苯菲爾脫碳活化劑國產替代應用探討

梁其奮，符 君

(海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600)

海洋石油富島有限公司(以下簡稱富島公司)是以天然氣為原料生產合成氨、尿素的氮肥企業，目前生產能力為合成氨30萬t/a，尿素52萬t/a，一期合成氨裝置脫碳采用苯菲爾工藝。2004年12月進行增產節能的大修改造，將脫碳溶液全部更換，并在配制新脫碳溶液過程中，加入新的活化劑ACT-1。苯菲爾溶液由27%～30%的K2CO3、0.3%～0.6% ACT-1、0.7%～1%的釩(以KVO3計)和水組成。裝置現工況數據如下：進氣為3.25 MPa、95℃、153 000 Nm3/h、CO2約為18.1%；貧液進吸收塔為70℃、125 m3/h、Fe約為39 mg/L；半貧液進吸收塔為110℃、1 070 m3/h、Fe約為39 mg/L；再生溫度為126℃、冷凝水外排10 m3/h；凈化氣CO2為0.08%；再生氣CO2為98.5%；貧液轉化度為0.23；ACT-1年消耗為1～2 t 。

1 206新型活化劑的特性

苯菲爾熱鉀堿法脫碳工藝中，通過向脫碳溶液中加入少量的活化劑二乙醇胺(DEA)，使其對CO2的吸收起到強化作用。206新型活化劑與ACT-1的機理相同，能更進一歩提高傳質速率，尤其是在吸收塔頂部CO2分壓較低的情況下，改善效果更為顯著。

1.1 優良的傳質效果

與傳統DEA對比，只要加入一定濃度的206新型活化劑，就會使吸收塔出口氣體中的二氧化碳濃度降低60%左右，可使有效氣損失減少，降低裝置消耗。

1.2 改良氣液平衡效果

對氣液平衡特性的改進較為明顯，其強化速率比DEA高，達到同樣的吸收效果所需的溶液量相對較少，對降低脫碳系統的腐蝕、單位脫碳能耗等均有積極意義。

1.3 優良的化學穩定性

隨著脫碳系統運行周期的延長，溶液中的DEA會逐漸降解，導致溶液中的雜質增多。為保證吸收效果，須不斷補加DEA，但對釩的緩蝕作用產生不良影響。206新型活化劑化學穩定性優于DEA，降解速率較低。

2 206新型活化劑投用、控制過程

在脫碳溶液活化劑的換型中，不少企業的做法是將溶液全部更換，新溶液中活化劑不加DEA或ACT-1，而直接改加新型活化劑，此方案效果無疑是最好的。但脫碳溶液若全部更換有兩個難點：一是廢液存放與處理難度較大，二是溶液更換費用高。結合業內廠家使用經驗，本方案為在停止ACT-1前提下，向現有脫碳溶液中加入206新型活化劑，視凈化效果及系統工藝變化對比評價逐歩實現對原ACT-1的替代使用。富島公司苯菲爾脫碳系統的溶液循環量、保有量情況見表1，苯菲爾脫碳系統的溶液成分控制情況見表2。

表1 苯菲爾脫碳系統的溶液循環量、保有量情況

表2 苯菲爾脫碳系統的溶液成分控制情況

3 206替代作業情況

為確保凈化氣達標，在未補充ACT-1情況下，將裝置進氣由95℃升至101℃，再生塔底溫升至126.6℃，頂溫105.7℃，雖然凈化氣CO2維持在0.08%，但系統水嚴重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化驗分析值為0.01%。為盡快恢復工藝指標，應快速恢復活化劑濃度控制，經測算、討論，決定分3次添加206新型活化劑計300 kg。2021年9月1日開始206活化劑替換工作，具體替代作業內容如下：9月1日下午15∶00，加206活化劑 150 kg，濃度由0.51%提至0.53 %；9月3日下午15∶30，加206活化劑 100 kg，濃度由 0.53% 提至0.61%；9月6日，加206活化劑50kg，濃度由0.61%提至0.62%。

4 添加206前后系統脫碳運行數據的總結

2021年9月1日，開始添加206活化劑，運行數據見表3。

表3 2021年9月1日起添加206活化劑的運行數據

通過9月1日～6日3次補充江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206合計300kg，裝置運行工況數據發生以下變化。

(1) 江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206含量99%，ACT-1的含量68%，因此補充206活化劑后，裝置很快出現凈化氣中二氧化碳含量下降變化，而過去添加ACT-1后裝置溶液活性改良時間較長。

(2) 因特殊原因裝置停用ACT-1補充約1月，為確保凈化氣達標合格，在提高總鉀的同時，不得不提高再生溫度，如裝置進氣由95℃升至101℃，再生塔底溫升至126.6℃，凈化氣CO2維持在0.1%～0.11%。但系統水嚴重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化驗分析值為0.01%。

(3) 鑒于206活化劑對系統循環堿活性改良效果，決定于9月3日開始逐步恢復總鉀偏低控制(27～28)、進氣由101℃降至95℃、適當降低再生溫度前提下，凈化氣二氧化碳含量仍穩定在0.06%～0.08%范圍達標穩定運行。

(4)適當降低貧液/半貧液流量，裝置凈化指標仍可達標穩定運行。

(5) 甲烷化床層溫升平均約下降3～8℃，少耗循環氫。

從試用效果得出如下結論：江蘇太湖新材料控股有限公司苯菲爾脫碳新型活化劑206替代ACT-1后，溶液活性有進一歩改良表現，對改良苯菲爾脫碳溶液活性效果明顯。貧液流量下降2m2/h、半貧液流量降低約10m3/h，對裝置節能降耗亦有積極影響。

雖然206活化試用時間短，后期仍需作進一步觀察，以考察其穩定性。但目前的應用效果己經表明：206替代ACT-1效果良好。

特別需要說明能量：206日常補充仍遵照以往ACT-1添加習慣來替代添加：1桶/次折合206活化劑的量為：200kg×68%/99%=137.4kg，從破袋后存放等角度考慮，實際建議按3袋206活化劑/次量進行補充。

補加條件定為2個：①活化劑濃度內控值0.35%～0.6%，低于0.35%時添加，每次添加保證接近內控上限0.6%；②凈化氣中CO2超0.1%的輔助手段為提溶液活化劑濃度，以改良溶液吸收與末端凈化效果。

在裝置處于水平衡條件中，且最優化的冷凝液排放與溶劑合理正常損耗的前提下，裝置進氣溫度、再生溫度、溶液總鉀與活化劑含量、貧液/半貧液循環量等系統工藝指標進行優化調整，以獲得裝置脫酸(酸性氣CO2)最低熱能耗與動力消耗。

5 結語

在富島公司脫碳系統206新型活化劑中，對ACT-1的替代應用表明：206對改良苯菲爾溶液吸收效果、降低溶液對設備和管線的腐蝕、改善氣體質量等更優異，減少了甲烷化氫氣的消耗。控制吸收進氣溫度以降低“三氣”溫度差異，對脫碳單元水平衡控制及206新型活化劑補充量有重要影響。