合成气装置脱硫脱碳单元运行优化分析

合成气装置脱硫脱碳单元运行优化分析

历洪波

大庆石化公司化工二厂丁辛醇车间 黑龙江省大庆市 163714

摘要：对合成气装置运行情况的分析与总结，并针对吸收剂的选择、MDEA溶液起泡原因、MDEA浓度对吸收CO₂与H₂S的情况进行了重点分析，并对脱硫脱碳单元历年大事记进行了描述，并最终给出了优化建议。

关键词：脱硫脱碳; MDEA ; 吸收塔 ; 再生塔 ; 起泡

1 工艺简述 吸收剂物化特性

裂解焦油、工艺水混合后与氧气通过工艺烧嘴进入气化炉，在气化炉内1311℃～1400℃的高温条件下，发生部分氧化反应，生成以CO和H₂为主的粗合成气。粗合成气通过气化炉激冷室激冷并洗掉大部分碳黑颗粒，从气化炉激冷室中出来的粗合成气通过文丘里洗涤器进入碳洗塔，水洗合成气中的游离碳黑。合成气自碳洗塔顶出来后进入热回收系统，在热回收系统进行气液分离和热量回收，副产0.35MPa饱和蒸汽，并通过洗氨塔将合成气中的氨脱除。脱除了氨的合成气进入MDEA吸收塔，用浓度为30×10^-2的MDEA溶液与之逆流接触，吸收合成气中的CO₂和H₂S，使合成气中的 CO₂和H₂S分别降至 0.1％（vol）和 5×10^-6（vol）以下。含有 CO₂和H₂S 的MDEA富液经过闪蒸罐闪蒸出部分酸气和水后，进入 MDEA 再生塔，将CO₂和H₂S等酸气从溶液中汽提出来，经冷凝分离后送酸气火炬烧掉。再生后的MDEA溶液循环利用。脱硫脱碳后的合成气进入精脱硫系统，将合成气中总硫量降到2ppm以下，再经过滤送往丁辛醇OXO系统作反应原料。

合成气装置脱硫脱碳单元使用的吸收剂为MDEA，学名：N-甲基二乙醇胺，为无色或微黄色粘性液体，分子式：CH₃N(CH₂CH₂OH)₂，沸点247℃，闪点260℃，比重1.0425g/ml （ 20℃），凝固点-21 ℃，粘度101Cp（20℃），易与水和醇混溶，微溶于醚。MDEA在一定条件下能很好的吸收H₂S、CO₂等酸性气体，反应热小，解析温度低。MDEA为叔胺，显弱碱性，PH值约为8.5，化学性质稳定，几乎不降解变质。

2 吸收剂MDEA的脱硫脱碳原理

2.1 吸收反应过程分析

纯MDEA溶液与CO₂不发生反应^[4]，但其水溶液与CO₂可按下式反应：

CO₂+H₂O=========H++HCO₃^- （1）

H⁺+R₂NCH₃=======R₂NCH₃H⁺ （慢反应） （2）

从式1、式2可以看出MDEA吸收CO₂具有物理吸收和化学吸收两个过程特性：首先，CO₂穿过液膜，溶解于MDEA溶液中；随后，发生化学反应，完成脱碳。式1收液膜控制，反应速率极慢，式2则为瞬间可逆反应，当溶液PH>9时，HCO₃^-与CO₃^2-发生平衡转化反应，由此可以看出，CO₂必须有H₂O才能与MDEA发生反应，而反应主要受式1控制。

R₂NCH₃+H₂S======== R₂NCH₃H⁺+HS^- （瞬间反应） （3）

从式3可以看出，MDEA与H₂S反应为可逆反应，对H₂S为化学吸收并具有选择性。其中有一个羟基，可以降低化合物的蒸气压，增加醇胺在水溶液中的溶解度，可配置成水溶液；还有胺基，水溶液提供碱性环境，促进对酸性组分的吸收。

2.2 合成气装置脱硫脱碳单元吸收剂选择分析

合成气装置脱硫脱碳单元目前选择的吸收剂为MDEA，相同的吸收剂还有MEA、DEA等，MDEA溶液是否为最佳吸收剂。下面我们对三种吸收剂进行对比分析见表2-1。

表2-1 常用脱硫脱碳净化剂的比较

2.3 MDEA起泡原因分析

当
MDEA被污染并且含有能降低溶液表面张力、提高溶液粘度的杂质时，MDEA溶液就会产生相对稳定的泡沫，起根本原因为液膜中的高浓度表面活性剂改变了液膜中MDEA的物理化学性质。

图2-1MDEA溶液单一气泡形成过程 图2-2 MDEA溶液大量泡沫形成过程

图2-1、2-2为单一气泡形成过程和大量泡沫的形成过程，更加直观的说明了泡沫的形成过程。

2.4 优化运行对策

2.4.1 提高闪蒸槽液位，增加溶液停留时间

延长MDEA溶液在闪蒸槽的停留时间，V1502闪蒸槽液位控制在30%以上。因为，虽然V1502的直径足够，闪蒸面积足够，液位控制低停留时间变短，也会使闪蒸气释放量减少，这样可以保证溶解在溶液中的气体大部分被闪蒸出来，以此来提高再生气的纯度。

2.4.2定期更换活性炭过滤器中的活性炭

活性炭过滤器使用时间过长，会导致活性炭吸附效果变差，同时，长时间的使用会使活性炭颗粒粉碎变细。因此，建议S1501活性炭过滤器一开一备，根据生产情况及时切换，经过脱硫脱碳单元S1501活性炭过滤器流量保持在20t/h以上，若维持S1501在20t/h的流量，阀位开至60%以上，建议立即更换活性炭。

2.4.3 适当提高MDEA水溶液浓度

根据同类型脱硫脱碳单元的对比，MDEA浓度均在40%以上，而合成气装置脱硫脱碳单元的MDEA浓度最高时在33%，远低于同类型单元的使用浓度。适当提高MDEA水溶液浓度后，对CO₂、H₂S吸收效果会更好，以此增加MDEA吸收剂活性。

3 结束语

通过对合成气装置脱硫脱碳单元运行情况的分析，在实际生产中对装置流程、操作参数进行优化，不断延长吸收剂的使用时间，提高吸收剂的效果，保证合成气装置安全、长周期、满负荷、优化运行。建议定期对调节阀、阀门、管线进行腐蚀检查，避免腐蚀泄漏的风险。

参考文献：

[1] 曾树兵、陈文峰、郭洲.MDEA胺法脱碳工艺流程选择和比较.海洋工程学术会议，2009

[2] 金祥哲.MDEA脱硫溶液发泡原因及消泡方法研究.西安石油大学.论文，2005

4