趙光偉

(寧夏哈納斯液化天然氣有限公司,寧夏 銀川 750021)

由于MDEA溶液(N-甲基二乙醇胺)對(duì)H2S具有良好地選擇性,在一定濃度下對(duì)CO2和H2S進(jìn)行循環(huán)吸收，再生效果非常好，而且其再生溫度低,熱穩(wěn)定性好,蒸汽壓較低,容積損失小,對(duì)碳鋼設(shè)備基本無腐蝕[1]。使用MDEA溶液脫酸成為近年來天然氣脫酸的主流方法，越來越多的液化天然氣廠家使用這一方法。當(dāng)然缺點(diǎn)也是存在的，在使用MDEA溶液脫酸過程中會(huì)存在發(fā)泡和攔液現(xiàn)象,甚至?xí)痨F末夾帶造成MDEA溶液損失,對(duì)下游工藝單元也會(huì)造成影響,使天然氣脫酸能力大為降低,進(jìn)而使生產(chǎn)裝置的加工量下降或者不能正常生產(chǎn)運(yùn)行。所以怎么控制或減少M(fèi)DEA溶液的發(fā)泡問題,是液化天然氣廠家保證生產(chǎn)裝置安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行急需解決的首要問題。

1 脫酸系統(tǒng)發(fā)泡和攔液現(xiàn)象及原因

1.1 發(fā)泡和攔液現(xiàn)象

寧夏哈納斯液化天然氣裝置自2011年建成投產(chǎn)以來，天然氣凈化單元脫酸系統(tǒng)發(fā)泡和攔液現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，尤其是在晚上的時(shí)候發(fā)泡現(xiàn)象更加頻繁。發(fā)泡時(shí)脫酸系統(tǒng)吸收塔的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯的變化，大量的MDEA溶液會(huì)隨著天然氣氣流上升發(fā)生霧沫夾帶現(xiàn)象，而吸收塔的差壓△P迅速增大的同時(shí)塔底部的MDEA溶液液位會(huì)快速下降,導(dǎo)致在吸收塔中上部水洗段液位快速上漲，甚至吸收塔頂?shù)乃敺蛛x器液位也會(huì)明顯上升。吸收塔里面MDEA溶液的溫度會(huì)比原來有所降低,天然氣在吸收塔頂出口的CO2組份會(huì)出現(xiàn)明顯變化(CO2含量快速上升或超過產(chǎn)品合格指標(biāo))。由于脫酸系統(tǒng)吸收塔各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的變化，脫酸系統(tǒng)再生塔的部分參數(shù)也隨之出現(xiàn)變化。例如再生塔的壓差明顯增大，再生塔底部液位會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢 ,再生塔頂部的出口溫度也會(huì)上漲等。我們正常操作時(shí)在處理脫酸系統(tǒng)發(fā)泡和攔液現(xiàn)象的調(diào)節(jié)手段一般有兩種：一是快速把生產(chǎn)加工量降低(主要是防止脫酸指標(biāo)不合格的原料氣和大量的MDEA溶液帶入到下游單元)，二是向脫酸系統(tǒng)加入消泡劑。但是由于降低生產(chǎn)加工量和給吸收塔中加入消泡劑只能緩解發(fā)泡和攔液的現(xiàn)象,還是會(huì)對(duì)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)率和產(chǎn)率有極大的影響。所以找出發(fā)泡的原因并實(shí)施有效的措施，才能從根本上去解決這個(gè)問題，進(jìn)而確保裝置能平穩(wěn)長周期的運(yùn)行。

1.2 發(fā)泡原因

根據(jù)對(duì)本廠原料氣組份、MDEA溶液濃度、操作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)引起脫酸系統(tǒng)發(fā)泡的原因有以下幾點(diǎn):第一原料氣中CO2含量波動(dòng):白天一般穩(wěn)定在0.3%～0.6%左右,而在夜間在0.8%～1.2%左右浮動(dòng),有時(shí)甚至?xí)_(dá)到2%。第二原料氣溫度的變化不穩(wěn)定，白天溫度在35℃左右恒定不變,但是在晚上尤其是后半夜時(shí)原料氣溫度會(huì)降低很多。所以導(dǎo)致原料氣和MDEA溶液的溫差不穩(wěn)定，變化極大(△T在5～10℃時(shí)吸收效果最佳)。第三MDEA溶液配比濃度較低:MDEA溶液濃度在32%，HEP溶液濃度在7%(見表1)。第四在對(duì)本廠的MDEA溶液重?zé)N外排操作中發(fā)現(xiàn)有活性炭顆粒，管道焊渣和鐵銹等雜質(zhì)。

表1 天然氣凈化單元脫酸系統(tǒng)數(shù)據(jù)

2 脫酸系統(tǒng)發(fā)泡原因分析

氣泡是由溶液中的氣體分子與液體分子相互碰撞,進(jìn)行能量交換,使相鄰氣體分子發(fā)生聚合,并克服液體的表面張力而形成的，由于氣泡密度遠(yuǎn)低于液體的密度,氣泡快速上浮到液面,并受液面液膜的作用而聚集于液面處,形成由液膜隔開的氣泡聚集體,形成泡沫[1]。當(dāng)溶液被污染而含有能夠降低溶液表面張力、提高溶液表面粘度的雜質(zhì)(即類似于表面活性劑的物質(zhì))時(shí),產(chǎn)生的氣泡使體系的比表面積增大而克服表面張力所做的功較不含雜質(zhì)時(shí)減少,則泡沫體系的表面自由能較前降低,溶液就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)比較穩(wěn)定的泡沫[2]。所以泡沫的形成與液體表面張力和氣泡界面的彈性膜強(qiáng)度有關(guān)，表面張力小,液體表面增加(形成氣泡)所消耗的功就少,即越容易起泡，氣泡界面的彈性膜強(qiáng)度越高,泡沫的穩(wěn)定性越好[1]。在天然氣液化裝置脫酸過程中MDEA溶液吸收酸氣,其本身就有很大發(fā)泡趨勢，而烴類、油類和FeS與Fe(OH)3等腐蝕產(chǎn)物的存在,使溶液的表面張力降低[3]。另外在裝置運(yùn)行時(shí)原料氣的溫度變化，下游脫水單元和脫重?zé)N單元切床時(shí)的壓力波動(dòng)，原料氣組份中CO2含量的變化都會(huì)增加MDEA溶液發(fā)泡的幾率。

3 脫酸系統(tǒng)發(fā)泡和攔液現(xiàn)象處理辦法

找出脫酸系統(tǒng)發(fā)泡的原因并實(shí)施有效的整改措施，才能從根本上去解決這個(gè)問題，進(jìn)而確保生產(chǎn)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)率和產(chǎn)率。結(jié)合裝置條件和實(shí)際工況,使用了下列相應(yīng)的處理辦法:

(1) 對(duì)脫酸系統(tǒng)的各個(gè)塔、罐、氣液分離器定時(shí)進(jìn)行烴類物質(zhì)的外排操作,防止烴類物質(zhì)過多影響MDEA溶液。

(2) 提高脫酸系統(tǒng)過濾設(shè)備的過濾精度，以減少帶入胺液系統(tǒng)的雜質(zhì)量。并且及時(shí)清洗或更換過濾設(shè)備。

(3) 根據(jù)胺液濃度及時(shí)補(bǔ)入新鮮胺液,提高胺液濃度，將MDEA溶液濃度在50%左右。(包含HEP活化劑溶液濃度在內(nèi))見表2。

(4) 協(xié)調(diào)上游單元控制原料氣組份,當(dāng)CO2含量增加時(shí),及時(shí)調(diào)節(jié)脫酸系統(tǒng)中胺液再生塔的熱源,提高胺液的再生效果。

(5) 調(diào)整操作，控制原料氣進(jìn)氣溫度和MDEA溶液溫度,將氣液兩相溫差控制在最合理的5～10℃之間。

表2 改進(jìn)后天然氣凈化單元脫酸系統(tǒng)數(shù)據(jù)

(6) 平穩(wěn)操作，保持各個(gè)工段的壓力和流量保持在穩(wěn)定狀態(tài)。如有壓力和流量波動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)整。

(7) 降低脫酸系統(tǒng)胺液閃蒸罐壓力,讓更多胺液中溶解烴類閃蒸出來。

(8) 及時(shí)取樣化驗(yàn)分析，嚴(yán)密監(jiān)控原料氣組份和胺液濃度的變化。

4 結(jié)束語

寧夏哈納斯液化天然氣裝置自投產(chǎn)運(yùn)行以來，天然氣凈化單元脫酸系統(tǒng)發(fā)泡現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)更影響了裝置的安全、平穩(wěn)、長周期的運(yùn)行。在對(duì)脫酸系統(tǒng)胺液發(fā)泡現(xiàn)象實(shí)施積極有效的調(diào)整措施以后，明顯減少和控制了脫酸系統(tǒng)發(fā)泡現(xiàn)象的發(fā)生，保證了生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行，提高了裝置的加工產(chǎn)量。