溶液在線凈化技術(shù)在MDEA脫碳系統(tǒng)中的應(yīng)用

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(陽煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司，山西 臨猗 044100)

0 引 言

陽煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司二分廠單醇MDEA脫碳系統(tǒng)，處理變換氣量為200 km3/h，正常添加MDEA溶液量為0.07 kg/t(氨+醇)。為有效利用資源，添加一分廠閑置的200 m3MDEA溶液，造成溶液殘存物升高，吸收率下降，裝置的電耗和溶液損失增大，進(jìn)而加劇溶液對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕。因此，對(duì)溶液進(jìn)行凈化處理十分緊迫。

經(jīng)過與四川省精細(xì)化工研究設(shè)計(jì)院溝通，將溶液送檢分析，溶液中熱穩(wěn)定性鹽的含量竟然高達(dá)3.1%。四川省精細(xì)化工研究設(shè)計(jì)院最近研制出一種MDEA溶液在線吸附劑，通過小試，對(duì)我公司MDEA溶液進(jìn)行處理，化學(xué)分析處理后的溶液，溶液中雜質(zhì)的脫除情況令人滿意，溶液殘存明顯降低，溶液各方面性能得到改善。然而不確定的因素是處理后溶液的吸收能力到底如何。為此，四川省精細(xì)化工研究設(shè)計(jì)院擬與我公司聯(lián)合開發(fā)，將小試裝置放大，建立一套工業(yè)化溶液在線處理裝置。該裝置建成后，可以在系統(tǒng)不停車的情況下對(duì)溶液進(jìn)行在線處理。

1 溶液處理前的基本情況及小試效果

(1)處理前，溶液呈不透明的黑色； 溶液發(fā)泡較嚴(yán)重；溶液粘度增大。

(2)由小試分析數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：硫化物已累計(jì)達(dá)560×10-6，是造成溶液發(fā)泡及腐蝕的因素之一； 降解物累計(jì)含量大于5%，及形成的熱穩(wěn)定性鹽造成溶液腐蝕性大；熱穩(wěn)定性鹽含量過高，造成脫碳液的酸氣負(fù)荷下降，凈化氣不達(dá)標(biāo)。

脫碳液經(jīng)過特有技術(shù)處理后，溶液的外觀、性質(zhì)等都得到了極大的改善。溶液顏色大幅度變淺，黑褐色完全去除，為淺褐色；溶液變得更加清澈透明，無機(jī)械雜質(zhì)；最重要的是，脫碳液中熱穩(wěn)定性鹽的含量從原來的3.1%降低至未檢出，其去除率很高；從色譜圖上看，部分的重組分峰沒有了，而且其他雜質(zhì)峰在一定程度上也被大幅削弱。溶液的腐蝕性也得到有效遏制，且不易起泡等，各方面性能的改善非常明顯。

溶液經(jīng)物理化學(xué)處理后，外觀呈淺褐色透明液體(硫化物被全部去除)； 溶液鐵離子從240×10-6降低至50×10-6；溶液pH值從原來的9.4升高到11.1(熱穩(wěn)定性鹽被去除所致)。

2 溶液在線凈化裝置的基本原理及特點(diǎn)

2.1 催化劑的特點(diǎn)

催化劑交換器內(nèi)裝填四川省精細(xì)化工研究設(shè)計(jì)院提供的JH-21型催化劑，此催化劑屬于易再生、無二次污染的環(huán)保型催化劑；離子交換樹脂采用氫氧化鈉堿液來再生，再生液用量少，再生效果好，再生后用脫鹽水來洗凈樹脂中的堿液，再生后的樹脂繼續(xù)處理脫碳液中的熱穩(wěn)定性鹽；催化劑和離子交換樹脂抗有機(jī)污染能力強(qiáng)，使用壽命長，性能穩(wěn)定。

2.2 催化劑的激活

通過以下三個(gè)步驟對(duì)催化劑進(jìn)行激活。

2.2.1稀鹽酸激活

用約兩倍于催化劑體積的4%的稀鹽酸溶液來浸泡激活催化劑，浸泡時(shí)間為8 h，然后排去酸液，用潔凈水沖洗催化劑至出水接近中性。

因交換器材質(zhì)為碳鋼，所以不能在交換器中進(jìn)行酸激活，鑒于此，建議將200 L的塑料桶從中間鋸開，將其一分為二地用于裝稀鹽酸來浸泡激活催化劑。浸泡結(jié)束后用潔凈水來沖洗催化劑，至出水基本呈中性。所用塑料桶個(gè)數(shù)屆時(shí)可根據(jù)進(jìn)度來確定，用完后的塑料桶不要丟棄，以后對(duì)催化劑進(jìn)行徹底再生時(shí)還要用到。

2.2.2食鹽水激活

用泵從交換器底部打入濃度為10%的食鹽水，浸泡24 h，然后放盡食鹽水，從交換器上部加入清水漂洗，使排出的水不帶黃色，然后用清水反洗催化劑層，直至排出的水清澈、無氣味、無粉末催化劑為止。

2.2.3堿液激活

用泵從交換器底部打入濃度為5%的氫氧化鈉堿液，浸泡6 h，然后排去堿液；再用堿液對(duì)催化劑進(jìn)行最終激活(具體操作參照催化劑的再生過程)。

2.3 對(duì)脫碳液進(jìn)行處理

為了能快速、高效、穩(wěn)定地處理完200 m3脫碳液，將整個(gè)處理過程分為三個(gè)階段來完成。每個(gè)階段都是由若干個(gè)處理周期組成，而每個(gè)處理周期是由催化劑處理溶液過程、催化劑再生過程及處理液回系統(tǒng)組成。現(xiàn)對(duì)此三個(gè)階段的具體操作步驟作一介紹(單個(gè)周期的具體操作步驟見“溶液在線凈化流程”)。

2.3.1第一階段——高鹽模式

溶液以1.0 m3/h的流速引入到催化劑交換器中，約3 h后停止溶液引入，催化劑再生過程開始前，用脫鹽水對(duì)催化劑中殘余的溶液進(jìn)行清洗回收。再生完成后，引入脫碳液進(jìn)行下一周期的溶液處理。如此周期性處理約5 d后，據(jù)溶液組分的變化情況對(duì)溶液的組成進(jìn)行第一次調(diào)整；再次周期性處理3 d后，進(jìn)行第二階段處理。

2.3.2第二階段——中鹽模式

溶液以1.0 m3/h的流速引入到催化劑交換器中，約6 h后停止溶液引入(6 h為理論計(jì)算值，可根據(jù)第一階段工人的操作情況做適當(dāng)調(diào)整)，開始催化劑的再生過程。催化劑再生完成后，進(jìn)行下一周期的溶液處理；如此周期性處理約6 d后，據(jù)溶液組分的變化情況對(duì)溶液的組成進(jìn)行第二次調(diào)整；再次周期性處理3 d后，進(jìn)行第三階段處理。

2.3.3第三階段——低鹽模式

溶液以1.0 m3/h的流速引入到催化劑交換器中，約12 h后停止溶液引入(12 h為理論計(jì)算值，可根據(jù)第二階段工人的操作情況做適當(dāng)調(diào)整)，開始催化劑的再生過程。催化劑再生完成后，進(jìn)行下一周期的溶液處理；如此周期性處理9 d后，據(jù)溶液的情況，經(jīng)計(jì)算后對(duì)MDEA溶液的濃度及活化劑含量進(jìn)行最后一次調(diào)整。

3 溶液在線凈化流程(圖1)

圖1 脫碳溶液在線凈化系統(tǒng)流程示意

低于55 ℃的貧液從微孔過濾器出來，進(jìn)入催化劑交換器頂部，樹脂上OH-和溶液中熱穩(wěn)定性鹽陰離子交換后，束縛胺得到釋放。貧液從催化交換器出來后，回到二閃塔出口或者回到地槽。其中，催化劑再生過程如下。

(1)當(dāng)催化劑和樹脂運(yùn)行一定時(shí)間失效后，需要對(duì)其進(jìn)行周期性再生處理。關(guān)閉交換器頂部貧液進(jìn)口閥，再打開氮?dú)忾y，將交換器內(nèi)剩余貧液完全壓入貧液地槽。

(2)交換器內(nèi)貧液壓空，延時(shí)5～10 min后，關(guān)閉氮?dú)忾y及交換器貧液出口閥，并打開排氣閥。

(3)打開交換器頂部脫碳稀液進(jìn)口閥，加稀液約2.5 m3(稀液槽液位計(jì)約1玻璃管高度)后，關(guān)閉脫碳稀液進(jìn)口閥。延時(shí)10 min左右，打開交換器底部貧液出口閥，打開氮?dú)膺M(jìn)口閥，將交換器內(nèi)稀液完全壓入貧液地槽。

(4)稀液排凈，延時(shí)5～10 min后，關(guān)閉氮?dú)膺M(jìn)口閥和交換器底部貧液出口閥。

(5)提前配好濃度4%(質(zhì)量分率)的氫氧化鈉溶液(需配約三槽堿液)。保證接觸時(shí)間40～60 min(或者兩槽濃度為6%的堿液，配燒堿約200 kg)。

(6)打開排氣閥。啟動(dòng)堿液泵并打開堿液進(jìn)口閥，此過程控制打完每槽堿液的時(shí)間為10～15 min，當(dāng)堿液從排氣閥處排出后，關(guān)閉排氣閥，停堿液泵。浸泡30 min后(保證催化劑完全再生，恢復(fù)活性)，打開交換器底部堿液排污閥及氮?dú)膺M(jìn)口閥，堿液排至絡(luò)合鐵地池(堿液一定不能循環(huán)使用，防止陰離子重新進(jìn)入樹脂中)。

(7)交換器內(nèi)堿液排盡后，關(guān)閉氮?dú)膺M(jìn)口閥及交換器底部排堿液閥，再打開排氣閥，卸掉交換器內(nèi)壓力。

(8)打開交換器頂部脫鹽水進(jìn)口閥，當(dāng)交換器頂部排氣閥排出脫鹽水后，關(guān)閉脫鹽水進(jìn)口閥及交換器頂部排氣閥(此時(shí)沖洗只能用脫鹽水)。再打開氮?dú)膺M(jìn)口閥及交換器底部排堿液閥，將交換器內(nèi)脫鹽水排至絡(luò)合鐵地池。在此過程中，在取樣嘴處取樣檢測(cè)pH值，要保證pH值約為8。若pH值達(dá)不到要求，則繼續(xù)此步驟，直至pH值達(dá)到要求。pH值達(dá)到要求后，將脫鹽水排至堿液槽。

(9)交換器內(nèi)脫鹽水排凈后，延時(shí)5～10 min，關(guān)閉氮?dú)膺M(jìn)口閥及交換器底部排堿液閥，打開排氣閥。

至此本周期溶液處理結(jié)束。

(10)打開交換器頂部貧液進(jìn)口閥及交換器底部貧液出口閥，進(jìn)入下一個(gè)溶液處理周期。

4 溶液在線凈化效果

脫碳液中熱穩(wěn)定性鹽、硫化物、鐵離子的含量顯著降低，溶液性能得到改善；溶液對(duì)CO2的吸收能力增強(qiáng)；系統(tǒng)的腐蝕得到遏制；系統(tǒng)蒸汽消耗降低。具體情況見表1。

表1 MDEA溶液在線凈化前后系統(tǒng)運(yùn)行情況

由表1可以看出，溶液殘存物由880 mg/L降至424 mg/L；溶液酸值由37.5降至20.6；CO2吸收率由53.2 m3/m3增至57.8 m3/m3；噸醇蒸汽消耗由0.78 t降至0.72 t，按年產(chǎn)粗甲醇100 kt計(jì)，每年可節(jié)約0.5 MPa飽和蒸汽6 000 t，蒸汽按120元/t計(jì)，每年可節(jié)省72萬元。

5 結(jié) 語

我公司脫碳溶液在線凈化技術(shù)，能勝任MDEA溶液的凈化處理，其凈化效果好、效率高，操作方便、催化劑再生快捷，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。只要選型(包括供應(yīng)商的選擇)適當(dāng)、工藝設(shè)計(jì)合理、操作規(guī)范，就可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。