NCMA技術(shù)在脫硫脫碳系統(tǒng)中的工業(yè)應(yīng)用

李春霞

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230022）

NCMA技術(shù)在脫硫脫碳系統(tǒng)中的工業(yè)應(yīng)用

李春霞

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230022）

簡(jiǎn)要介紹了NCMA工藝在工業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用情況，著重介紹了應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)措施。

合成氣；脫碳；二氧化碳；NCMA

我國(guó)是以煤為化工主要原料的國(guó)家，煤炭資源中含有較高的硫元素。在氣化過(guò)程中，硫元素和氫生成H2S等雜質(zhì)，H2S會(huì)使各種反應(yīng)催化劑產(chǎn)生不可再生的中毒現(xiàn)象。水煤氣進(jìn)入變換系統(tǒng)發(fā)生變換反應(yīng)后，合成氣中含有大量CO2，CO2的存在會(huì)降低有效氣分壓，對(duì)后續(xù)反應(yīng)不利。因而合成氣中H2S、CO2的去除效果對(duì)裝置的正常運(yùn)行起至關(guān)重要的作用。H2S、CO2雜質(zhì)的去除工藝方法很多，針對(duì)不同的工藝裝置，選擇適宜的脫硫脫碳工藝顯得尤為關(guān)鍵。

1　脫硫脫碳工藝在工業(yè)項(xiàng)目中的應(yīng)用

新疆天業(yè)電石爐氣制乙二醇項(xiàng)目中采用了南化院NCMA法脫除合成氣中的H2S和CO2。選擇該工藝，主要是基于新疆天業(yè)電石爐氣進(jìn)入界區(qū)壓力只有5KPa（g），從能量消耗角度考慮，必須選擇一種在低壓力下H2S和CO2脫除率高的工藝。

工藝流程簡(jiǎn)述：先將電石爐氣通過(guò)壓縮機(jī)增壓至1.6MPa（g），進(jìn)入變換系統(tǒng)進(jìn)行CO/H2的比例調(diào)節(jié)，由變換工段出來(lái)的合成氣進(jìn)入脫硫脫碳裝置。經(jīng)變換氣分離器分離冷凝后，進(jìn)入CO2吸收塔，在此用復(fù)合胺脫碳液即NCMA溶液洗滌，合成氣先在吸收塔下段用半貧液洗滌，大部分CO2被吸收，然后在吸收塔上段用再生后的貧液洗滌，將凈化氣中的CO2含量降到0.05%（V），再經(jīng)過(guò)凈化氣分離器，除去氣體中微量的NCMA溶液。從吸收塔底出來(lái)的富液進(jìn)入常解塔頂部減壓到0.06MPa（g）解吸；從常解塔頂部出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)冷卻分離，并返回常解塔頂部作為回流液，冷卻后的CO2送到后續(xù)工序。從常解塔出來(lái)的NCMA溶液分成兩股：一股降溫后循環(huán)到吸收塔中部；另一股通過(guò)換熱后送到再生塔頂部再生。再生過(guò)的NCMA溶液經(jīng)冷卻后送到吸收塔的上部進(jìn)行再吸收；再生塔頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入常解塔下部作為其再生熱源。流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1　脫硫脫碳工藝流程簡(jiǎn)圖

NCMA吸收再生原理：NCMA溶液吸收H2S和CO2是單純的物理吸收過(guò)程，根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)可知，H2S和CO2在NCMA溶液中的溶解度基本符合亨利定律。表1是NCMA溶劑常溫下對(duì)H2S和CO2的溶解度。

表1　 NCMA溶劑對(duì)H2S和CO2的溶解度

從表1可見，H2S氣體在NCMA溶劑的溶解度遠(yuǎn)大于CO2，當(dāng)合成氣CO2被吸收完成后，合成氣中更易吸收的H2S也已被吸收完，得到合格的凈化氣。因而，凈化氣中CO2殘余量為主要控制指標(biāo)。

CO2在NCMA溶液中發(fā)生的主要反應(yīng)如下（式中R1、R2、R3為氫或烷基，對(duì)于每一種胺不完全相同）：

總反應(yīng)式為：

反應(yīng)式（2）對(duì)普通醇胺來(lái)說(shuō)，反應(yīng)極慢，從而影響了整個(gè)吸收速度。而對(duì)NCMA溶液中的活性胺而言，由于醇胺分子結(jié)構(gòu)中具有位阻效應(yīng)，因而R1R2NCOOH極不穩(wěn)定，故反應(yīng)速度很快。因此使用該復(fù)合胺溶液，在同摩爾濃度下與常用的烷醇胺相比，吸收能力提高，再生能耗下降。

2　運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

在設(shè)計(jì)脫硫脫碳系統(tǒng)時(shí)，處理變換氣量為45300Nm3/h（干基），要求凈化后氣體中CO2含量≤0.05%（干基），有效氣損失CO+H2≤0.2%。

2.1 NCMA溶液含雜質(zhì)過(guò)多變黑

脫硫脫碳系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)NCMA溶液顏色不斷加深，且溶液中含有部分不溶物顆粒，溶液吸收效率下降，導(dǎo)致凈化氣中CO2濃度不達(dá)標(biāo)，最高甚至達(dá)到1%（V）。為保證后續(xù)生產(chǎn)正常，開始只能通過(guò)降低生產(chǎn)負(fù)荷來(lái)保證凈化氣純度。經(jīng)分析得知，其原因一是開車初期，系統(tǒng)管線清洗不干凈；二是前系統(tǒng)催化劑粉塵被合成氣帶入脫碳系統(tǒng)，造成脫碳溶液變黑且含有不溶顆粒。

解決的措施為增加小型布袋過(guò)濾器，使回用的溶液通過(guò)過(guò)濾器濾掉雜質(zhì)顆粒，溶液的透明度和吸收能力均得以提升。增加過(guò)濾器后，提升負(fù)荷至設(shè)計(jì)負(fù)荷，凈化氣中的CO2濃度達(dá)標(biāo)。

2.2溶液換熱器和貧液冷卻器換熱效果不理想

裝置初始運(yùn)行是在冬季，初期裝置運(yùn)行較平穩(wěn)，但隨著天氣轉(zhuǎn)暖，環(huán)境溫度和循環(huán)水溫度也不斷升高，溶液換熱器和貧液冷卻器換熱效果越來(lái)越差，貧液溫度較高，導(dǎo)致NCMA溶液吸收效果變差，凈化氣中CO2和H2S時(shí)有超標(biāo)。分析原因?yàn)槿芤簱Q熱器和貧液冷卻器設(shè)計(jì)面積偏小，冬季時(shí)，循環(huán)水溫度低，可彌補(bǔ)換熱面積的不足，系統(tǒng)運(yùn)行正常；當(dāng)夏季到來(lái)，循環(huán)水溫度逐步升高，換熱面積不足的問(wèn)題就出現(xiàn)了。

解決的措施為在原有溶液換熱器和貧液冷卻器后又串聯(lián)一臺(tái)換熱器，以此來(lái)增大換熱面積，滿足夏季時(shí)的貧液溫度能達(dá)到設(shè)計(jì)值。串聯(lián)換熱器后，凈化氣中CO2和H2S含量完全控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。

2.3半貧液泵流量不夠及機(jī)封更換

在運(yùn)行過(guò)程中，半貧液流量總是達(dá)不到設(shè)計(jì)值，半貧液泵的機(jī)械密封總是漏液。運(yùn)行初期機(jī)封泄漏，只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的更換。更換后使用一個(gè)多月，機(jī)封又出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。針對(duì)這種情況，和設(shè)備廠家共同進(jìn)行原因分析，由于設(shè)備廠家對(duì)NCMA溶液性質(zhì)不了解，僅按照水的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，以致引發(fā)上述問(wèn)題。

設(shè)備廠家根據(jù)NCMA溶液性質(zhì)，對(duì)泵葉輪進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)將泵機(jī)封形式由單端面密封改為雙端迷宮密封。改造完成后，半貧液流量達(dá)到設(shè)計(jì)值，機(jī)封不漏液，運(yùn)行正常。

3　結(jié)束語(yǔ)

此項(xiàng)目自開車以來(lái)，已連續(xù)運(yùn)行4年，通過(guò)采取增加脫硫脫碳裝置換熱器，增加過(guò)濾器和更換設(shè)備密封型式等措施，使凈化氣中CO2濃度控制在0.05%（干基）以下，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。運(yùn)行至今，不再出現(xiàn)因本裝置造成后續(xù)系統(tǒng)停車的情況。

The Industrial Application of NCMA Technology in Desulfurization in Decarbonization System

LI Chun-xia
（East China EngineeringScience and TechnologyCo.，Ltd.，Hefei 230024，China）

The application of NCMA process in industry program were reviewed，Highlighting preparation of the problem and the improvement fromthe application.

syngas；decarbonization；CO2；NCMA

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.04.026

TQ113.26+4.1

B

1008-553X（2016）04-0074-02

2016-03-29

李春霞（1978-），女，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，高級(jí)工程師，從事化工工藝優(yōu)化工作，18225888750，lichunxia@chinaecec.com。