MDEA溶劑發泡原因及控制措施

劉疆萍，李　敏，陳志剛

(中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化公司，新疆 烏魯木齊　830019)

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MDEA溶劑發泡原因及控制措施

劉疆萍，李敏，陳志剛

(中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化公司，新疆 烏魯木齊830019)

摘要：烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置運行過程中經常存在MDEA脫硫溶液污染、發泡的問題。本文分析了造成MDEA溶液發泡的污染物的組成和來源，剖析了影響MDEA溶液發泡性和泡沫穩定性的主要因素，并通過溶劑再生裝置運行的實際工作經驗來預防及控制溶劑發泡，達到了降低溶劑發泡概率、減少溶劑損耗的目的。

關鍵詞：MDEA溶劑；發泡；原因；措施

中國石油烏魯木齊石化公司煉油升級改造項目40 kt/a硫磺回收裝置組成包括40 kt/a硫磺回收裝置、300 t/h溶劑再生裝置兩部分。溶劑再生裝置接收上游重油催化干氣脫硫裝置、1.20 Mt/a延遲焦化裝置、6 Mt/a常減壓裝置、2 Mt/a加氫裝置以及1.50 Mt/a蠟油加氫裝置來的富胺液，經過溶劑再生解吸收后形成貧胺液返送上游生產裝置進行循環使用，并且將溶劑再生裝置產生的氣相——酸性氣送至40kt/a硫磺回收裝置做生產硫磺產品的原料。

溶劑再生裝置運行過程中，MDEA脫硫溶液經常出現嚴重的發泡現象，導致脫硫裝置出現處理能力下降的問題，嚴重時發生瓦斯帶液造成尾氣焚燒爐熄火；同時，溶液發泡還引起泡沫夾帶，導致大量胺液隨含硫氣體帶走，溶劑損耗急劇增加，造成了嚴重的經濟損失，并影響了脫硫裝置安全、穩定、長周期運行。

1溶液發泡的判斷及測試

MDEA溶液吸收含硫干氣、低分氣、液態烴中的酸性氣是一個氣液界面傳質并發生反應的過程，在此過程中會產生大量氣泡。但正常情況下產生的氣泡會迅速破裂，不會影響裝置的正常操作。在裝置的運轉過程中，當塔內產生大量密集、細小且較長時間不破裂的泡沫時，即可認為胺液已經發泡[1]。

判斷溶液是否發泡，除了對脫硫裝置的液位、壓差、酸性氣量等進行實時的觀察外，也可從裝置中取一定量的脫硫溶液樣品進行測試。其測試方法按石油天然氣行業標準SY/T65382—2002《配方型選擇性脫硫溶劑》中的發泡測試標準進行[2]。在該標準中，主要有2個參數表示溶液發泡性能：泡沫高度和停氣后泡沫完全消失所需的時間；其技術指標是：泡沫高度<50 mm，消泡時間<10 s。

2胺液發泡原因

干凈的MDEA溶液雖然具有發泡的傾向，但氣泡不穩定，不會影響裝置的正常平穩運行，只有當外來物增強了氣泡的表面張力和黏度后，溶劑才會發泡。下面是引起MDEA溶劑發泡的主要原因。

2.1表面活性劑

當MDEA溶劑吸收含硫干氣、低分氣、液態烴中的酸性氣時，被吸收介質中攜帶的油類物質、消泡劑等表面活性物質將停留在溶劑系統中，并且越積越多，這些表面活性物質容易引起溶液發泡[3]。這主要是因為當有表面活性劑存在時，表面活性劑分子在液膜表面有序排列，其指向液相的親水基團對液膜中液體有引力，使其黏度增大，阻止了液膜上液體的流失；而指向氣相的親油基團的分子之間吸引力能增大吸附膜強度，防止液體蒸發，阻止氣體通過液膜擴散，從而使泡沫相對穩定、不易破裂。

2.2固體顆粒

管線上的鋼渣和碳鋼管壁上的硫化鐵、硫化亞鐵等腐蝕產物在氣體和液體的長期沖刷下也會逐漸溶解到胺液系統中。同時焦化裝置來干氣中攜帶有一定量的焦粉，在干氣脫硫塔吸收酸性氣的過程中，干氣攜帶的部分焦粉就會逐漸進入MDEA系統中，經過不斷積累，致使MDEA溶劑受到污染，也是溶劑發泡的一個原因。生產過程中還發現：硫化鐵等固體顆粒能和溶液中的重烴類物質形成黑色淤積物堵塞塔盤，由于塔盤中的一些浮閥被堵塞，使得塔內氣速提高，也會導致溶劑發泡。

2.3醇胺溶液的降解產物

溶劑再生負責對煉廠各套裝置含酸氣體進行脫硫處理，溶劑在循環吸收再生過程中，不可避免會產生大量的離子型胺鹽，由于這些鹽類在富液再生過程中仍與胺結合呈現“穩定”結構，如生成二甘氨酸 Bicine、乙酸鹽 Acetate、甲酸鹽 formate 、二乙醇胺 DEA等，這些鹽類統稱為熱穩定鹽。

熱穩定胺鹽由于“束縛”了胺分子，造成溶劑中的有效胺濃度下降，降低了吸收硫化氫或二氧化碳的能力，使溶劑吸收硫化氫的效率變低；熱穩定性鹽含量增加，將造成溶劑黏度增加，引起表面張力增加而引起溶劑易發泡，導致氣體攜帶脫硫劑，甚至可能造成被脫硫氣體產品質量不合格；熱穩定鹽含量高還會造成溶劑再生塔、重沸器等出現應力腐蝕裂紋，甚至導致裝置被迫停工。

3預防MDEA溶液發泡的措施

為了避免胺液發泡，需要針對以上問題找出切實可行的解決方案。

3.1保持溶劑清潔3.1.1設立貧、富液過濾器

溶劑在脫硫塔脫硫運行過程中會攜帶部分油、烴、硫化鐵、焦粉等細小的固體顆粒，因此進裝置時需進行分離[4]。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置的貧、富液反沖洗過濾器采用的是以色列E.L.I 伊爾艾過濾設備有限公司生產的AF800 系列全自動自清洗過濾器，該過濾器能自動根據壓差或定周期進行沖洗，可以除去25 μm的機械雜質，過濾效率可以達到98%，對減少溶液中的硫化鐵等固體雜質含量起到了重要作用，降低了溶液的發泡概率。

3.1.2各泵入口設立過濾網

在溶劑再生各貧液、富液等泵的入口設立過濾網，并定期進行過濾網檢查清洗，能有效去除焦粉、固體顆粒等雜物。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置運行過程中回流泵P-204入口過濾網就經常因焦粉堵塞而造成回流泵流量、壓力下降。焦粉堵塞回流泵P-204入口過濾網的圖片見圖1，及時對泵入口過濾網進行清洗能有效降低胺液系統中的固體雜質量。

圖1　焦粉堵塞回流泵P-204入口過濾網

3.2及時除去溶劑中的油、烴類雜質

3.2.1閃蒸除烴

溶劑在脫硫塔脫硫運行過程中會溶解少量烴類,如果不脫除掉這部分烴類而直接進入再生塔,將可能引起再生塔發泡。有效的閃蒸可以脫除絕大部分烴類,但應保證溶液在閃蒸塔中停留足夠長時間(10～20 min),確保溶解的烴類經閃蒸氣化除掉。

烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置在富液進塔前設立閃蒸罐，閃蒸前胺液主要和出再生塔的貧液進行換熱，使富液進閃蒸罐的溫度在65～85 ℃，同時控制閃蒸罐的壓力在50～200 kPa，能有效去除胺液中的烴類。

3.2.2及時對溶劑系統進行撇油

由于胺液經長時間循環后不可避免會攜帶油類，因此需及時除去溶劑中的油類，不僅可減少溶劑發泡概率，還能降低裝置酸性氣中的烴含量。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置的撇油設施主要有3處進行撇油：①閃蒸罐D-201內設立隔油板；②回流罐D-202設立撇油設施；③溶劑罐T-201設立撇油設施。各撇油點定期根據帶油情況進行撇油。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置溶劑內攜帶的油類主要為汽油類輕質油，故回流罐D-202內撇油效果較明顯，一般每2個月進行1次撇油，每次撇油量在20～35 t。

3.2.3調整脫硫吸收塔內操作溫度

脫硫吸收塔溫度一般可通過控制貧液冷后溫度和含硫氣體溫度來實現的。在日常操作中，為防止含硫氣體中的烴冷凝而引起發泡，在保證含硫氣體冷凝分液的基礎上，控制好貧液入塔溫度是日常操作的關鍵。同時，脫硫塔操作溫度不宜太高，否則會導致脫硫效果下降，脫硫塔操作溫度也不宜過低，過低時反應速度會減慢，同時脫硫氣體中的油類會聚集到溶劑當中。生產實踐證明，脫硫塔溫度應控制在25～35 ℃左右為宜，既能保證脫硫效果，又能避免溶劑發泡。尤其在夏季和冬季的異常氣溫狀態下，一定要控制好貧液入塔和被脫含硫氣體的入塔溫度，應根據氣溫變化及時調節工藝參數在正常范圍內，一般要控制溶劑溫度高出含硫氣體溫度5～7 ℃為宜[6]。

3.3防止MDEA溶液降解3.3.1做好溶劑和氧的隔離

MDEA胺溶劑與氧接觸易生成有機酸及穩定性鹽。氧能使MDEA降解生成DEA無法再生，不僅影響溶液的選擇性吸收性能，而且還會引起溶劑發泡。因此在溶劑日常使用過程中應避免與氧接觸或攜帶氧進入溶劑系統[5]。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置主要從以下幾方面做好隔離：①溶劑罐T-201投用氮封，控制壓力在-50～1 500 kPa；②關閉地下廢溶劑收集罐D-205，將其頂朝天放空，與溶劑儲罐T-201氣相連通，維持微正壓；③配置溶劑采用除鹽水，禁用新水；④溶劑罐T-201補水采用除鹽水。這些措施能有效使胺液與氧隔離，避免了氧化降解。

3.3.2防止溶劑熱降解

溶劑再生塔底再生溫度過高，溶劑也會降解變質，且在正常操作條件下這些降解物一般不能再生，使用時間久了就會導致溶劑中含有大量降解物，溶劑的活性降低，而且容易引起溶劑發泡。生產經驗表明，再生塔底溶劑最高溫度不要超過126 ℃，否則溶劑容易高溫降解。烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置再生塔重沸器采用的是0.35 MPa(g)蒸汽，蒸汽溫度在120～140 ℃，其再生塔的操作參數見表1。

表1　烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置再生塔操作參數

3.4投用胺液凈化設施

烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置胺液凈化設施是由北京世博恒業引進美國MPR公司的一套全自動化操作胺液凈化系統，包括5 μm袋式過濾+MPR過濾器的工藝和熱穩定鹽去除(HSSX?)工藝。HSSX?工藝主要目的是去除胺液系統中的熱穩定鹽等雜質。同時將與熱穩定鹽結合的束縛胺轉化為可用胺，恢復胺液脫硫的效率。HSSX?工藝的投運可以將胺液中熱穩定鹽的質量分數降低至1%以下，氨基酸的含量降低至250 mg/kg以下，胺液的單耗降低至0.12 kg/t(物料)以下。

烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置胺液凈化設施運行200多個循環頻次后，對凈化前后胺液進行的取樣對比見表2。

表2　胺液凈化前后溶液質量變化

隨著胺液凈化系統的運行，脫硫裝置胺液中的熱穩態鹽含量、鐵離子含量、固體懸浮物含量逐漸降低。經過200多個循環后，胺液中的熱穩鹽質量分數明顯下降，從2.74%逐漸降到0.08%以下，達到了熱穩鹽含量低于1.0%的技術要求。

同時溶劑的脫硫能力明顯改善。發泡現象從以前的3～5次/月下降到1次/1～2季度，系統補充新溶劑從20 t/月下降到16 t/月。

4結語

引起溶液發泡的原因是多方面的，消除時也應該全面考慮。特別是溶液對設備的腐蝕和溶液本身的降解兩個因素是同時存在、相互促進的，應該綜合考慮。 結合烏魯木齊石化煉油廠溶劑再生裝置的實際情況，得出以下結論。

(1)對貧富胺液進出裝置系統采用反沖洗過濾器，對發泡情況有明顯的抑制作用。

(2)胺液凈化設施能有效降低系統中的熱穩定性鹽、氫氰酸及各類鐵離子等。這類雜質的去除能有效降低胺液的發泡概率。

(3)脫硫塔內被脫硫氣體的溫度應控制低于系統貧液溫度5～7 ℃，能有效降低胺液中的油含量。

(4)在脫硫系統運行過程中，應及時撇出胺液的油類，以確保胺液系統的潔凈。

(5)在胺液運行過程中加入消泡劑應慎重考慮。必須在確認溶劑已經發泡后才能添加消泡劑，如果在起泡之前就加入消泡劑，這可能會適得其反，反而作為了泡沫的穩定劑。添加消泡劑可以暫時解決發泡問題。如果使用正確，消泡劑能降低溶液表面張力并“打碎”泡沫層。消泡劑使用應小劑量緩慢加入。

參考文獻：

[1] 王開岳.天然氣凈化工藝——脫硫脫碳、脫水、硫磺回收及尾氣處理[M]．北京：石油工業出版社,2005．

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[3] 王國強.液化氣脫硫裝置胺液發泡原因分析及解決方案淺析[J].化學工程師，2012，26(12):50-51，59．

[4] 石平利，王志建，陳 強.催化裂化液態烴脫硫劑發泡原因分析及對策[J]．河南化工，2003，30(10):52-53．

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[6] 李海泉，景立偉，吳言國．氣體脫硫裝置溶劑發泡原因分析與對策 [J]．山東化工，2013，42(10)：166-168．

MDEA Solvent Foaming Causes and Control Measures

LIU Jiang-ping, LI Min, CHEN Zhi-gang

(PetroChinaUrumqiPetrochemicalCompany,UrumqiXinjiang830019China)

Abstract：The oil refinery solvent regeneration unit of PetroChina Urumqi Petrochemical Company has often encountered the problems of MDEA desulfuration solution contamination and foaming during operation. This paper analyses the composition and source of the pollutant causing MDEA solution foaming and the main factors affecting MDEA solution foamability and foam stability, practical operation experience of solvent regeneration unit is applied to prevent and control solvent from foaming so as to reduce foaming probability and solvent loss.

Keywords：MDEA solvent; foaming; cause; measure

收稿日期：2015-09-22

中圖分類號：TE 868

文獻標識碼：B

文章編號：1004-8901(2016)02-0043-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.012 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.012

作者簡介：劉疆萍(1986年-)，女，河北保定人，2010年畢業于西安電子科技大學計算機信息管理專業，技術員，現主要從事硫磺回收裝置操作服務等工作。