浅谈mdea溶液脱碳系统的优化

马文郑 杜佳敏

摘 要：对典型的MDEA吸收流程进行分析表明，MDEA溶液再生能耗较大，过程物流能量未得到充分利用。介绍 MDEA脱碳装置消泡剂添加方法和量的优化以及改进情况， 换热器结垢和堵塞的处理措施， 系统优化运行的方法以及注意事项。

关键词：MDEA脱碳； 消泡剂； 结垢； 优化运行

我公司合成氨装置 MDEA脱碳系统采用德国 BASF 公司的活化 MDEA专利脱碳技术， 该工艺技术是低能耗的脱碳工艺， 为两段吸收、 两段再生流程。

1 工艺流程

变换气进入二氧化碳吸收塔下段， 大量的二氧化碳在此段被 MDEA 半贫液吸收， 剩余二氧化碳在上段用 MDEA贫液吸收。 出吸收塔的工艺气二氧化碳含量小于 1 000 .10- 6。 在吸收塔底部引出的吸收了二氧化碳的富液， 经半贫液泵透平回收能量后， 降压到 0 .7 M Pa 送到中压解吸塔， 在此解吸出大部分氢气和少量的二氧化碳，解吸气从塔顶引出， 作为燃料送到蒸汽转化炉。出中压塔的溶液进入低压解吸塔， 利用来自再生塔的二氧化碳气汽提溶液中的二氧化碳， 出低压塔的二氧化碳经冷却分离后作为产品外送。

低压解吸塔出来未完全再生的 MDEA半贫液分为两部分： 一部分（ 作为脱碳主要部分） 送入吸收塔循环脱碳， 另一部分送再生塔再生后， 以贫液的形式送吸收塔顶部吸收 CO 2。

2 活化 MDEA 脱碳工艺的优点

（ 1） MDEA 溶液具有较强的选择吸收能力。

（ 2） 对 CO2 等酸性气的吸收好， 兼有物理和化学吸收的作用， 溶液负载量大， 净化度高。

（ 3） CO 2 与该溶液的溶解热低， 再生温度低， 所以综合能耗低。

（ 4） 稳定性好， 不易降解。

3 加消泡剂方法的改进和优化

泡沫是导致塔载液的主要原因。 装置设计是利用泵向系统注入消泡剂的方法消泡， 但由于消泡剂不易溶于水、 粘度大， 操作很不方便。 利用既有动力（ 贫液泵） ， 另外增设了一个小容器， 通过开关各手动阀加消泡剂。 优点是节能、 快捷、便于安装， 可以有选择地连接消泡剂加入点。优化程序 事先将消泡剂定量灌装小容器若干， 为防止消泡剂化合物分解， 规定加消泡剂前进行摇动搅拌， 使有效成分充分互溶。

4 消泡剂加入剂量和优化

据有关资料介绍， 消泡剂是一种有机溶剂， 它的使用会导致 MDEA 粘度增加， 给溶液带来负面影响。 装置设计为每 1 ～ 2 d 加入消泡剂 1 ～2 ml/ m 3。 基于以上原因， 实际生产中不建议频繁加入消泡剂。 操作人员日积月累总结出一套物理消泡的方法： 溶液发泡最先表征为低压解吸塔压降的变化（ 通常是变大） ， 此时可采取降低低压解吸塔压力的方法进行消泡。

5 净化系统换热器的问题及优化措施

本装置脱碳工艺中采用了三组板式换热器，分别为贫液/ 半贫液热交换器 （ E1413） 、 贫液水冷器（ E1414） 、 二氧化碳水冷器（ E1415） 。 其中，贫液/ 半贫液热交换器和贫液水冷器都有结垢和堵塞的问题。 造成 T I14089 在 60 以上（ 指标温度是 45 ） ， 贫液流量不能达标和贫液泵发生气蚀， 使泵损坏等， 影响脱碳运行。针对以上结垢及堵塞现象， 采取了一系列措施： 将贫液水冷器由板式换热器更换为列管式，换热面积由 89 m2 增大到 640 m2 ； 贫液半贫液热交换器采用拆装清洗法， 用高压清洗设备彻底清除板片上的结垢物及遗留在设备内部的杂物。

以上措施有效防止了 MDEA脱碳装置中板式换热器的堵塞问题。 TI14089 由 60 降低到35 ， 贫液流量从 23 000 kg/ h 达到了指标范围内（ 60 000 kg/ h） ， 贫液泵气蚀现象也不再出现，满足了生产需要。 换热面积的增加， 降低了贫液的温度和溶液的流量， 提高了溶液的负载量。

6 系统优化运行措施

（ 1） 针对液位计波动及卡涩问题， 在液位计与塔体法兰间临时安装了金属滤网， 定期对液位计浮子进行清理。

（ 2） 加大溶液的旁滤量， 同时加大 S1451～S1453 机械过滤器滤芯的清洗、 更换频次。

（ 3） 检查处理再沸器 E1412 内漏， 解决再生塔塔顶与塔底无温差的问题。

（ 4） 优化调整溶液系统的热负荷， 调整入再沸器 E1412 工艺气量和温度， 优化控制转化入炉水碳比， 改善溶液系统的热平衡。

（ 5） 优化稳定与系统相关的自动调节控制，确保溶液系统液位、流量、压力、温度等参数稳定。

（ 6） 投用吸收塔出口富液水力透平， 回收并降低富液动能， 促进溶液系统稳定运行。

（ 7） 针对系统起泡趋势， 根据系统起泡易发生在低压塔的实际情况， 通过低压塔压差变化定期调整中压塔压力， 采用降低压力的方式消泡。

7 溶液系统优化运行注意事项

（ 1） 避免操作波动大。 若系统加减负荷过快、 系统压力波动过大特别是低压塔塔顶压力波动、 再沸器供热过大， 会造成气液接触速度过快， 溶液搅动过分激烈， 造成起泡。

（ 2） 合理调节参数， 确保在设计指标之内。

（ 3） 保持系统和溶液的清洁， 避免机械杂质及油污带入系统。

（ 4） 溶液濃度不应低于 30%， 否则系统将出现腐蚀。

（ 5） 保证溶液浓度与活化剂浓度的比例合适， 活化剂浓度应控制在 3% ～ 5%， 偏差过大不利于控制起泡。

8 结 语

加强现场管理， 优化工艺， 优化消泡剂的加入方法、 频率， 是保证合成氨 MDEA脱碳系统稳定运行的必要措施。 必要时清洗换热器， 寻找系统规律， 零排放， 减小能耗也是保证装置高效运行的必要途径。

节能降耗显著， 运行费用明显降低， 工艺流程简化， 作为更新换代新技术具有更强的竞争力。

参考文献：

[ 1] 何家明. 变压吸附脱碳（ PSA） 抽真空流程和全吹扫流程的运行比较 [ C] 全国气体净化信息站 2007 年技术交流会论文集， 2007.

[ 2] 何家明， 李贞亿等. 变压吸附脱碳（ PS A） 提纯装置在我厂的使用总结 [ C]全国气体净化信息站 2007 年技术交流会论文集， 2007. [ 3] 陈健等. 我国变压吸附技术的工业应用现状及展望 [ J ] .化工进展， 1998， 18 （ 1） ： 14～ 17.

[ 4] 管英富等. 常温高效变压吸附提纯一氧化碳新技术 [ J ] .天然气化工， 2007， 32 （ 1） ： 61～ 63.

[ 5] 马迎丽等. 变压吸附脱碳在合成氨生产中应用的讨论 [ J ] .氮肥技术， 2010， 31 （ 1） ： 31， 45.