影響脫碳系統MD E A消耗及水平衡問題原因分析

劉雪東，馬英杰

（中國石油寧夏石化分公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司二化肥合成氨裝置脫碳系統采用MDEA工藝，為一段吸收，兩段再生工藝流程。150%擴能改造設計中，改用了BASF公司的MDEA（N-甲基二乙醇胺）作脫碳吸收劑，而對整個流程未作改動。脫碳液的組成為：MDEA 45%（wt），哌嗪 3%（wt），脫鹽水52%（wt），總體運行狀況良好。從開車至今，脫碳系統一直在維持系統的水平衡方面存在問題。

1 水平衡方面存在的問題及對運行造成的影響

（1）原設計中在出101-E的工藝氣中加入10 t/h（由FICA-17控制）的洗滌水，但由于102-F系統的壓力高于121-F系統的壓力，加上LCV-26的減壓作用，使得121-F中的洗滌液不能送回冷凝液回收系統。因此，這股洗滌水一直未投用。這就使得隨工藝氣帶入到后系統中的MDEA增加，在2008年將這股洗滌水改為尿素回收后，這一問題已得到解決。

（2）原設計中從103-F中分離出的冷凝液全部通過108-J打回到101-E頂，再回流到102-E。但由于108-J實際打量遠低于設計值，使得大量的冷凝液（約8.3 t/h，占此處冷凝液量62.4%）通過一條改造的管線排入到地下集液槽（115-F），再通過補液泵（116-J）打回到系統。造成冷凝液處于一開放的體系中運行，使得冷凝液中溶解氧含量增加，加重了MDEA降解的趨勢，導致溶液的起泡性增強。這一問題由于108-J的改造，已加以解決。

（3）目前脫碳系統最主要的問題是在運行過程中兩塔液位呈持續上漲趨勢，具體上漲幅度（2009統計）（見表1）。

表1

按原設計，脫碳系統系統在正常運行情況下，吸收塔和再生塔的液位都持續下降，需補水進行液位平衡。而實際運行過程中這兩塔液位呈持續上漲趨勢，必須通過向外排水來平衡液位，平均每天排水在20 t左右。同時排放的冷凝液中含有約0.8%wt左右的MDEA，這樣無疑就增加MDEA的消耗。

2 影響水平衡因素的分析

對整個脫碳系統有可能影響到水平衡的因素進行了綜合分析，列出以下兩大方面。

2.1 設備

（1）110-C1/C2、111-C、105-CA/CB 內漏。110-C1在剛試車后不久，便發現內漏，為此進行過兩次堵管，共堵管11根；110-C2是增加的一臺換熱器，兩臺串聯使用。在2009年3月的檢修期間，對110-C1/C2再次進行了檢查，發現110-C1有4根、C2有4根內漏，為此進行了堵管。目前通過對兩臺換熱器CO2側的冷凝液中所含的水穩劑進行定期監測，經常有內漏跡象。105-CA/CB在大修檢查中發現內漏，已更換不銹鋼芯子，未發現內漏現象。而111-C在大修中檢查，沒有內漏現象。

（2）102-F除沫器在2009年10月大修中進行了檢查，未發現任何損壞跡象；在2011年5月的檢修期間，又對其進行了檢查，也未發現有損壞跡象。

（3）其他與脫碳相連的管線，與脫碳系統相連的還有去FCV-15的BW管線，管線上有2道截止閥，沒有導淋，暫時無法確認是否內漏。

2.2 工藝

影響水平衡的因素有進101-E的工藝氣所帶入的水量、出101-E的凈化氣帶出的水量和出103-F的CO2中帶出的水量。由于物料的的溫度、在壓力等條件的變化將影響工藝氣中飽和水的含量，壓力不變的條件下，溫度變化將會造成系統水量發生變化。從下表中可以看出，按設計條件，脫碳系統每小時凈缺水量為0.76-0.37-1.16=-0.77 t，通過LCV-5補入一部分冷凝液達到平衡。而按目前的實際運行條件計算，脫碳系統每小時凈增水量為1.05-0.19-0.53=0.33 t。

按年生產330天計，理論上將會造成21 t MDEA的損失（最大值），一方面是造成直接經濟損失；另一方面，對污水處理的壓力也是很大的。按BASF公司的設計值0.1 kg MDEA/t氨計，年產300 kt合成氨時MDEA消耗量為30 t。2010年共生產合成氨357 kt，消耗MDEA 70 t，平均消耗量為 0.20 kgMDEA/t氨；消耗遠高出設計值。持續不斷的外排水是造成MDEA消耗高的直接原因。影響水平衡因素的三個物料點設計值與實際值對比（見表2）。

（1）由于101-E入口溫度高于設計值，而壓力低于設計值，帶入到系統中的飽和水量增加；

（2）出101-E頂工藝氣溫度與壓力均低與設計值，導致帶出系統的水量減少；從理論上講提高此處的溫度是有手段的，但這樣會影響到101-E吸收效果，導致CO2微量超標，并且從數據上看，這部分影響也很小。

（3）在2000年大修中為了降低CO2壓縮機入口溫度，增加CO2壓縮機打氣量，在CO2管線上增加了一臺氨冷器（150-C），并且將CO2出口分離出來的冷凝液送回到了115-F。從數據上可看出，由于CO2溫度的大幅度降低，使得隨CO2氣體帶出的飽和水大為減少。將CO2出口分離出來的冷凝液送回到115-F是在2001年4月才開始的，這之前系統液位持續上漲的問題已經存在了，只是這樣做的結果加劇了液位上漲的程度。回收這股冷凝液的目的是防止在150-C出口形成積液，造成CO2壓縮機喘振，因此停止回收是不可行的；由于流量太小，單獨設置回收處理系統也無價值；若是就地排放，從環保角度也是不行的。

從表中也可看出，系統在某一時間段內水量上漲的速度并不均勻，這主要有兩點，W/C比有時發生變化，造成入105-CA/B的工藝氣中熱負荷變化，而111-C蒸汽量調整不及時，造成入101-E工藝氣溫度變化；還有150-C出口CO2溫度變化范圍也較大，可在30~17℃之間波動。

3 改進措施

針對上述原因，要想維持脫碳系統水平衡，應從以下幾方面入手。

3.1 近期措施

（1）將脫碳液中MDEA濃度維持在較高的水平，降低再生溫度；（2）適當減少134-C水量，增加106-C水量，降低101-E入口溫度；（3）控制水碳比，及時調整穩定好102-E的再生溫度。

3.2 遠期措施

（1）增加 106-C 換熱面積；（2）做好 110-C1/C2定期監測工作，大修及時消除內漏；（3）確認與脫碳系統相連的BW管線是否內漏。

4 改進效果

按制定的近期措施，對水碳比操作進行了規定，操作范圍在3.2左右，減少大幅波動；脫碳液濃度控制在48%左右；并調整了去134-C的水量閥門。規定實施后，每天外排水量在16 t/h左右，較之前每天減少外排4 t/h。

表2 影響水平衡因素的三個物料點設計值與實際值對比

表3

在2011年5月停車后對脫碳系統FCV-15處BW管線進行檢查，發現內漏嚴重。遂更換兩道截止閥消除內漏。在開車后從102-E的液位趨勢可以看出，此處漏點的漏量還是很大的。現102-E液位趨勢已接近實際運行條件的計算值。

[1]袁一，等.大型氨廠合成氨生產工藝[M].北京：化學工業出版社，1984.