EOEG裝置CO2脫除單元運行分析

馬華程(福建古雷石化有限公司，福建 漳州 363000)

0 引言

溫室效應的加劇使得全球氣溫上升，進而出現(xiàn)一系列問題，為了保護環(huán)境，要實行節(jié)能減排，最大程度減少二氧化碳的排放。EOEG裝置運行中會產(chǎn)生二氧化碳，對自然環(huán)境會產(chǎn)生不利影響，為了減少排放，要采取脫除工藝。對目前存在問題進行分析，在此基礎上優(yōu)化脫除工藝，符合節(jié)能減排的要求。

環(huán)氧乙烷、乙二醇是重要的化工原料，目前被廣泛應用，有著較高經(jīng)濟價值。乙二醇由環(huán)氧乙烷水合而成，采用的氯醇法已被淘汰，國內(nèi)主要生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的工藝有乙烯在銀催化劑上的空氣或者氧氣直接氧化法，效果比較好。CO2脫除一直是EOEG裝置運行的重點，目前采用的工藝存在滯后性，CO2脫除效果不是很好，本文就這一問題展開探討，加強對影響脫碳因素的分析有一個全面了解，便于更好改進，從而提升脫碳水平。明確EOEG裝置運行流程和工藝，對相關參數(shù)進行調(diào)整，通過優(yōu)化來改善CO2脫除效果[1]。

EOEG裝置的原料是乙烯和氧氣，使用銀催化劑、致穩(wěn)劑、調(diào)節(jié)劑，在規(guī)定的壓力和溫度條件下，乙烯和氧氣在實驗設備中會發(fā)生反應，有主要產(chǎn)物和副產(chǎn)物。在氧氣生成EO的氧化反應中，CO2對乙烯會產(chǎn)生不利影響，通過研究發(fā)現(xiàn)，CO2和乙烯與氧氣會吸附在銀催化劑表面，由于被CO2所覆蓋，使得氧化反應的速度降低。為了充分發(fā)揮出催化劑的作用，可以采取降低反應器入口CO2濃度的方式，由此可見，CO2脫除單元運行情況直接關系到催化劑作用發(fā)揮，相互之間有著密切聯(lián)系。本文研究的裝置，采用本菲爾工藝來脫除CO2，碳酸鉀溶液和CO2會發(fā)生反應生成碳酸氫鉀，當溫度生改之后，會進一步反應，產(chǎn)物為碳酸鉀和二氧化碳，碳酸鉀能夠多次使用。反應方程式為：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。通過觀察發(fā)現(xiàn)，5月15號以后，CO2吸收塔A頂CO2含量在不斷增加，這是因為脫碳效果變差引起的，達不到規(guī)定要求[2]。

1 脫碳單元運行計算

為了有全面了解，要計算出催化劑反應生成CO2量和脫碳單元脫除CO2量，可以準確展現(xiàn)出脫碳單元運行情況。

1.1 計算反應生成CO2量

保持循環(huán)氣總量不變，反應器進出口△CO2將生成CO2量反映出來，利用公式來計算△CO2。統(tǒng)計反應器5月—7月的數(shù)據(jù)信息，計算后繪制出圖。分析之后發(fā)現(xiàn)，△CO2呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，說明CO2在慢慢減少，這和CO2濃度增加有著直接關系，在這種情況下，催化劑活性會降低，對脫除效果會產(chǎn)生不利影響。

1.2 計算脫碳單元脫除CO2量

CO2脫除率是指脫除的CO2占系統(tǒng)中總CO2的比率，在進行計算時要采用公式。

CO2脫除率=(反應出口CO2濃度-A頂CO2濃度)/反應出口CO2濃度×100%，計算A頂4—6月的CO2脫除率，對結(jié)果分析可知，進入到5月中旬以來，CO2脫除率出現(xiàn)了明顯的下降，由于沒有達到脫除效率，所以系統(tǒng)中會有更多CO2，而且濃度比較高。

2 影響脫碳效果的因素

影響CO2吸收的因素比較多，當壓力提高時，吸收效果會變好；貧碳酸鹽溶液循環(huán)量增加時，吸收效果會變好；脫碳液品質(zhì)越好時，吸收效果會變好，對脫碳液的當量、解析度等進行分析，可以將其品質(zhì)反映出來；當空速越高時，停留時間會縮短，對吸收會產(chǎn)生不利影響，特別是不能超過塔的泛點氣速。

2.1 空速對脫碳效果的影響

在5月10日，為了提升EO產(chǎn)量，對空速進行了提升。5月25日再一次提高空速，經(jīng)過兩次提高之后，空速有了明顯的增加。通過分析發(fā)現(xiàn)，當空速提高后，因為碳酸鹽循環(huán)量變化不大，導致脫碳效果變差，出口的CO2有了明顯提升。將該塔的氣速控制在一定范圍內(nèi)，從目前情況來看，氣速已經(jīng)超過了設計要求。

2.2 貧碳酸鹽溶液

貧碳酸鹽溶液濃度。貧碳酸鹽溶液液是影響CO2脫碳效果的重要因素之一，當貧碳酸鹽溶液中K2CO3濃度增加時，CO2吸收性能呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，當濃度為25%時會看見明顯節(jié)點?；谔妓猁}濃度的特性，當濃度不斷上升時，結(jié)晶的幾率就會越大，為了避免結(jié)晶情況發(fā)生，要求碳酸鹽濃度要小于25%，而且是K2CO3和KHCO3混合溶液。濃度選用當量K2CO3濃度，當量K2CO3=K2CO3濃度+0.691×KHCO3濃度。本文研究的裝置自5月15號以來，系統(tǒng)碳酸鹽不斷增加，在這種情況下，當量濃度會有所提高[3]。

貧碳酸鹽溶液解析度。貧碳酸鹽溶液轉(zhuǎn)化率可以直接反映出貧碳酸鹽溶液中KHCO3占貧碳酸鹽溶液中總K2CO3當量濃度的百分比，以百分比為計量單位。當貧碳酸鹽溶液轉(zhuǎn)化率升高時，K2CO3的濃度會變低。在計算轉(zhuǎn)化率時要依據(jù)公式，保證結(jié)果的準確性，觀察后發(fā)現(xiàn)，自5月份以來，從整體情況來看，貧碳酸鹽溶液轉(zhuǎn)化率有所提升，上升了1%左右，轉(zhuǎn)化率之所以會上升，主要原因時加熱蒸汽量降低。

貧碳酸鹽溶液中活性成分。為了改善脫碳效果，要向貧碳酸鹽溶液中增加活性成分，主要包括硼酸、五氧化二釩等，存在形式為硼酸鉀和偏釩酸鉀。硼酸鉀可以讓貧碳酸鹽溶液活性得到提升，偏釩酸鉀可以起到防腐的作用。查閱相關資料，其中提到了偏釩酸鹽對于提高貧碳酸鹽溶液活性起到了重要作用，通常對濃度有著嚴格的要求，要大于0.8%。貧碳酸鹽溶液中硼酸鉀濃度為4%，偏釩酸鹽濃度為1%左右，這是正常水平。貧碳酸鹽溶液液中雜質(zhì)含量。貧碳酸鹽溶液中的雜質(zhì)比較多，包括多種鹽類物質(zhì)，例如弱酸、草酸鹽等，當這些雜質(zhì)的含量越低時，貧碳酸鹽溶液的品質(zhì)就越好，吸收效果會更好。隨著使用時間的延長，貧碳酸鹽溶液中各雜質(zhì)含量會逐漸增多，在10%左右。

2.3 溫度和壓力

碳酸鉀溶液吸收過程是哈與化學吸收，會向外釋放熱量，當溫度升高時，對CO2氣體吸收會產(chǎn)生不利影響，但也存在著優(yōu)勢，會使得反應速度變快，通過研究發(fā)現(xiàn)，溫度和反應速度有著直接聯(lián)系，研究發(fā)現(xiàn)溫度和反應速度呈正比關系，可以加快碳酸鉀的溶解，溶液循環(huán)量會有所減少，溶液的粘度也會降低，綜合分析來看，溫度升高對二氧化碳吸收是有利的，能夠起到促進作用。需要注意的是，進料溫度有著特定要求，必須要高于結(jié)晶溫度。當壓力增加時，CO2的分壓也會增加，有助于吸收，控制好操作壓力，一般為2 MPa，壓力增加的同時，空速也有了提高，會讓脫碳效果變差。為了保證良好脫碳效果，要保證操作溫度和壓力的合理性。

2.4 貧碳酸鹽溶液循環(huán)量

在設計要求之內(nèi)，當提高循環(huán)量時，脫碳效果會得到改善。但是也存在著不足之處，主要表現(xiàn)為循環(huán)量提高會導致解析溫度下降，有效K2CO3濃度會出現(xiàn)降低的情況[4]。

3 探討

通過上文分析，明確了影響吸收CO2的因素，在此基礎上進行優(yōu)化，對于改善脫碳效果有很大幫助。優(yōu)化措施主要包括以下方面。

3.1 提高碳酸鹽循環(huán)量，優(yōu)化冷熱流配比

在進行優(yōu)化之前，冷流和熱流分別為1 400 t/h、30 t/h，總計1 430 t/h。調(diào)整之后，冷流和熱流都有了提升，分別為1 430 t/h和50 t/h，總計1 480 t/h，總量提高了3.5%左右，另外要適當提高熱流占的比例。

3.2 提高碳酸鹽品質(zhì)

碳酸鹽品質(zhì)使用時間過長品質(zhì)會下降，為了保持良好品質(zhì)，要每月置換一次，置換時控制好置換量。另外還要補充新鮮碳酸，同時適當提升貧碳酸鹽溶液濃度，在原有基礎上提升2%左右，CO2脫除效果會更好。

3.3 提升解析溫度

當脫碳液當量濃度不斷增加時，塔釜溫度也會有所提升，對于解析效果改善可以起到促進作用。在提升解析溫度時要控制好，不能過高，必須在合理范圍之內(nèi)，避免產(chǎn)生不利影響。

3.4 優(yōu)化日常操作

改變傳統(tǒng)操作方式，積極引入新理念，加入消泡劑的方式要做出改變，在線過濾投用操作，解析塔液控PID參數(shù)調(diào)整，視脫碳單元操作穩(wěn)定性會提升。在傳統(tǒng)模式下，操作中存在一些不合理的地方，導致影響到脫碳效果，很難達到預期要求。為了改善這種情況，要對日常操作做出適當調(diào)整，保證具有科學合理性，可以優(yōu)化CO2脫除效果。

通過分析發(fā)現(xiàn)，空速提高導致了脫碳效果變差，這是主要原因，但脫碳液循環(huán)量卻沒有相應的提升，存在不匹配情況。另外脫碳液中雜質(zhì)濃度會上升，也是影響脫碳效果的因素之一。了解到影響CO2的因素，在此基礎上做出改變，首先在提高空速的同時要提高脫碳液循環(huán)量，保證相互適應。其次要及時置換脫碳液，可以讓雜質(zhì)的含量降低。

二氧化碳的排放會加劇溫室效應，導致氣候溫度上升，因此控制和減少碳排放量具有重要意義，符合節(jié)能環(huán)保要求。對于EOEG裝置而言，在生產(chǎn)中會產(chǎn)生CO2，目前采用的技術水平有限，脫碳效果不是很好，因此要進行改進，對影響因素做出適當調(diào)整，包括溫度、壓力等，實現(xiàn)有效控制，為脫碳效果提供可靠的保障。明確EOEG裝置CO2脫除的重要意義，可以起到保護自然環(huán)境的作用。

4 結(jié)語

綜上所述，文章主要探討了EOEG裝置運行中影響CO2脫除效果的因素，并提出了改善措施。通過優(yōu)化工藝，對各項參數(shù)做出適當調(diào)整，保證CO2脫除具有良好效果。加強對EOEG裝置的研究，不斷引入新技術、新理念，增強裝置的環(huán)保性，提升技術應用水平最大程度減少碳排放量。