CO2+R2CH3N+H2O→R2CH3NH++HCO3

高壓低溫可以提高二氧化碳的吸收能力（達(dá)到平衡），而且高溫對(duì)吸收率有利。

通過(guò)將吸收器高壓降低到接近大氣壓力使溶液的壓力降低，并通過(guò)蒸汽汽提對(duì)溶液加熱，從而使二氧化碳從溶液中解析出來(lái)。閃蒸富胺液到接近大氣壓力，使富胺液發(fā)生部分解析并產(chǎn)生半貧液。為使二氧化碳清除工藝所需要的凈熱量最小，多數(shù)半貧液被送回到吸收塔，只有部分半貧液被加熱，并用蒸汽汽提產(chǎn)生低胺量的貧液以滿足氣體處理所要求的二氧化碳含量的規(guī)定。

半貧液從低壓再生塔的底部被收回。大多數(shù)半貧液由半貧液泵送到吸收塔的中間。大約18%的半貧液在再生塔進(jìn)出口換熱器被加熱到110°C并流到汽提塔再生塔的汽提段。再生塔再沸器提供的熱量將半貧液轉(zhuǎn)變成貧液。被汽提的二氧化碳向上流到汽提塔。當(dāng)半貧aMDEA液下流到填料床層與溶液在沸騰器產(chǎn)生的汽提蒸汽相接觸，就轉(zhuǎn)變?yōu)樨氁?。在再生塔進(jìn)出口換熱器中貧液被汽提塔進(jìn)料所冷卻，在貧液換熱器中被冷卻水所冷卻，然后由貧液泵送到吸收塔頂部。

2.3 aMDEA工藝存在的問題及對(duì)策

aMDEA工藝存在的主要問題：①該技術(shù)屬國(guó)外專利，國(guó)內(nèi)技術(shù)尚不成熟，若從國(guó)外引進(jìn)則需較高的專利技術(shù)費(fèi)，增加了總投資。②國(guó)產(chǎn)MDEA中的有效組分N-甲基二乙醇胺的純度達(dá)不到國(guó)外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(99.9%)，有可能對(duì)脫碳帶來(lái)不良影響。③國(guó)內(nèi)有部分企業(yè)發(fā)現(xiàn)溶劑發(fā)泡，造成夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重。因此使用中須添加消泡劑，而這一舉措又勢(shì)必造成環(huán)境污染。另外，該溶劑易受粉塵、硫、鐵離子的污染而影響使用性能。

國(guó)內(nèi)多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加大對(duì)aMDEA技術(shù)的開發(fā)，重點(diǎn)解決高效活化劑及N-甲基二乙醇胺的純度問題，有望取代國(guó)外技術(shù)與產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)aMDEA產(chǎn)品與技術(shù)的真正國(guó)產(chǎn)化，從而降低投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。保持工藝系統(tǒng)的清潔及加強(qiáng)脫碳溶液的過(guò)濾是解決溶劑發(fā)泡的有效途徑，同時(shí)減少消泡劑的使用，減輕環(huán)境污染。

3 結(jié)語(yǔ)

aMDEA技術(shù)在建峰二化45萬(wàn)噸/年合成氨裝置成功運(yùn)用，標(biāo)志著該技術(shù)日益完善成熟，其操作安全性、高工藝靈活性、優(yōu)異的凈化效果（凈化氣在500ppmCO2或以下）、較少操作波動(dòng)(例如發(fā)泡)、較低運(yùn)營(yíng)成本(例如溶液補(bǔ)充、能源)較少維護(hù)成本(例如腐蝕、水銹)和在線運(yùn)轉(zhuǎn)率最大化等得到驗(yàn)證，在裝置性能考核中完全達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

[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，1984.411-431，535.

[2]沈浚主編.朱世勇，馮孝庭副主編.合成氨.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[3]崔英得主編.實(shí)用化工工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[4]徐春明，楊朝合主編.石油煉制工程.石油工業(yè)出版社，2009.