NHD脫碳溶液水含量高的原因及應對措施

(1.河南理工大學，河南 焦作 454000；2.山西晉煤天源化工有限公司，山西 高平 048400)

山西晉煤天源化工有限公司成立于2004年10月18日。初始設計生產規模為年產合成氨360 kt、甲醇40 kt、大顆粒尿素600 kt。經過幾年的發展，生產能力不斷提高，現已形成年產420 kt合成氨、40 kt甲醇、700 kt大顆粒尿素的規模。

1 工藝流程簡介

我公司合成氨裝置造氣系統采用常壓固定床間歇制氣法，半水煤氣脫硫和變換氣脫硫均采用堿液+NDC法脫硫，變換為全低變鈷鉬催化法，全套裝置工藝流程見圖1。其中，脫碳系統為雙系列(單系列含1臺脫碳塔、1臺氣提塔)并聯運行，脫碳塔φ4 000×57 970 mm、V440 m3，處理氣量110 000 m3/h；氣提塔φ3 000/φ4 400×55 895 mm、V456 m3，處理氣量20 635 m3/h，脫碳流程見圖2。

圖1 全套裝置工藝流程框圖

圖2 NHD脫碳系統流程框圖

脫碳系統設計工藝指標為：① 操作壓力3.2 MPa；② 系統入口流量115 km3/h；③ 系統入口總硫小于10 mg/m3；④ 出口脫碳氣中CO2小于0.5%；⑤ 低閃氣中CO2大于98.5%；⑥ 氣提塔NHD溶液中水含量控制在3%～5%。

NHD溶劑具有吸水性，會將原料氣和氣提空氣中的水分吸收而使NHD溶液水含量增高，當NHD溶液含水超過5%(質量分率)時就會降低其吸收CO2的性能，因此需要抽出部分溶液進行脫水處理。

2 脫碳系統運行情況

雙系列脫碳系統從2006年5月份開始運行，系統運行平穩。自2012年8月份開始，雙系列氣提塔NHD溶液平均水含量略有上漲，8月25日至9月25日，系統大修，雙系列脫碳系統停車；10月份雙系列脫碳系統氣提塔NHD溶液水含量持續下降，沒有影響系統負荷，相關數據見表1、表2。

表1 一系列脫碳系統運行情況

2013年5月，二系列氣提塔NHD溶液平均水含量略有上漲；6月份前系統搶修，雙系列脫碳4機運行(滿量為7機)，NHD溶液水含量變化不大；7月初，搶修結束，開始加量時，出口CO2超標，加樣分析氣提塔NHD溶液水含量，雙系列暴漲至13%左右，一系列最高達到21.61%(見表1)，二系列最高達到20.78%(見表2)，系統被迫5機運行。

表2 二系列脫碳系統運行情況

3 氣提塔NHD溶液水含量高的原因

(1)計劃檢修不到位，欠賬太多。

(2)氣提空氣帶入系統的水量增加。2012年空氣換熱器檢修，導致風機吸入風量增大，搶修期間，系統負荷降低，但風機風量未及時調整；再者，2013年雨水較多，導致氣提空氣帶入水量增加。

(3)前系統帶入水量增加。脫碳開車時，入口變脫氣溫度高，未及時控制。

(4)原料氣分離器、空氣水分離器分離效果差。原料氣分離器分離效果由脫碳入口壓力及三臺換熱器進出口溫度，根據道爾頓分壓定律算出；空氣水分離器分離效果由空氣溫度、濕度及空氣換熱器進出口溫度，查常壓空氣密度表算出。

(5)脫水塔脫水效果差。檢修時，發現脫水塔擋流板腐蝕損壞。

(6)分析數據偏差大。分析顯示，NHD溶液水含量在2013年7月1日前基本在8%以下，7月1日分析值突然漲至13%，此間沒有及時對系統作出調整。

4 應對措施

(1)調整空氣水分離器排水系統，由人工間斷排水改為自動溢流，及時移除分離水，防止帶液。

(2)調小引風機風量，減少空氣帶水量。風量從14 000 m3/h減至8 500 m3/h左右。

(3)降低脫硫出口溫度，從45 ℃降至38 ℃，減少前工段帶入系統的水量。

(4)脫水蒸汽冷凝液管線由雙系列共用φ25 mm管線改為兩系列分開，單系列采用φ42 mm的管線。

(5)進水排查。抽干管溝及地槽外水，脫水塔進口過濾器與循環水管線脫開，溶液儲槽頂部查漏。

(6)脫水塔檢修。更換擋流板、填料挖出清洗并回裝、清洗塔壁及再沸器，再沸器試壓查漏。

(7)脫碳二系列補NHD溶液200 t。

(8)脫碳原料氣分離器、空氣水分離器檢修。