浅谈脱碳系统MDEA溶液浓度低的危害与操作改良

浅谈脱碳系统MDEA溶液浓度低的危害与操作改良
作者：范林虎
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第09期
摘要：合成氨装置脱碳溶液系统采用的是目前国内低耗能的MDEA溶液（甲基二乙醇胺）脱除变换气中CO2，以此获得CO2≤0.1%的净化气，并为尿素装置提供CO2≥98.5%的再生气，同时也是除去合成催化剂的毒物CO2；该工艺是合成氨生产中极为重要的操作工序，通过操作维护的优化，确保了合格的CO2外送气体。

关键词：脱碳系统操作；MDEA溶液浓度；分析设备腐蚀；水平衡控制
1 现状和存在的危害
公司合成氨厂有两套年产20万吨的合成氨装置，其中脱碳系统为该两套装置生产工艺中均有的一个净化工序，该净化工序主要是以低耗能的MDEA溶液（甲基二乙醇胺）脱除变换气中CO2，此方法也称之为溶液吸收法。

那么在生产过程中自然关注程度最高的就是该系统中MDEA溶液浓度问题，在合成氨两系列装置脱碳系统自运行以来溶液浓度数据最高400g/l，最低100g/l比正常运行指标低很多，正常运行指标为400～500g/l。

1.1 溶液浓度低的具体原因分析
①受溶液采购补加量限制，在装置脱碳系统溶液浓度较低（200～300g/l）的情况下，每次采购溶液只能采购20～30吨，分开两系列装置各添加10吨，对于已经较低浓度的脱碳系统来说起到的作用很微弱，导致两系列脱碳溶液浓度长期提升不了，不但影响系统稳定运行，还造成了系统设备、管线、阀门的腐蚀从而降低了使用寿命；
②脱碳系统现场长期存在微泄漏现象不断，在装置运行、检修或紧急事故状态下，由于操作监控不到位（也就是常说的人为因素）致使溶液长期微泄漏或短期大量泄漏，是造成目前脱碳系统浓度长期提升不了的原因之一。

1.2 现存在的实际问题
①由于脱碳系统溶液浓度长期偏低，致使装置今年6～7月份一系列装置脱碳溶液板式换热器进口自动调节阀FV-309阀体腐蚀穿孔泄漏；8月份二系列装置脱碳系统同样的阀门也因阀体腐蚀穿孔泄漏。

从脱碳溶液板式换热器进口自动调节阀FV-309阀体腐蚀穿孔情况看，脱碳系统设备（吸收塔（不锈钢材质）、再生塔（碳钢材质）、富液闪蒸塔）很可能也存在被腐蚀或塔壁变薄现象，若不及时提升溶液浓度，在正常生产过程中存在很大安全隐患；
②目前从实际溶液消耗成本来说就已经超指标了，两系列装置设计消耗MDEA溶液指标为每套装置24吨/年，合计48吨/年，费用约172.8万元。

但实际生产中就2014年前10个月就已经消耗达60吨，费用60吨约216万元。

2 操作维护改良
①对于高出这么多的费用，使得合成氨厂液氨生产成本加大，产耗管控工作很被动。

对此，我们进行了市场上MDEA溶液询价、比价，同时也要求原供货商进行调整供货单价；
②溶液组份的控制：MDEA溶液中除活化剂哌嗪和消泡剂外，还存在着少量的有害杂质对系统的稳定运行造成影响，因此在维护中要切实做好溶液管理维护工作，防止设备腐蚀并降低化学药品的消耗；
③循环量及液位的控制：脱碳溶液循环量的大小要根据溶液的工艺负荷、总溶液浓度的变化进行相应的调节。

为了防止入塔气量波动造成CO2超标，一般维持略微偏高的循环量控制，如果过高则可能冲坏塔的内件或对管道设备钝化膜磨损造成冲刷腐蚀。

一般贫液量FIC-302控制在≤300t/h；半贫液量FIC-304控制在≤1100t/h左右。

同时液位的控制也极为关键，脱碳系统的液位是该工段最重要的控制项目，液位的正常稳定控制是确保脱碳出口净化气中CO2指标的基础；
④设备及管道、阀门的防腐控制：目前合成氨装置脱碳进口温度，特别是二系列装置脱碳系统进口温度高时达到85℃，高于指標13℃，把工艺冷凝液带入脱碳系统，导致脱碳系统水平衡失衡，加上一部分跑冒滴漏，造成溶液浓度长期偏低。

其次，脱碳系统的CO2温度升高时或者压力降低后会从溶液中解析出来，如果系统溶液浓度越低，CO2越容易解析出来在碳钢设备上造成腐蚀，随着使用时间的延长及MDEA的降解，胺液的浓度逐渐降低，原料气中的其他酸性组分如HCN、NOx等亦可与金属反应生成相应的盐类，这些介质在MDEA再生时不会分解，腐蚀性逐步增强，长时间会造成严重的设备腐蚀后果；
⑤MDEA溶液采购及浓度的及时提升：根据目前装置脱碳溶液浓度的运行和采购情况，我们进行了论证计算，需要一次性向两系列装置脱碳系统采购40～60吨MDEA溶液进行浓度提升，在采购周期上进行压缩，尽快消除脱碳系统设备、管线、阀门的腐蚀或塔壁变薄现象的安全隐患；
⑥脱碳MDEA溶液系统现场各排液导淋及回收口改造：把原有的排液导淋根据实际操作情况进行压缩，拆除不必要的导淋，减少漏液管理上的负担；把原有溶液回收总管清洗清理疏通，对总管上的漏液回收口形状、大小进行改良；同时统一对脱碳系统各机泵的密封液、检维修时的溶液排放等严格规定回收再利用，确保不浪费一滴溶液。

3 结束语
综上所述可知，脱碳溶液管理好坏和MDEA溶液浓度、各塔液位、温度、压力、流量等参数的控制是否得到优化，是确保脱碳系统出口CO2指标正常的关键。

只要我们严格认真地加强对溶液管理，对现场跑冒滴漏的管理、及时消除溶液的漏损和持续进行工艺参数的优化控制，使装置安全稳定连续的运行，就能确保外送CO2的各项指标正常和大大减少MDEA溶液的消耗，从而也降低了液氨生产成本。

参考文献：
[1]邓建强.化工工艺学[M].北京：北京大学出版社，2009.。