溶液在線凈化技術在MDEA脫碳系統中的應用

李 強 程建英 王 澤 江 寧(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司臨猗分公司 山西臨猗044100)(四川省精細化工研究設計院 四川自貢643000)

溶液在線凈化技術在MDEA脫碳系統中的應用

李 強 程建英 王 澤 江 寧
(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司臨猗分公司 山西臨猗044100)(四川省精細化工研究設計院 四川自貢643000)

0 前言

山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司(以下簡稱臨猗分公司)原有2套MDEA脫碳系統(一、二分廠各有1套)，一分廠2#系統MDEA脫碳系統于2009年停用，閑置了200 m3MDEA溶液。為了有效利用閑置資源，將此閑置的MDEA溶液補加至二分廠甲醇脫碳系統。添加后，出現溶液吸收能力下降、鐵離子含量升高等問題；若不進行處理，情況將會進一步惡化，溶液吸收率會進一步降低，造成裝置的電耗和溶液損失越來越大，會加劇溶液對設備和管道的腐蝕，存在安全隱患，因此，必須對溶液進行凈化處理。

經過與四川省精細化工研究設計院溝通，對溶液進行了分析，溶液中的熱穩定性鹽質量分數竟高達3.1%。四川省精細化工研究設計院最近研制出一種MDEA溶液在線吸附劑，采用該吸附劑對臨猗分公司MDEA溶液進行處理小試。處理后的溶液化學分析結果令人滿意，溶液中雜質殘存含量明顯降低，溶液性能得到改善。為了驗證處理后溶液的吸收能力，四川精細化工研究設計院擬與臨猗分公司聯合開發，將小試裝置放大，建立1套工業化溶液在線處理裝置，其優點是可在系統不停車的情況下對溶液進行在線凈化處理。

1 溶液處理前基本情況與小試效果

處理前溶液外觀呈不透明的黑色，溶液發泡較嚴重，溶液黏度較大。從分析數據結果可以得出：①硫化物質量分數達560×10-6，是造成溶液發泡及腐蝕的因素之一；②降解物質量分數>5%，形成的熱穩定性鹽腐蝕性強，易堵塞管道，造成脫碳液的酸性氣處理能力下降、凈化氣質量不達標。

脫碳液經MDEA溶液在線吸附劑小試處理后，溶液的外觀、性質等都得到極大改善：溶液顏色大幅度變淺，呈淺褐色，溶液變得更清澈透明(硫化物被全部去除所致)；最重要的是脫碳液中熱穩定性鹽質量分數由3.1%降低至未檢出，熱穩定性鹽去除率很高；從色譜圖上來看，部分的重組分峰沒有了，而且其他雜質峰在一定程度上也大幅削弱；溶液的腐蝕性得到有效遏制，且不易起泡。溶液中鐵離子質量分數由240×10-6降低至50×10-6，溶液pH由9.4升高至11.1(熱穩定性鹽被去除所致)。

2 溶液在線凈化裝置

2.1 催化劑特點

催化劑交換器內裝填由四川省精細化工研究設計院提供的JH- 21型催化劑。此催化劑屬于易再生、無二次污染的環保型催化劑；離子交換樹脂使用氫氧化鈉堿液再生，再生液用量少、再生效果好，再生后用脫鹽水洗凈離子交換樹脂中的堿液，再生后的離子交換樹脂繼續處理脫碳液中的熱穩定性鹽；催化劑和離子交換樹脂的抗有機污染能力強、使用壽命長、性能穩定。

2.2 催化劑的激活

2.2.1 稀鹽酸激活

用約2倍于催化劑體積的的稀鹽酸溶液(質量分數4%)浸泡激活催化劑，浸泡時間為8 h，然后排去稀鹽酸溶液，用潔凈水沖洗催化劑至出水接近中性。因催化劑交換器材質為碳鋼，所以不能在催化劑交換器中進行酸激活，鑒于此建議：將200 L的塑料桶從中間鋸開，將其一分為二，用于裝稀鹽酸來浸泡激活催化劑。浸泡結束后，用潔凈水沖洗催化劑，直至出水基本呈中性。

2.2.2 食鹽水激活

用泵從催化劑交換器底部打入質量分數10%的食鹽水，浸泡24 h，然后排去食鹽水，從催化劑交換器上部加入清水漂洗，使排出水不帶黃色，然后用清水反洗催化劑層，直至排出水清晰、無氣味、無粉末催化劑為止。

2.2.3 堿液激活

用泵從催化劑交換器底部打入質量分數5%的氫氧化鈉堿液，浸泡6 h，然后排去堿液，再用堿液對催化劑進行最終激活。

2.3 對脫碳液進行處理

為了能快速、高效、穩定地處理完200 m3脫碳液，處理全過程分為3個階段來完成。每個階段由若干個處理周期組成，每個處理周期由催化劑處理溶液過程、催化劑再生過程及處理液回收系統組成。

2.3.1 第1階段——高鹽模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化劑交換器中，約3 h后停止引入溶液，在催化劑再生過程開始前，用脫鹽水對催化劑中的殘余溶液進行清洗回收。再生完成后，引入脫碳液進行下一周期的溶液處理，以此周期性處理5 d后，根據溶液的組分變化情況對溶液的組成進行第1次調整；再次周期性處理3 d后，進行第2階段處理。

2.3.2 第2階段——中鹽模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化劑交換器中，約6 h后停止引入溶液，開始催化劑的再生過程。催化劑再生完成后，進行下一周期的溶液處理；周期性處理6 d后，根據溶液的組分變化情況對溶液的組成進行第2次調整；再次周期性處理3 d后，進行第3階段處理。

2.3.3 第3階段——低鹽模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化劑交換器中，約12 h后停止引入溶液，開始催化劑的再生過程。催化劑再生完成后，進行下一周期的溶液處理；周期性處理9 d后，根據溶液的情況并計算后對胺液的含量及活化劑進行最后一次調整。

2.3.4 溶液在線凈化流程

溶液在線凈化流程見圖1。

圖1 溶液在線凈化流程

來自微孔過濾器的貧液(<55 ℃)進入催化劑交換器頂部，經過催化劑作用，離子交換樹脂上OH-與溶液中熱穩定性鹽陰離子交換，束縛胺得到釋放，貧液從催化交換器出來后回至第2閃蒸塔溶液出口或者脫碳液地槽。

3 催化劑再生

(1)當催化劑和離子交換樹脂運行一定時間失效后，需對其進行周期性再生處理。關閉催化劑交換器頂部貧液進口閥，打開氮氣閥，將催化劑交換器內剩余貧液完全排入脫碳液地槽。

(2)催化劑交換器內貧液排空后，再延時5～10 min，然后關閉氮氣閥及催化劑交換器貧液出口閥，打開排氣閥。

(3)打開催化劑交換器頂部脫碳稀液進口閥，加稀液約2.5 m3，關閉脫碳稀液進口閥，延時10 min左右，打開催化劑交換器底部貧液出口閥和氮氣進口閥，將催化劑交換器內稀液完全壓入脫碳液地槽。

(4)稀液排凈后，再延時5～10 min，然后關閉氮氣進口閥和催化劑交換器底部貧液出口閥。

(5)提前配好質量分數為4%的氫氧化鈉溶液(約3槽堿液)，保證接觸時間40～60 min。

(6)打開排氣閥，啟動堿液泵并打開堿液進口閥；當堿液從排氣閥處排出后，關閉排氣閥，停運堿液泵。浸泡30 min后，打開催化劑交換器底部堿液排污閥和氮氣進口閥，將堿液排至絡合鐵地槽。

(7)催化劑交換器內堿液排凈后，關閉氮氣進口閥和催化劑交換器底部排堿液閥，打開排氣閥，泄掉催化劑交換器內壓力。

(8)打開催化劑交換器頂部脫鹽水進口閥，當催化劑交換器上部排氣閥有脫鹽水排出后，關閉脫鹽水進口閥和催化劑交換器上部排氣閥。打開氮氣進口閥和催化劑交換器底部排堿液閥，將催化劑交換器內脫鹽水排入絡合鐵地槽。在此過程中，在取樣處取樣檢測pH，應保證pH為8左右；若pH達不到要求，則繼續上述步驟，直至pH達到要求為止。pH達到要求后，將脫鹽水排至堿液槽。

(9)催化劑交換器內脫鹽水排凈后，再延時5～10 min，然后關閉氮氣進口閥和催化劑交換器底部排堿液閥，打開排氣閥。至此，本周期溶液處理過程結束，打開催化劑交換器頂部貧液進口閥和催化劑交換器底部貧液出口閥，進入下一個溶液處理周期。

4 效果分析

溶液處理數據分析比較見表1。

表1 溶液處理數據分析比較

注：2013- 11- 06為處理前，2013- 11- 07至2013- 12- 10為處理后。

由表1可以看出：溶液中殘存雜質質量濃度由880 mg/L下降至424 mg/L，溶液吸收率由53.2% 提高至57.8%，噸甲醇蒸汽消耗由0.78 t降至0.72 t。由此可見，采用MDEA溶液在線處理裝置對溶液進行處理后，脫碳液中熱穩定性鹽、硫化物、鐵離子的含量顯著降低，溶液性能得到改善；溶液對CO2的吸收能力增強；系統蒸汽消耗降低，噸甲醇消耗0.5 MPa飽和蒸汽由0.78 t降至0.72 t，按年產粗甲醇100 kt、蒸汽價格120元/t計，則年節省蒸汽費用72萬元左右，經濟效益非常顯著。

溶液在線凈化技術能勝任溶液的凈化處理，其凈化效果好、效率高、操作方便、催化劑再生快捷，具有較好的推廣應用價值。只要選型適當、工藝設計合理、操作規范，可取得良好的經濟效益。

2014- 01- 16)