MDEA脫碳系統(tǒng)生產(chǎn)中的問(wèn)題及優(yōu)化

董日新

摘? ?要：MDEA溶液用于脫除工藝氣體中CO2，H2S等酸性氣體雜質(zhì)，因具有較高的處理能力、較低的反應(yīng)熱和腐蝕性以及溶液穩(wěn)定等特點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)許多脫碳裝置均采用MDEA法。文章分析了在MDEA脫碳系統(tǒng)生產(chǎn)中的各種問(wèn)題，同時(shí)提出科學(xué)的優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：MDEA脫碳系統(tǒng);生產(chǎn);問(wèn)題分析;優(yōu)化策略

相較于傳統(tǒng)的醇胺溶劑而言，MDEA溶液存在容易發(fā)泡的缺點(diǎn)，這將導(dǎo)致溶液凈化效率降低、溶液再生不合格、霧沫夾帶嚴(yán)重使溶液損耗增加、系統(tǒng)處理能力嚴(yán)重下降、凈化氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等一系列問(wèn)題，不僅影響裝置正常運(yùn)行，還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以，為有效控制脫碳系統(tǒng)MDEA溶液發(fā)泡問(wèn)題，進(jìn)行了相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研工作，通過(guò)分析MDEA脫碳系統(tǒng)生產(chǎn)中的問(wèn)題，提出科學(xué)的解決策略。

1? ? 多胺MDEA脫碳溶劑概況

多胺MDEA脫碳溶劑是以甲基二乙醇胺為主劑，添加多種活化劑、加速劑、消泡劑的脫CO2新專利，主要用于工業(yè)合成氨中脫除CO2。該溶劑對(duì)CO2有特殊的溶解性，具有對(duì)碳鋼設(shè)備不腐蝕、CO2凈化度高、吸收能力高、熱能耗低、溶液損失少等許多優(yōu)點(diǎn)。多胺MDEA脫碳溶劑可推廣應(yīng)用于各種工況的工業(yè)化裝置，經(jīng)過(guò)上百套裝置的應(yīng)用，生產(chǎn)裝置運(yùn)行平穩(wěn)正常，達(dá)到了脫碳、節(jié)能降耗的效果，目前已有一套完整的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

生產(chǎn)操作規(guī)程就是溶液配制。將多胺MDEA脫碳溶劑與脫鹽水按比例配制，根據(jù)不同裝置處理量和精度（±45.00%），配制在地下槽，然后打入系統(tǒng)。

（1）控制吸收塔、閃蒸罐、再生塔液位，控制凈化氣CO2含量在指標(biāo)內(nèi)，堅(jiān)決杜絕高壓氣體串入低壓系統(tǒng)及吸收塔液位過(guò)滿造成的帶液事故。

（2）每次氣水分離器液體排放和回收量都詳細(xì)記錄以觀察一段時(shí)間的系統(tǒng)是否正常。

（3）溶液換熱器、吸收塔、氣水分離器及其他設(shè)備排污時(shí)，排污閥不得開(kāi)得過(guò)大，以免溶劑噴出，增加損耗。

（4）發(fā)現(xiàn)泵、設(shè)備、閥門外漏時(shí)應(yīng)及時(shí)回收。

（5）注意再生塔壓力變化，及時(shí)與調(diào)度聯(lián)系，避免壓力過(guò)高或負(fù)壓。

（6）按時(shí)分析脫碳溶液，及時(shí)添加脫鹽水或補(bǔ)充胺液。

（7）當(dāng)外界工藝指標(biāo)如蒸汽壓力、原料氣溫度等急劇變化引起本系統(tǒng)操作失衡時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)告并作出相應(yīng)處理。

（8）根據(jù)凈化氣CO2含量的高低，相應(yīng)調(diào)節(jié)貧液流量和溫度，調(diào)節(jié)再沸器出口溫度，調(diào)整脫碳胺液再生度。

2? ? MDEA溶液發(fā)泡原因分析

氣泡是一定體積的氣體被液體包圍所形成的多相不均勻系統(tǒng)，它有兩個(gè)主要指標(biāo)：氣泡結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。干凈的MDEA溶液雖然具有發(fā)泡的傾向，但其氣泡極不穩(wěn)定，不會(huì)影響裝置正常運(yùn)行，只有當(dāng)外來(lái)物質(zhì)增強(qiáng)了氣泡的穩(wěn)定性時(shí)，溶液才會(huì)發(fā)泡。下列因素是引起MDEA溶液發(fā)泡的主要原因。

2.1? 固體顆粒

固體顆粒聚集在氣泡的液膜中，增加了表面黏度和液膜中液體流動(dòng)的阻力，減緩了液膜的排液，從而增加了氣泡的穩(wěn)定性。溶液中的固體顆粒主要有以下幾種：首先，管線上的鋼渣和碳鋼設(shè)備的腐蝕產(chǎn)物FeS，F(xiàn)e（OH）3等，在高速氣體和液體的長(zhǎng)期沖刷下，會(huì)逐漸剝落于溶液中;其次，用于過(guò)濾的活性炭在使用中逐漸粉化變細(xì)，夾帶入溶液中;再次，加入的化工物料（如軟水）中有不溶性雜質(zhì)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，發(fā)現(xiàn)A套裝置的溶液顯黑色（正常情況下為無(wú)色至淡黃），且靜置后有固體顆粒析出，如圖1所示。B套裝置的溶液顏色正常。隨后分別取再生塔A、再生塔B上清液，并外送第三方進(jìn)行顆粒度分析，檢測(cè)結(jié)果顯示，再生塔A的清潔度為NAS 8，再生塔B的清潔度為NAS 10，再次證實(shí)了A套裝置有固體顆粒析出。

2.2? 熱穩(wěn)定性鹽

MDEA溶液與系統(tǒng)中的氧或酸性雜質(zhì)如甲醇等反應(yīng)能生成一系列很難再生的酸性鹽，通常稱為熱穩(wěn)定性鹽（HSAS），包括甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽等。這些物質(zhì)在溶液中累積至一定程度后，就會(huì)改變?nèi)芤旱膒H、黏度、表面張力等性質(zhì)，從而引起溶液發(fā)泡。通過(guò)對(duì)A套裝置進(jìn)行取樣并外送常州大學(xué)進(jìn)行熱穩(wěn)定性鹽檢測(cè)，測(cè)量值為3.3.0%。研究表明，當(dāng)熱穩(wěn)定性鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5.0%時(shí)，會(huì)使溶液的黏度上升，表面張力上升，導(dǎo)致溶液發(fā)泡，同時(shí)還會(huì)造成有效胺的損失，并極易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕。

2.3? 溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)高

MDEA溶液的黏度隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，當(dāng)黏度較大時(shí)，有利于液態(tài)烴、固體顆粒等雜質(zhì)在MDEA溶液中分散，進(jìn)一步增強(qiáng)了液膜的黏度，促進(jìn)了泡沫的生成和穩(wěn)定，一般建議質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在40.00%左右。為準(zhǔn)確測(cè)定溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)油田化學(xué)分公司對(duì)再生塔A進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣（3份），并分別進(jìn)行了質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：該司送至第三方進(jìn)行了含水量檢測(cè)（67.00%），由此推斷MDEA溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于33.00%;第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用色譜法進(jìn)行了質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)，檢測(cè)值為26.90%;生產(chǎn)廠家采用同樣的色譜法進(jìn)行了質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)，檢測(cè)值為26.67%。從以上檢測(cè)結(jié)果可知，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為27.00%，遠(yuǎn)低于指標(biāo)（40.00%），因此可判斷溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)并非此次發(fā)泡的原因。

2.4? 其他原因

消泡劑消耗為一個(gè)重要的因素，裝置長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)導(dǎo)致原MDEA溶液中的消泡劑組分不斷地被帶出和降解，從而導(dǎo)致溶液發(fā)泡。另外，當(dāng)處理量變化幅度較大時(shí)，循環(huán)量未及時(shí)做調(diào)整也會(huì)引起溶液發(fā)泡。

3? ? MDEA溶液發(fā)泡解決的舉措

通過(guò)詳盡的分析，找出導(dǎo)致MDEA溶液發(fā)泡的主要因素為固體顆粒及熱穩(wěn)定性鹽。建議對(duì)應(yīng)的解決措施如下。

首先，對(duì)于溶液中存在固體顆粒的情況，特別是A套裝置，需加強(qiáng)機(jī)械過(guò)濾，且過(guò)濾精度在5 μm以上;其次，針對(duì)熱穩(wěn)定性鹽含量高的情況，可以將其投入活性碳過(guò)濾裝置，建議由裝置設(shè)備廠家推薦合適的濾袋，確?；钚蕴挤刍也粫?huì)進(jìn)行系統(tǒng)的方式處理，或者是定期半年外委檢測(cè)熱穩(wěn)定性鹽，如系統(tǒng)脫碳效果下降明顯，或者熱穩(wěn)定性鹽檢測(cè)值有繼續(xù)上升的趨勢(shì)，則建議進(jìn)行溶液更換，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)腐蝕加劇等問(wèn)題;接下來(lái)，鑒于當(dāng)前溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，脫碳效果尚可，建議暫不進(jìn)行溶液更換，但需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充;另外，考慮到現(xiàn)場(chǎng)消泡劑存放時(shí)間太久，建議進(jìn)行少量更換補(bǔ)充，仍采取當(dāng)前的加注方式，即在出現(xiàn)發(fā)泡趨勢(shì)的時(shí)候再加注消泡劑，原則上每次消泡劑的注入量在1 kg以內(nèi)，特殊情況下可連續(xù)注加;最后，在保證脫碳效果合格的前提下，建議將循環(huán)量隨著處理量的變化進(jìn)行調(diào)整。在處理能力、溫度、壓力、質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，天然氣處理量按80 000～200 000方/h，胺液循環(huán)量按500方/h，建議按如下調(diào)整：X/Y=500/200 000，其中X循環(huán)量，Y為天然氣處理量。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

為了有效控制脫碳系統(tǒng)MDEA溶液發(fā)泡等不良的問(wèn)題，相應(yīng)的工作人員也應(yīng)該深入掌握MDEA溶液的理化性質(zhì)、化驗(yàn)控制指標(biāo)、操作注意事項(xiàng)、常見(jiàn)問(wèn)題、對(duì)應(yīng)解決措施等較多方面的內(nèi)容。通過(guò)減少或者避免MDEA脫碳系統(tǒng)生產(chǎn)中的問(wèn)題，提升溶液凈化效率以及溶液再生的合格率，增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。

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