苯菲爾脫碳活化劑國(guó)產(chǎn)替代應(yīng)用探討

梁其奮，符 君

(海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600)

海洋石油富島有限公司(以下簡(jiǎn)稱富島公司)是以天然氣為原料生產(chǎn)合成氨、尿素的氮肥企業(yè)，目前生產(chǎn)能力為合成氨30萬(wàn)t/a，尿素52萬(wàn)t/a，一期合成氨裝置脫碳采用苯菲爾工藝。2004年12月進(jìn)行增產(chǎn)節(jié)能的大修改造，將脫碳溶液全部更換，并在配制新脫碳溶液過(guò)程中，加入新的活化劑ACT-1。苯菲爾溶液由27%～30%的K2CO3、0.3%～0.6% ACT-1、0.7%～1%的釩(以KVO3計(jì))和水組成。裝置現(xiàn)工況數(shù)據(jù)如下：進(jìn)氣為3.25 MPa、95℃、153 000 Nm3/h、CO2約為18.1%；貧液進(jìn)吸收塔為70℃、125 m3/h、Fe約為39 mg/L；半貧液進(jìn)吸收塔為110℃、1 070 m3/h、Fe約為39 mg/L；再生溫度為126℃、冷凝水外排10 m3/h；凈化氣CO2為0.08%；再生氣CO2為98.5%；貧液轉(zhuǎn)化度為0.23；ACT-1年消耗為1～2 t 。

1 206新型活化劑的特性

苯菲爾熱鉀堿法脫碳工藝中，通過(guò)向脫碳溶液中加入少量的活化劑二乙醇胺(DEA)，使其對(duì)CO2的吸收起到強(qiáng)化作用。206新型活化劑與ACT-1的機(jī)理相同，能更進(jìn)一歩提高傳質(zhì)速率，尤其是在吸收塔頂部CO2分壓較低的情況下，改善效果更為顯著。

1.1 優(yōu)良的傳質(zhì)效果

與傳統(tǒng)DEA對(duì)比，只要加入一定濃度的206新型活化劑，就會(huì)使吸收塔出口氣體中的二氧化碳濃度降低60%左右，可使有效氣損失減少，降低裝置消耗。

1.2 改良?xì)庖浩胶庑Ч?/h3>

對(duì)氣液平衡特性的改進(jìn)較為明顯，其強(qiáng)化速率比DEA高，達(dá)到同樣的吸收效果所需的溶液量相對(duì)較少，對(duì)降低脫碳系統(tǒng)的腐蝕、單位脫碳能耗等均有積極意義。

1.3 優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性

隨著脫碳系統(tǒng)運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，溶液中的DEA會(huì)逐漸降解，導(dǎo)致溶液中的雜質(zhì)增多。為保證吸收效果，須不斷補(bǔ)加DEA，但對(duì)釩的緩蝕作用產(chǎn)生不良影響。206新型活化劑化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于DEA，降解速率較低。

2 206新型活化劑投用、控制過(guò)程

在脫碳溶液活化劑的換型中，不少企業(yè)的做法是將溶液全部更換，新溶液中活化劑不加DEA或ACT-1，而直接改加新型活化劑，此方案效果無(wú)疑是最好的。但脫碳溶液若全部更換有兩個(gè)難點(diǎn)：一是廢液存放與處理難度較大，二是溶液更換費(fèi)用高。結(jié)合業(yè)內(nèi)廠家使用經(jīng)驗(yàn)，本方案為在停止ACT-1前提下，向現(xiàn)有脫碳溶液中加入206新型活化劑，視凈化效果及系統(tǒng)工藝變化對(duì)比評(píng)價(jià)逐歩實(shí)現(xiàn)對(duì)原ACT-1的替代使用。富島公司苯菲爾脫碳系統(tǒng)的溶液循環(huán)量、保有量情況見(jiàn)表1，苯菲爾脫碳系統(tǒng)的溶液成分控制情況見(jiàn)表2。

表1 苯菲爾脫碳系統(tǒng)的溶液循環(huán)量、保有量情況

表2 苯菲爾脫碳系統(tǒng)的溶液成分控制情況

3 206替代作業(yè)情況

為確保凈化氣達(dá)標(biāo)，在未補(bǔ)充ACT-1情況下，將裝置進(jìn)氣由95℃升至101℃，再生塔底溫升至126.6℃，頂溫105.7℃，雖然凈化氣CO2維持在0.08%，但系統(tǒng)水嚴(yán)重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化驗(yàn)分析值為0.01%。為盡快恢復(fù)工藝指標(biāo)，應(yīng)快速恢復(fù)活化劑濃度控制，經(jīng)測(cè)算、討論，決定分3次添加206新型活化劑計(jì)300 kg。2021年9月1日開(kāi)始206活化劑替換工作，具體替代作業(yè)內(nèi)容如下：9月1日下午15∶00，加206活化劑 150 kg，濃度由0.51%提至0.53 %；9月3日下午15∶30，加206活化劑 100 kg，濃度由 0.53% 提至0.61%；9月6日，加206活化劑50kg，濃度由0.61%提至0.62%。

4 添加206前后系統(tǒng)脫碳運(yùn)行數(shù)據(jù)的總結(jié)

2021年9月1日，開(kāi)始添加206活化劑，運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 2021年9月1日起添加206活化劑的運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過(guò)9月1日～6日3次補(bǔ)充江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206合計(jì)300kg，裝置運(yùn)行工況數(shù)據(jù)發(fā)生以下變化。

(1) 江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206含量99%，ACT-1的含量68%，因此補(bǔ)充206活化劑后，裝置很快出現(xiàn)凈化氣中二氧化碳含量下降變化，而過(guò)去添加ACT-1后裝置溶液活性改良時(shí)間較長(zhǎng)。

(2) 因特殊原因裝置停用ACT-1補(bǔ)充約1月，為確保凈化氣達(dá)標(biāo)合格，在提高總鉀的同時(shí)，不得不提高再生溫度，如裝置進(jìn)氣由95℃升至101℃，再生塔底溫升至126.6℃，凈化氣CO2維持在0.1%～0.11%。但系統(tǒng)水嚴(yán)重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化驗(yàn)分析值為0.01%。

(3) 鑒于206活化劑對(duì)系統(tǒng)循環(huán)堿活性改良效果，決定于9月3日開(kāi)始逐步恢復(fù)總鉀偏低控制(27～28)、進(jìn)氣由101℃降至95℃、適當(dāng)降低再生溫度前提下，凈化氣二氧化碳含量仍穩(wěn)定在0.06%～0.08%范圍達(dá)標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)適當(dāng)降低貧液/半貧液流量，裝置凈化指標(biāo)仍可達(dá)標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行。

(5) 甲烷化床層溫升平均約下降3～8℃，少耗循環(huán)氫。

從試用效果得出如下結(jié)論：江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206替代ACT-1后，溶液活性有進(jìn)一歩改良表現(xiàn)，對(duì)改良苯菲爾脫碳溶液活性效果明顯。貧液流量下降2m2/h、半貧液流量降低約10m3/h，對(duì)裝置節(jié)能降耗亦有積極影響。

雖然206活化試用時(shí)間短，后期仍需作進(jìn)一步觀察，以考察其穩(wěn)定性。但目前的應(yīng)用效果己經(jīng)表明：206替代ACT-1效果良好。

特別需要說(shuō)明能量：206日常補(bǔ)充仍遵照以往ACT-1添加習(xí)慣來(lái)替代添加：1桶/次折合206活化劑的量為：200kg×68%/99%=137.4kg，從破袋后存放等角度考慮，實(shí)際建議按3袋206活化劑/次量進(jìn)行補(bǔ)充。

補(bǔ)加條件定為2個(gè)：①活化劑濃度內(nèi)控值0.35%～0.6%，低于0.35%時(shí)添加，每次添加保證接近內(nèi)控上限0.6%；②凈化氣中CO2超0.1%的輔助手段為提溶液活化劑濃度，以改良溶液吸收與末端凈化效果。

在裝置處于水平衡條件中，且最優(yōu)化的冷凝液排放與溶劑合理正常損耗的前提下，裝置進(jìn)氣溫度、再生溫度、溶液總鉀與活化劑含量、貧液/半貧液循環(huán)量等系統(tǒng)工藝指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以獲得裝置脫酸(酸性氣CO2)最低熱能耗與動(dòng)力消耗。

5 結(jié)語(yǔ)

在富島公司脫碳系統(tǒng)206新型活化劑中，對(duì)ACT-1的替代應(yīng)用表明：206對(duì)改良苯菲爾溶液吸收效果、降低溶液對(duì)設(shè)備和管線的腐蝕、改善氣體質(zhì)量等更優(yōu)異，減少了甲烷化氫氣的消耗?？刂莆者M(jìn)氣溫度以降低“三氣”溫度差異，對(duì)脫碳單元水平衡控制及206新型活化劑補(bǔ)充量有重要影響。