NCMA技术在脱硫脱碳系统中的工业应用

2016-11-29李春霞

安徽化工 2016年4期

关键词：机封贫液脱碳

李春霞

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230022）

NCMA技术在脱硫脱碳系统中的工业应用

李春霞

（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230022）

简要介绍了NCMA工艺在工业项目中的应用情况，着重介绍了应用中出现的问题及改进措施。

合成气；脱碳；二氧化碳；NCMA

我国是以煤为化工主要原料的国家，煤炭资源中含有较高的硫元素。在气化过程中，硫元素和氢生成H2S等杂质，H2S会使各种反应催化剂产生不可再生的中毒现象。水煤气进入变换系统发生变换反应后，合成气中含有大量CO2，CO2的存在会降低有效气分压，对后续反应不利。因而合成气中H2S、CO2的去除效果对装置的正常运行起至关重要的作用。H2S、CO2杂质的去除工艺方法很多，针对不同的工艺装置，选择适宜的脱硫脱碳工艺显得尤为关键。

1　脱硫脱碳工艺在工业项目中的应用

新疆天业电石炉气制乙二醇项目中采用了南化院NCMA法脱除合成气中的H2S和CO2。选择该工艺，主要是基于新疆天业电石炉气进入界区压力只有5KPa（g），从能量消耗角度考虑，必须选择一种在低压力下H2S和CO2脱除率高的工艺。

工艺流程简述：先将电石炉气通过压缩机增压至1.6MPa（g），进入变换系统进行CO/H2的比例调节，由变换工段出来的合成气进入脱硫脱碳装置。经变换气分离器分离冷凝后，进入CO2吸收塔，在此用复合胺脱碳液即NCMA溶液洗涤，合成气先在吸收塔下段用半贫液洗涤，大部分CO2被吸收，然后在吸收塔上段用再生后的贫液洗涤，将净化气中的CO2含量降到0.05%（V），再经过净化气分离器，除去气体中微量的NCMA溶液。从吸收塔底出来的富液进入常解塔顶部减压到0.06MPa（g）解吸；从常解塔顶部出来的气体经过冷却分离，并返回常解塔顶部作为回流液，冷却后的CO2送到后续工序。从常解塔出来的NCMA溶液分成两股：一股降温后循环到吸收塔中部；另一股通过换热后送到再生塔顶部再生。再生过的NCMA溶液经冷却后送到吸收塔的上部进行再吸收；再生塔顶部出来的气体进入常解塔下部作为其再生热源。流程简图见图1。

图1　脱硫脱碳工艺流程简图

NCMA吸收再生原理：NCMA溶液吸收H2S和CO2是单纯的物理吸收过程，根据相平衡数据可知，H2S和CO2在NCMA溶液中的溶解度基本符合亨利定律。表1是NCMA溶剂常温下对H2S和CO2的溶解度。

表1　 NCMA溶剂对H2S和CO2的溶解度

从表1可见，H2S气体在NCMA溶剂的溶解度远大于CO2，当合成气CO2被吸收完成后，合成气中更易吸收的H2S也已被吸收完，得到合格的净化气。因而，净化气中CO2残余量为主要控制指标。

CO2在NCMA溶液中发生的主要反应如下（式中R1、R2、R3为氢或烷基，对于每一种胺不完全相同）：

总反应式为：

反应式（2）对普通醇胺来说，反应极慢，从而影响了整个吸收速度。而对NCMA溶液中的活性胺而言，由于醇胺分子结构中具有位阻效应，因而R1R2NCOOH极不稳定，故反应速度很快。因此使用该复合胺溶液，在同摩尔浓度下与常用的烷醇胺相比，吸收能力提高，再生能耗下降。

2　运行过程中存在的问题及改进措施

在设计脱硫脱碳系统时，处理变换气量为45300Nm3/h（干基），要求净化后气体中CO2含量≤0.05%（干基），有效气损失CO+H2≤0.2%。

2.1 NCMA溶液含杂质过多变黑

脱硫脱碳系统运行过程中，发现NCMA溶液颜色不断加深，且溶液中含有部分不溶物颗粒，溶液吸收效率下降，导致净化气中CO2浓度不达标，最高甚至达到1%（V）。为保证后续生产正常，开始只能通过降低生产负荷来保证净化气纯度。经分析得知，其原因一是开车初期，系统管线清洗不干净；二是前系统催化剂粉尘被合成气带入脱碳系统，造成脱碳溶液变黑且含有不溶颗粒。

解决的措施为增加小型布袋过滤器，使回用的溶液通过过滤器滤掉杂质颗粒，溶液的透明度和吸收能力均得以提升。增加过滤器后，提升负荷至设计负荷，净化气中的CO2浓度达标。

2.2溶液换热器和贫液冷却器换热效果不理想

装置初始运行是在冬季，初期装置运行较平稳，但随着天气转暖，环境温度和循环水温度也不断升高，溶液换热器和贫液冷却器换热效果越来越差，贫液温度较高，导致NCMA溶液吸收效果变差，净化气中CO2和H2S时有超标。分析原因为溶液换热器和贫液冷却器设计面积偏小，冬季时，循环水温度低，可弥补换热面积的不足，系统运行正常；当夏季到来，循环水温度逐步升高，换热面积不足的问题就出现了。

解决的措施为在原有溶液换热器和贫液冷却器后又串联一台换热器，以此来增大换热面积，满足夏季时的贫液温度能达到设计值。串联换热器后，净化气中CO2和H2S含量完全控制在指标范围内。

2.3半贫液泵流量不够及机封更换

在运行过程中，半贫液流量总是达不到设计值，半贫液泵的机械密封总是漏液。运行初期机封泄漏，只是进行了简单的更换。更换后使用一个多月，机封又出现泄漏问题。针对这种情况，和设备厂家共同进行原因分析，由于设备厂家对NCMA溶液性质不了解，仅按照水的性质进行设计制作，以致引发上述问题。

设备厂家根据NCMA溶液性质，对泵叶轮进行了改进，同时将泵机封形式由单端面密封改为双端迷宫密封。改造完成后，半贫液流量达到设计值，机封不漏液，运行正常。