淺析苯菲爾法脫碳吸收塔攔液的原因及處理方法

李佳

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 內蒙古鄂爾多斯 017209）

現在所說的是以天然氣蒸汽轉化法制取氫氣，其中生產工藝主要的副產物是CO2，對于天然氣制氫生產工藝來說CO2是毒害物質，需要從混合氣體中分離出來。

在大型合成氨、天然氣制氫、甲醇生產中，脫除CO2酸性氣體的方法主要采用化學容劑吸收法。主要采取菲爾法進行脫碳，它是在熱碳酸鉀溶液中添加二乙醇胺（DEA）作為活化劑來凈化氣體的方法。DEA 的分子式NH(CH2CH2OH)2，主要是起催化劑的作用加快脫碳溶液的吸收和解析的速度降低了CO2的平衡分壓[1]。目前，有多種化合物可以作為活化劑添加到碳酸鉀溶液中去增加脫除CO2的活性，二乙醇胺是我們生產中常用的化學添加劑。在以二乙醇胺為活化劑的熱鉀堿法中應用最為廣泛的方法，它適用于CO2的分壓低，凈化度要求高的生產工藝,碳酸鉀是弱堿性，具有吸收CO2快速反應的特性和易于再生的特點。

一、吸收塔吸收二氧化碳的工藝流程

在生產中，來自變換工序的變換氣體從吸收塔的底部進入，經過吸收塔底的氣體分布器與來自塔頂的貧液和來自塔中部的半貧液逆向接觸，在吸收塔中反應，反應完之后的液體為富液，富液從吸收塔的底部流出，經過塔底的消泡器和防渦流擋板去再生塔，富液在再生塔進行再生，吸收塔底由消泡器和防渦流擋板組成，塔底的消泡器主要是消除堿液的氣泡和降低泡高，防渦流擋板主要是防止液體夾帶氣泡。變換氣中的大部分CO2在吸收塔的中部被大量的半貧液吸收。為了保證凈化度還有少部分未被吸收的CO2在上段被冷的少量貧液吸收。最后吸收塔的氣體去下一個PSA 工序，一般可適當提高吸收的半貧液的循環量和降低貧液的溫度來達到吸收的要求，CO2的吸收經過吸收塔四層填料，我們生產用的主要是鮑爾環，它的材質是碳鋼填料，每層碳鋼填料之上有一層不銹鋼填料，不銹鋼填料主要是考慮到堿液噴淋不均，在每層上可能有部分填料不能被濕潤而腐蝕。吸收CO2之后經過塔頂的除沫器進入下一工序，吸收塔的除沫器主要用于分離塔中氣體夾帶的液滴，降低液體夾帶量，保證堿液不流失，保證傳質效率。

二、吸收塔攔液的定義

CO2在吸收塔反應中，主要經常發生的現象是吸收塔攔液、泛塔。

吸收塔的攔液是指在塔直徑固定后，由于它的直徑較大，要求氣液分布盡可能的均勻，因為供氣、液兩相進行逆流接觸的截面就不會再變，上、下兩層塔板間的壓力降會隨氣、液兩相之一流量的增加而增大，如果氣、液兩相之一的流量增大到一定數值，上、下兩層塔板間的壓力降就會增大到使降液管內的液體不能順暢的流下，這樣會導致吸收塔液位波動大，在塔底液位電動閥投在自動狀態時，自調閥位波動大，凈氣凈化度間斷性超指標，塔阻力明顯增大，顯示為吸收塔的壓差快速增大（吸收塔壓差的大小有利于反映塔內氣體的流動情況，預知攔液的發生是極為重要的，由于差壓計導管極易積水引起的差壓指標波動和偏差，應當及時排盡導壓管的積水，校對零點以保證差壓計的讀數可靠）。并且在水平衡沒發生變化的情況下再生塔的液位降低，這時我們應當判斷為吸收塔攔液。如果在上述現象加重時，出現出吸收塔的分液罐液位高，凈化氣去PSA 的管道內有液體流動聲，吸收塔的出塔分液罐排液中K2O 含量高，再生塔液位下降。我們稱這種現象為淹塔。

三、吸收塔產生攔液的原因

1. 碳酸鉀溶液的損失， 我們脫碳一般用K2CO327%-30%，如果堿液的溶度不夠，將影響吸收塔的二氧化碳的吸收，我們應當保證碳酸鉀的濃度要求。苯菲兒法規定系統鐵離子的正常值為10-100PPM，如果溶液中鐵含量在短期內有明顯的增加時，就說明系統有局部腐蝕。如果鐵離子的含量達到200-300PPM 左右時，還將造成鐵和釩的共沉淀，從而使溶液中的釩鹽迅速損失，一般溶液中V2O50.7—0.8% ，釩酸鉀能在碳鋼表面生成一層堅密的難溶解的釩化膜，以隔離設備和溶液接觸，防止設備腐蝕。釩的損失將加快設備的腐蝕，將使堿液雜質增加，容易產生攔液。

2.碳酸鉀溶液太臟或發泡物質過多，當堿液中溶解有其它的成分，這些不容成分自行分布聚集在膜的表面，就增加了泡沫的穩定性，將會延遲消泡時間，最后產生攔液現象[2]。一般的雜質有氣體的夾帶物、變換氣油分離的效果差或者排油不及時將油帶入溶液中、變換氣采用的變換催化劑的粉末帶入系統中、還有在原始開車空氣進入系統腐蝕填料、設備、管道，生成氧化鐵，若變換氣中硫化氫含量高，還會生成硫化鐵或是析出硫，混入堿液中。這些機械雜質、油污、硫等引起溶液發泡。

3.生產負荷過重或系統壓力波動過大。保證脫碳的負荷是維持脫碳穩定的先決條件，脫碳的操作主要是維持脫碳系統的水熱平衡，裝置負荷低，脫碳系統熱量不好平衡，很多時候為了確保塔的液位，降低甚至取消回流，導致大量的碳酸鉀溶液被帶至出塔的分液罐，送至界區外面，造成損耗。在生產裝置負荷過重時，變換氣明顯增加，導致氣液比增大，吸收塔的負荷也將增加，吸收塔的壓差也將增大，這樣極容易造成堿液被變換氣拖住不能下來形成攔液。

4.吸收塔進液量波動大或貧液、半貧液循環量過大，溶液的循環量取決與生產負荷和溶液的吸收能力，在使用填料時還需要考慮在單位時間里，單位塔截面積上噴淋的溶液量，如果堿液量過大塔板降液不掉，另外吸收塔液位波動過大液易攔液，液位過高，會造成出口氣帶液，嚴重時將影響甲烷化反應的操作。吸收塔液位過低，會造成氣體串到后面的低壓設備造成設備超壓，或引起堿液泵的抽空。

5.吸收塔內填料腐蝕，軟化變形。不銹鋼鮑爾環是我們在生產中是吸收塔的主要填料，鮑爾環的特點是強度高，耐高溫，但它只能用在保證不腐蝕的情況下。如果吸收塔內填料破損，軟化變形，鮑爾環填料的表面積要比全部設備的及管線的總和大許多倍，填料如果產生哪怕是輕度的腐蝕和破損，堿液也將會產生嚴重的污染。

四、吸收塔查明攔液原因后的處理方法

1.在天然氣制氫的生產中，應當每天分析碳酸鉀堿液的濃度、五氧化二釩的濃度。在原始開車時我廠配置堿液的總體積為300TK2CO3含量27%，密度1.27T/m3。一般碳酸鉀損失原因有產品氣體的夾帶，堿液在大槽蒸發時的損失，吸收塔攔液時堿液的損失。發現堿液的濃度下降時應及時向系統補充碳酸鉀。每天要按時對堿液的中釩含量和的濃度進行分析，預知鈍化膜的效果，超出規定的范圍應及時添加V2O5。

2.生產中應一直投用堿液的機械過濾器，定期檢查機械過濾器濾網，如果過濾效果不好，及時更換濾網或是對機械過濾器進行清洗。在地下槽存儲堿液的出口設置活性炭過濾器來吸收堿液的雜質。長時間吸附后活性炭吸附劑達到飽和狀態，應當及時更換活性碳吸附劑。如果發生攔液時應當添加消泡劑，對泡高的要求是小于6mm 消泡時間小于10s，消泡劑和脫鹽水的比值為1：50.一般添加消泡劑只能解決目前的攔液現象，不能避免攔液的發生，針對原因才能解決攔液的發生。

3.在裝置負荷波動時，應當穩定負荷，在負荷提降過程中一定要緩慢，聯系轉化和凈化的前后工序，穩定操作，保證系統不超壓，在吸收塔的壓力過大時，如果發生泛塔現象，應當立即聯系上、下工序，轉化系統負荷減半，切除PSA 系統，保護催化劑。

4.穩定吸收塔的進液量，保證吸收塔的液位穩定，不同負荷下貧液、半貧液的流量不同，貧液要求再生度0.25 以下，半貧液再生度0.45 以下.在堿液循環量改變的情況下，穩定吸收塔、再生塔的液位，保證脫碳系統的穩定。

5.在生產時只能根據溶液中鐵離子的含量來判斷吸收塔填料的腐蝕情況，如果腐蝕嚴重的話，應在停車時對填料經行清洗，如填料大部分破碎，應更換新的填料，在吸收塔檢修時，清理塔板降液孔，仔細檢查塔上部分的除沫網，看是否堵塞或是鮑爾環的碎片夾帶在除沫網中。

五、結論

化工生產的顯著特點是工藝復雜、操作要求嚴格。保證脫碳系統的穩定，維持脫碳系統的水熱平衡是關鍵因素，而脫碳吸收塔的液位穩定是我們操作的重點，從根本上解決了脫碳系統吸收塔的攔液的發生，我們才能保證脫碳系統循環正常，保證二氧化碳吸收率和碳酸鉀再生率。

[1]袁一，曾憲龍，大型氨廠合成氨生產工藝，北京：化學工業出版社，1984,11

[2]楊春升，中小型合成氨廠生產操作問答，北京：化學工業出版社，2009,9

[3]林玉波，合成氨生產工藝，北京：化學工業出版社，2011,7