煤制油尾氣脫碳裝置運行問題分析及對策

曹夢雪

（山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引言

國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油分公司400 萬t／a 規模煤制油生產項目包含的油品合成裝置，在運行過程中的主要產物是液態蠟，與此同時，相關化學反應過程中還會生成CO2氣體、水、醇類物質、酸類物質、酮類物質、醛類物質以及酯類物質等含有氧元素的化學物質。煤制油生產項目運作過程中的尾氣脫碳技術，與費托（F-T）合成生產技術配合使用，其主要作用在于圍繞生產系統內部包含的部分CO2氣體進行脫除過程，確保生產系統內部執行的各類化學反應過程，能夠實現預期的物質轉化。然而，在生產系統具體運行使用進程中，通常會形成并展現出類型多樣的技術問題，需要擇取并運用適當措施加以解決[1-2]。

1 工業裝置

煤制油生產項目尾氣脫碳裝置基本工藝流程示意圖，如圖1 所示。其執行的基本技術原理為：在高壓與低溫技術環境中，尾氣中包含的CO2氣體與吸收劑K2CO3發生化學反應，繼而生成KHCO3溶液，而KHCO3溶液接續經由循環組件進入到再生系統中，在高溫技術與低壓技術環境下經歷反復多次的閃蒸過程，實際再生形成的CO2氣體被排放到大氣當中，且溶液物質實現再生過程。在上述技術原理執行過程中，吸收劑中包含的主要化學物質成分涉及K2CO3、活化劑物質以及V2O5等[3]。

圖1 煤制油生產項目尾氣脫碳技術裝置基本工藝流程示意圖

2 問題及對策

2.1 吸收塔和常壓再生塔壓差高

2.1.1 問題

伴隨著脫碳裝置的運行過程持續時間逐漸延長，吸收塔設備與常壓再生塔設備間的壓差呈現出逐漸增高變化趨勢。在大檢修環節開展前，吸收塔設備與常壓再生塔設備間的壓差持續升高且達到其最上限，繼而頻繁發生塔頂氣帶液以及液泛現象，并且給相關技術裝置執行的高負荷運行過程施加顯著不良影響。

為全面支持滿足實際生產技術需求，應當將合成尾氣數量參數項目嚴格控制在設計值水平（580 000 m3/h）下，同時將半貧液流量參數項目從4 800 t/h 逐步調整降低到3 800 t/h。

在相關技術裝置具體運行過程中，假若塔壓差參數項目所處水平過高，通常需要添加使用適當數量的消泡劑，且添加操作環節的實施頻次呈現出幅度顯著的增加變化趨勢，源于半貧液量參數呈現出逐漸降低變化趨勢，塔壓差參數穩定性顯著不足，引致實際輸出的凈化氣體物質中CO2氣體含量水平顯著超標，最終嚴重影響脫碳裝置、壓縮裝置以及下游裝置的運行使用過程安全性與穩定性[4]。

引致塔壓差過高的基本原因有：

1）由于生產系統內部雜質物質數量過多，對規整填料物質施加堵塞，導致溶液在向下方流動過程中遭受到強度較大的阻力作用。

2）伴隨合成尾氣物質進入系統內部的油類、烴類物質，以及Fe3+離子等導致溶液呈現出發泡現象，影響破壞溶液流動的通暢性，同時集聚在塔板結構上的溶液將較難正常穩定地回落到塔底，客觀上導致塔壓差呈現出升高變化過程。

2.1.2 對策

在大檢修技術環節具體開展過程中，對吸收塔設備內部和常壓再生塔設備內部的規整填料物質依次開展清洗和更換操作，圍繞貧液過濾系統開展技術改造處理，新安裝配置過濾泵設備和機械過濾器設備各1 臺，貧液過濾量參數項目從300 m3/h 增大到700 m3/h。

在檢修環節結束后，吸收塔設備和常壓再生塔設備間的壓差呈現出幅度顯著的下降變化，生產系統的運行負荷強度呈現出提高變化，消泡劑投入數量呈現出減少變化，貧液流量參數和半貧液流量參數均提高至設計指標水平，凈化氣中實際包含的CO2氣體含量呈現出下降變化，不合格率顯著降低[5]。

2.2 系統接氣受阻

2.2.1 問題

在2022 年3 月—4 月時間階段，觀察到反復多次發生的循環氣-貧液換熱器設備和吸收塔設備塔底位置進氣分布器區段組成部分壓降增大變化現象、生產系統接氣受阻現象，客觀上在上游區域F-T 合成尾氣不能順利進入脫碳裝置內部條件，引致F-T 反應器設備的壓力強度超越限制范圍，繼而導致處在上游區域的技術裝置呈現出降低負荷強度生產運行狀態，甚至還會放火炬，且僅僅在10 d 之內就出現4 起故障，客觀上直接影響生產裝置的正常穩定運行。

引致該種故障問題的主要原因，可能涉及如下幾個具體方面：

1）在發生霧沫夾帶現象條件下，液相物質形態基于循環氣-貧液換熱器組件低點位置完成分離過程后，引致管道組件的有效截面尺寸顯著縮小，同時進氣阻力逐漸增大[6]。水洗塔洗劑水分布器設備新增1層，洗劑使用過程中的用水數量呈現出某種程度的增大變化，新補充脫鹽水調節閥和水洗塔設備液位高低水平串級控制機制，調節閥組件經常處在完全打開狀態，洗劑水量呈現出大幅度波動現象，同時由于脫碳裝置的實際接氣量超過設計值，處在高速狀態下的氣流物質極易將水洗塔設備內部的氣相物質帶入后序系統，并且基于低點位置完成分離過程，導致換熱器設備底部位置氣相物質形態的有效流道截面顯著縮小，進氣過程遭受到阻礙。

2）在循環氣-貧液換熱器組件對應的管程之中，因蠟油物質呈現出凝固現象對氣道流程造成堵塞，引致接氣流程遭受阻礙。盡管合成尾氣物質在進入水洗塔設備內部后會經由洗劑將其中包含的含氧有機物質成分去除，但是卻不能完全徹底脫除其中包含的蠟油物質等凝固點相對處在較低水平的化學物質。且由于3-4 月時間階段外界環境溫度水平相對較低，合成尾氣物質在進入尺寸狹窄的換熱器設備列管結構后容易發生凝結現象，促使氣體物質的流道尺寸明顯縮小，進氣過程遭受阻礙[7]。

3）在循環氣-貧液換熱器組件發生內漏現象后，貧液進入氣相物質內部，在換熱器設備低點位置完成向外分離過程，造成進氣過程遭受阻礙。由于換熱器設備殼程貧液壓力參數為3.5 MPa，管程氣相壓力參數為2.5 MPa，開停車技術環節、升降溫控制環節控制不當，極易引致換熱器組件發生損壞內漏，液相物質形態進入氣相物質形態內部，合成尾氣帶液，導致進氣過程遭受阻礙。

2.2.2 對策

降低水洗塔設備的液位高度、支持穩定洗劑水循環數量；嚴格控制干預生產系統的進氣溫度參數項目和冷貧液溫度參數項目；降低循環氣-貧液換熱器組件管程參數項目和殼程壓差參數項目，防止液相物質形態漏入氣相物質形態[8]。

2.3 Fe3+質量濃度超標及V2O5 消耗高

2.3.1 問題

熱鉀堿溶液對技術設備具有較強的腐蝕性作用，腐蝕過程產生的Fe3+離子物質進入溶液系統內部。而Fe3+離子物質的所處濃度高低水平，能夠直接反映生產設備的腐蝕程度。如果Fe3+離子物質的質量濃度呈現出升高變化，說明生產設備實際遭受的腐蝕問題較為嚴重，且能夠導致生產設備的內部厚度參數呈現出逐漸變薄趨勢。與此同時，在Fe3+離子物質的質量濃度處在較高水平條件下，通常會導致出現溶液發泡現象，同時還會引致塔壓差呈現出升高變化[9]。

2.3.2 對策

V2O5物質能夠在CO2氣體的吸收過程中，同時發揮催化和緩解腐蝕強度作用，其屬于典型的氧化性緩蝕劑，能經由氧化作用過程，導致碳鋼物質的電極電位從活化區域逐漸轉移到鈍化區域，促使碳鋼物質從活化狀態轉化成鈍化狀態，實現防止腐蝕問題發生目標。基于此種情況可知，V2O5物質的質量濃度，發揮著極其關鍵且不容忽視的作用，其指向生產設備的腐蝕問題發生程度以及使用壽命均發揮決定影響。然而，實際運行過程中，部分釩化膜會在脫落后被過濾出生產系統，溶液中部分V5+會被活性炭過濾器去除[10]。

在此過程中，V5+的質量濃度保持逐漸下降變化趨勢，在Fe3+的質量濃度呈現出升高變化條件下，應當采取措施及時調整提升V5+的質量濃度，在V5+的總體質量濃度水平呈現出偏低表現情況下，應當及時開展V2O5物質的補充添加操作。在正常運行條件下，應當控制確保溶液環境中V5+的質量濃度長期保持在5.5 g/L 以上[11]。

源于設備內部部分釩化膜發生脫落，同時新更換填料數量較多，系統內部V5+的消耗數量較大，且溶液補充脫鹽水數量偏多。引致V5+和Fe3+的質量濃度明顯降低，伴隨著儲罐設備內部高濃度V5+的補加過程，V5+的質量濃度呈現出上升變化。2021 年7 月22日開始向系統內部補加V2O5物質，V5+的質量濃度逐漸升高，且在2021 年8 月12 日確認提升到最高濃度。

3 結語

本次研究的主要結論有：

1）對已經發生嚴重堵塞問題的規整填料物質開展更換操作或者是清洗操作，能有效避免塔壓差發生的升高變化。

2）增加指向溶液的過濾處理數量，能支持全面徹底去除生產系統中存在的機械雜質類物質、烴類物質以及Fe3+離子，同時還能有效避免塔壓差發生的升高變化過程，但是會顯著增加針對V2O5的使用消耗數量。