河南能源化工集团中原大化公司合成氨厂采用苯菲尔法脱碳工艺,2013年2月大修后开车以来,脱碳碱液经常出现起泡现象,严重时会发生拦液;同时碱液起泡造成CO2气体纯度波动,最低达到94%左右,严重影响尿素装置的安全、稳定运行。为解决脱碳碱液起泡问题,我们进行了原因分析,并采取了处理措施。
原因分析
1.碱液中有机杂质含量高
碱液中如果含有过多有机杂质,会使碱液起泡后表面张力增大,碱液出现拦液现象,严重制约系统高负荷生产。
2008年5月,通过管线改造将甲醇系统多余的弛放气(约20000 m3/h)引入合成氨装置,用来提高合成氨负荷(可多产合成氨逾60 t/d)。但将甲醇弛放气引入系统后,脱碳液很容易起泡,按常规量加入消泡剂,效果很不理想。经分析,发现工艺气冷凝液中甲醇含量大幅上升,说明弛放气中含有一定量的甲醇等有机物带入到脱碳液中,造成脱碳液比较脏,易起泡。低变气中的少量有机物质长期积累也造成碱液中有机物(甲醇、甲醛、甲酸等)增加。
2. 设备腐蚀严重,碱液中铁离子含量高
苯菲尔溶液对碳钢设备会产生电化腐蚀,生产中为降低溶液的腐蚀性,向溶液中加入V2O5作为缓蚀剂。但脱碳系统自2013年2月以来V5+的浓度一直较低(0.20%~0.30%),这种含量不能对装置的钝化膜形成足够的保护,当系统腐蚀加剧时就会出现铁离子上涨,铁离子会附着在气泡表面使相邻气泡间的液膜不易粘结,使气泡更加稳定,起泡现象加剧,进而引起再生效果不好,CO2气体纯度下降。
导致脱碳溶液中铁离子升高及V5+浓度下降的主要原因是:(1)装置大修时,脱碳系统更换了五级喷射泵的出口管线,再开车脱碳钒化时,新更换的管线钒化不到,不能形成钝化膜,造成铁离子较高;(2)脱碳溶液经常发生起泡,向溶液中加入了过多的缓蚀剂和消泡剂,加速了设备腐蚀;(3)生产中排放的二氧化碳冷凝液会造成V5+少量损失;(4)低变气中含有大量还原性物质,将V5+还原成V4+或更低价钒,这是V5+浓度降低的主要原因。
3.催化剂粉尘带入脱碳系统
2012年12月装置大修期间更换了高温变化炉催化剂,该催化剂含有的粉尘逐渐进入到脱碳系统形成积累,造成碱液脏,易起泡。
处理措施
1.减少带入碱液中的有机物含量
暂停引入甲醇系统弛放气,以减少带入脱碳系统的甲醇等有机物含量,避免碱液起泡进一步加剧。提高水碳比至3.2,降低低变入口温度至202 ℃,减少副产物产生几率。
2.加大过滤量
制作1个上层铺设耐温滤布、下层装活性炭的组合式过滤装置,从再生塔导淋退液,利用静压差使碱液经过新增加的过滤槽。
3.提高总钒浓度和V5+浓度
将总钒浓度控制在0.8%~1.1%,V5+浓度控制在0.3%~0.4%。
4.稳定负荷
稳定系统负荷,根据具体情况可适当降低负荷,防止系统压力波动较大。二氧化碳吸收塔入口温度控制在102~103 ℃,并保持稳定。
5.降低ΣK浓度
当铁离子含量升高后,及时稀释溶液,浓度按28.5%左右控制,降低高浓度溶液冲刷力强的影响,减少冲刷腐蚀。同时将分析频率增加为2次/班,加强对Fe3+、V5+等的观察、分析,以确保在满足工艺生产的情况下溶液中的ΣK浓度不超高。
采取以上措施后,2013年5月脱碳系统起泡现象被遏制,再生的CO2气体纯度达到了98.5%以上,确保了装置安全、稳定运行。