堿液系統問題淺析及對策

劉紅安，史戰軍，王 勇

（河南煤化集團中原大化公司，河南 濮陽 457004）

1 改良苯菲爾工藝流程介紹

中原大化合成氨裝置采用的是改良苯菲爾工藝的堿液系統，工藝氣依次通過氣體冷卻器05E001，再沸器05E002及脫鹽水預熱器05E009，從而得以產生低壓蒸汽并加熱了脫鹽水。工藝氣冷卻到95℃左右，自吸收塔05C001下部進入，與塔頂噴淋下來的吸收液逆流接觸。經下塔吸收后的氣體CO2含量降至0.4%，再經上塔吸收，從塔頂出來的工藝氣，溫度為70℃，CO2含量降至0.1%，而后經分離器05F002回收隨氣體帶出的脫碳液。

吸收塔底部流出的富液，經水力透平05MT01送至解吸塔頂部，脫碳液減壓閃蒸出來部分蒸汽和CO2，然后再經解吸塔，與再沸器05E002及閃蒸槽05D002返回的蒸汽逆流接觸，實現汽提，達到了再生目的。解吸塔底部流出的脫碳液，入閃蒸槽05D002，經過五級閃蒸壓力降至0.89×105Pa，此時的溫度為100℃，閃蒸釋放出來的蒸汽由蒸汽噴射器05A001、05A002、05A003、05A004 和 蒸 汽 壓 縮 機05K001注入解吸塔。再生后的脫碳液，經貧液泵05P001A／B送出，分兩路送入吸收塔：入上塔的脫碳液經過熱水加熱器05E010B／A，將脫碳液冷卻到70℃；另一路脫碳液直接送入下塔。脫碳系統流程如圖1所示。

圖1 脫碳系統流程示意

2 脫碳系統問題分析及對策

2.1 堿液再生不徹底的分析及對策

2.1.1 原因分析

堿液系統的碳酸鉀堿液已經使用20多年，多年的累積，堿液系統的雜質增多，特別是2009年引用甲醇弛放氣后，進一步加重了堿液中的雜質含量，致使堿液再生不徹底。另外，在沒有開水力透平05MT01時，部分堿液的再生是通過調節閥LV05007B來進行減壓再生的，在這種情況下，LV05007B的閥位過大會造成再生不徹底。

2.1.2 對策

首先，對儲槽05T001和地下槽05D002進行清理，盡量減少帶入堿液系統的雜質；然后，地下槽05D001與系統中的堿液打循環。其好處有二，一是可以使堿液中一些雜質在地下槽進行沉淀，二是可以幫助部分堿液進行再生。接著，可以把05MT01開起來，通過05MT01做功可以促使堿液再生。若05MT01無法啟動，則可以用05MT01的旁路閥與LV05007B進行雙通路減壓法以促使堿液再生，其流程如圖2所示。

2.2 鐵離子高的分析及對策

2.2.1 原因分析

分析測量鐵離子的方法是先向堿液中加入冰醋酸，加入冰醋酸就是為了將堿液中的氧化鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵等一些不溶于堿液的含鐵的懸濁物轉化成鐵離子或亞鐵離子，再用鹽酸羥胺將三價鐵離子轉變為二價鐵離子；當溶液pH值在3～5時，亞鐵離子與鄰菲羅啉反應生成桔紅色絡合物，然后用比色法測定。從化驗室測量鐵離子的方法可知，測量鐵離子其實就是測量堿液中含鐵物質的總量。

圖2 雙通路減壓節流膨脹法堿液再生流程示意

據化驗室檢測鐵離子的方法知，堿液系統中的鐵并不是以鐵離子形態存在，而是以氧化鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵等形態，并以懸濁液的方式存在于堿液系統之中。由此分析鐵離子高的原因：一是在釩化過程中有部分管道并沒有進行徹底釩化，致使管道氧化物進入堿液系統；二是堿液在流通過程中沖刷管道和設備，致使管道和設備表面的氧化鐵鈍化膜脫落，而且管道和設備表面的氧化鐵鈍化膜脫落后并不能及時再形成，使管道和設備進一步腐蝕，從而增加了堿液中鐵離子含量。

2.2.2 對策

儲槽05T001進行徹底清理，然后由系統向05T001退堿液，沉淀4～6h，這樣可以將堿液中以懸濁物形式存在的氧化鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵等化合物部分沉淀出來，然后再定期清理05T001。

地下槽05D001進行徹底清理，將05D001液位控制60%～70%，然后05D001堿液自身進行循環，并在05D001堿液中通入空氣，從而提高堿液中五價釩離子含量，這樣，已脫落氧化鐵鈍化膜的管道和設備可快速建立鈍化膜。采取以上措施后，堿液中鐵離子和五價釩含量的變化如表1。

表1 堿液中Fe2＋／Fe3＋ 和 V5＋含量變化（2012年）

2.3 蒸汽壓縮機跳車原因分析及對策

2012年5月以來，蒸汽壓縮機05K001多次跳車，查找原因，發現造成蒸汽壓縮機跳車的兩個跳車聯鎖——入口壓力低聯鎖P05045（聯鎖值－0.025×105Pa）和出口溫度高聯鎖T05054（聯鎖值197℃），都沒有達到聯鎖值。因此，這兩個聯鎖都沒有引起蒸汽壓縮機跳車。

2.3.1 原因分析

從工藝角度分析，因前系統堿液再生不徹底，造成進入閃蒸槽05D002半貧液中含有大量的KHCO3，從而增加了05D002的負荷，進而影響蒸汽壓縮機負荷。在進入蒸汽壓縮機之前四級蒸汽噴射泵因P05010壓力低造成噴射泵動力不足，使大量的閃蒸負荷轉移到蒸汽壓縮機。蒸汽壓縮機入口氣體組分主要是大量的蒸汽（即H2O，分子量18）和少量的CO2（分子量44），由于前系統帶來了大量的KHCO3，在蒸汽壓縮機入口閃蒸出大量CO2，改變了蒸汽壓縮機入口物料組分及質量，從而造成蒸汽壓縮機過載跳車。

2.3.2 對策

通過地下槽05D001與系統中的堿液打循環、雙通路減壓節流膨脹法促進堿液再生、啟動05MT01來提高出再生塔05C002堿液的再生，從而減少進入閃蒸槽05D002半貧液中KHCO3含量。

增大05E001的產汽量，提高蒸汽壓力P05010，從而提高前四級噴射泵的動力（增加負荷），進而減少蒸汽壓縮機的負荷，保證蒸汽壓縮機的長時間穩定運行。

2.4 CO2純度低的原因分析及對策

2012年5月以來，堿液系統起泡嚴重，甚至出現了液泛，CO2純度急速下降，分析數據如表2所示。

表2 CO2純度分析（2012年） %

2.4.1 原因分析

堿液系統起泡嚴重和出現液泛時，再生塔05C002及05D002的CO2再生不徹底，其影響有兩方面：一是大量的CO2沒有再生出來，降低了釋放出的CO2的總量；二是進入吸收塔05C001的堿液帶入了大量的氣泡，在堿液與工藝氣充分接觸時，會使工藝氣中的其他氣體（如N2、H2等）進入到氣泡之中，再生時氣泡中的N2、H2等進入CO2氣中，從而影響CO2純度。

2.4.2 對策

通過地下槽05D001與系統中的堿液打循環、雙通路減壓節流膨脹法促進堿液再生、啟動05MT01來提高出再生塔05C002堿液的再生，增加釋放出來CO2的總量；保證蒸汽壓縮機的長時間穩定運行，減少進入吸收塔05C001氣泡，進而減少堿液中夾帶其他工藝氣（如N2、H2等）的量，由此提高了CO2純度。

3 結 語

我公司合成氨裝置堿液系統經過20多年的運行，其中帶入了大量的雜質，造成堿液系統一系列的問題。采取以上措施后，堿液系統的問題得到了一定程度的緩解，但未能從根本上得到解決。如要徹底解決，必須更換堿液，并將堿液系統進行徹底清洗。