降低NHD脱碳液水含量的优化措施

降低NHD脱碳液水含量的优化措施

李  响

（山西晋煤天源化工有限公司，山西 高平  048400）

［摘  要］ 针对夏季“18·30”装置NHD脱碳液水含量超标引起的脱碳系统出口气中CO₂易超标的问题，以及为了适应装置扩能的需要，采取了一系列的优化改造措施，如脱水系统改造、气提空气排水方法优化、降低进脱碳系统工艺气的含水量等，从而降低了脱碳液的含水量，保证了脱碳系统的稳定、高负荷运行，并总结了系统运行管理方面的经验。

［关键词］ NHD脱碳液；水含量；工艺气带水；脱水系统；优化改造

［中图分类号］ TQ 113.26⁺4  ［文献标志码］ B  ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0011-03

山西晋煤天源化工有限公司共有2套“18·30”装置，装置产能为360 kt/a合成氨、40 kt/a甲醇、600 kt/a尿素，其净化系统采用加压NDC湿法脱硫、NHD脱碳工艺，投运10 a以来运行状况基本稳定，但从2012年开始，一到夏季脱碳系统出口气中CO₂就超标，导致双甲工段的甲烷化塔超温，迫使系统降负荷，虽然合成车间采取了在脱碳溶液储槽旁加装板式过滤器（只能处理储槽内部分溶液）以及更换原料气和空气分离器滤网等措施，但从2014年的运行数据来看，效果并不明显，未能从根本上解决问题。而近2 a来公司进行的扩能改造，脱碳单系列通过气量将由设计的107 562 m³/h提高到132 000 m³/h，因此脱碳系统工艺优化势在必行。

1  NHD脱碳系统流程简述

1.1  工艺气流程

来自变换气脱硫装置的变脱气，首先进入气体换热器，与净化气以及CO₂产品气换热后经原料气分离器进入脱碳塔，气体由下而上与塔顶喷淋下来的NHD溶液逆流接触，气体中的CO₂被溶液吸收；脱碳塔顶部出来的脱碳气，经脱碳气分离器、气体换热器后送入精脱硫装置。

1.2  气提流程

气提空气经过滤器过滤杂质后，由空气鼓风机送入空气冷却器冷却，并在空气气水分离器中分离出冷凝水，然后进入气提塔底部去气提含CO₂的脱碳富液，最后从气提塔顶部由空气鼓风机引出。

1.3  脱水流程

NHD溶液具有吸水性，它将原料气和气提空气中的水分吸收而使溶液中水含量增高，当脱碳系统NHD溶液含水量超过3%（质量分数，下同）时，其吸收CO₂的能力就会减弱，因此需要抽出部分溶液进行脱水。具体工艺流程为：从富液泵出口引出部分溶液经过溶液过滤器，再经过溶液换热器C613104A/B（并联）换热后送入脱水塔E613103，脱水塔顶部出来的气相进入脱水塔水冷器C613105，冷凝夹带的NHD溶液并送入冷凝液储槽F613108，之后用冷凝液泵J61306打至生化处理系统；而从脱水塔底部引出的溶液（已脱水），经溶液换热器降温后送至地下槽F61310。脱水过程所需热源由脱水塔内的蒸汽盘管（U形管）提供。

2  存在的问题

2014年5月以来，脱碳系统出口气中CO₂含量一直呈上涨趋势，工艺上也没有作大的调整，各项工艺指标并无较大的变化，但脱碳系统出口气中CO₂含量已达1.38%，严重偏离了厂控指标0.50%；脱水塔运行几天后塔釜温度就开始下降，无法将NHD溶液中的水脱除，车间每10 d对脱水塔填料和加热器进行一次清洗，但也只能维持NHD溶液水含量不上涨，降低了系统加负荷的可能性。当时脱碳系统主要运行数据如表1。

表1  脱碳系统主要运行数据（2014年）

3  原因分析

3.1  温  度

NHD脱碳是一个物理吸收过程，加压降温有利于CO₂的吸收。而温度的控制主要包括入塔气温度和溶液温度的控制。入塔气的温度主要受前工段冷却的效果以及环境温度的影响，在日常的工艺调节中无直接调节手段。而溶液的温度主要依靠外界冷冻装置提供的冷量来调节，操作中经常控制氨冷器的液氨用量以及气氨压力（即加大用氨量以及降低气氨压力）就能显著降低溶液温度，但夏季因整个制冷系统本身的能力有限和全厂各系统冷量平衡的需要，无法给予脱碳系统更多的冷量。

3.2  溶液循环量及工艺气流量

工艺气流量和溶液循环量的匹配程度会直接影响脱碳气中CO₂的含量，如果工艺气流量过大而NHD溶液循环量偏小，将直接导致脱碳气中的CO₂含量超标。公司脱碳系统设计工艺气进口流量为107 562 m³/h、溶液循环量为996 m³/h，由表1可以看出，夏季生产中溶液循环量变化不大，但进口气量则超过设计值10 000 m³/h左右。据以往的运行经验来看，在其他条件相似的条件下，进口气量高会导致脱碳出口气中CO₂含量上涨及超标，但不至于有如此大的影响。因此，溶液循环量和工艺气流量不应该是主要的影响因素。

3.3  溶液中水含量

NHD溶液具有吸水性，原料气和气提空气中的水分被吸收而使溶液水含量增高，当溶液水含量超过3%，就会显著降低其吸收CO₂的能力，因此生产中需要抽出部分溶液进行脱水。而由表1可知，公司脱碳系统NHD溶液水含量远高于厂控指标。因此，NHD溶液水含量高应该是造成脱碳出口气CO₂超标的主要原因之一。

3.4  溶液组分

现场对溶液储槽中的溶液进行取样，与新购的NHD溶液进行对比，发现新购的溶液清澈透明，颜色呈淡黄色，而从储槽中取出的溶液颜色发黑，并且黏稠度大，判断NHD溶液经过长时间的运行已经受到一定程度的污染。由于公司的质检部门不具备对溶液进行分析的条件，于是联系溶液生产厂家对溶液组分进行分析，分析结果为：多聚乙二醇二甲醚混合物94.2%、FeS 0.9%、固体杂质0.6%、萘0.2%、水4.1%。分析数据显示，溶液中含有FeS、萘以及固体杂质，而且其整体比例已经接近2%。分析认为：FeS和固体杂质等黑色悬浮物颗粒，主要是整个系统运行不稳定或者负荷大幅度波动时，前工段出口H₂S超标及工艺气夹带脱硫液，NHD溶液吸收了大量的H₂S等酸性气体并流经碳钢设备及管道时，其表面因冲刷腐蚀所致；而萘的出现则是由于原料煤中有机组分在气体净化过程中没有被除去，逐渐积累形成的。

更多内容详见《中氮肥》2017年第2期