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        CO2溶液回收加熱器結(jié)垢原因分析及應(yīng)對方法

        2020-05-23 18:51:19趙江宜謝萍萍
        關(guān)鍵詞:乙醇胺

        趙江宜 謝萍萍

        【摘 要】本文詳細(xì)闡述了煙氣CO2回收系統(tǒng)中的設(shè)備溶液回收加熱器出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象,分析其原因,并提出了解決辦法。

        【關(guān)鍵詞】CO2回收;乙醇胺(MEA);降解物

        引言:

        某天然氣制甲醇裝置在設(shè)計(jì)之初為解決合成反應(yīng)中氫過多,碳不足的問題,特建造了一套CO2產(chǎn)量為18340Nm3/h的回收裝置,回收的CO2在轉(zhuǎn)化爐前補(bǔ)入原料氣中,調(diào)整合成塔中的氫碳比,提高裝置甲醇的年產(chǎn)量。CO2回收系統(tǒng)是將從轉(zhuǎn)化爐對流段出來的煙道氣,先經(jīng)過水洗塔降溫至45℃進(jìn)入吸收塔,自下而上的與MEA 溶液反應(yīng),CO2被吸收后作為富液進(jìn)入貧富液換熱器,與貧液換熱至98℃,富液在再生塔內(nèi)釋放出CO2,在低壓蒸汽再沸器,解析出CO2大約96℃,經(jīng)過冷卻器冷卻至40℃,CO2分離除水后經(jīng)二氧化碳壓縮機(jī)加壓后送至轉(zhuǎn)化爐前的原料氣中。

        貧液中的小部分進(jìn)入溶液回收加熱器,在中壓蒸汽減壓至0.5MPa,溫度150℃左右后蒸煮,蒸發(fā)出來的MEA返回再生塔內(nèi),剩余蒸溜出的降解物和腐蝕產(chǎn)物再降溫至110℃后在溶液回收加熱器底部排出。

        一、問題描述

        在2020年6月以后裝置運(yùn)行期間,CO2產(chǎn)氣量由開車初期的18200Nm3/h降至17500Nm3/h,隨后8月提高了煮洗的頻率,由三天一排一煮改為四天兩排一煮,溶液惡化得到控制,但產(chǎn)氣量維持在17600Nm3/h左右。10月溶液回收加熱器內(nèi)液相溫度進(jìn)一步降低,由122降至112℃,隨后判斷內(nèi)部結(jié)垢情況加劇,將煮洗頻率改為一天一排,同時(shí)在煮洗過程中加入NaOH堿液,用于消融結(jié)垢物質(zhì),加大廢液排放量。11月14日,溶液回收加熱器蒸汽導(dǎo)淋顏色偏黃,及時(shí)將設(shè)備切出系統(tǒng)后檢查,發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部管束被結(jié)垢形成物包圍,嚴(yán)重影響了正常換熱,經(jīng)試漏后發(fā)現(xiàn)多達(dá)44根換熱管泄露,出口除沫器也被腐蝕損壞。

        二、原因分析

        溶液回收加熱器中的結(jié)垢物屬于銨鹽類結(jié)晶,主要來源于MEA的降解。而其降解物種類繁多,已知的主要為甲酸鹽、乙酸鹽、酰胺以及烷酮類,但無法具體確認(rèn)。但其降解原因經(jīng)過分析總結(jié)主要為熱降解和氧化降解。

        MEA與CO2是放熱反應(yīng),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)來看,只要降低溫度就會讓CO2更多的被吸收。同樣的道理,溫度升高就會使CO2被釋放出來,因而低溫度利于吸收,高溫度適合解吸。

        在吸收塔中,顧名思義就是發(fā)生的CO2吸收反應(yīng),降低溫度不止可以促進(jìn)正方向進(jìn)行,還能夠增加塔頂溶液噴淋水的能力,洗滌下來更多的有機(jī)胺,盡量控制在貧液冷卻器的貧液溫度低于50℃。

        對應(yīng)的在再生塔中就是CO2的解吸,升高溫度,會使溶液更多的釋放CO2,促進(jìn)溶液再生,使更多的富液轉(zhuǎn)化為貧液,提高EMA濃度,在循環(huán)回吸收塔后能更多的吸收CO2;但MEA的降解也會隨著溫度升高而加劇,溶液品質(zhì)也會被破壞,降解物也會隨著變多??刂圃偕诇囟燃s115℃,塔頂溫度約為96℃。

        因此,氧化降解多發(fā)生在靠近煙道的吸收塔和熱交換器內(nèi),熱降解多發(fā)生在溫度較高的再生塔和溶液回收加熱器中。

        (一)氧化降解

        MEA在煙道氧氣的作用下反應(yīng)生成有機(jī)酸,反應(yīng)如下:

        反應(yīng)生成的這些酸不僅會腐蝕設(shè)備,還會繼續(xù)反應(yīng)生成不穩(wěn)定性熔鹽。這些鹽類在溶液回收加熱器中沉積,附著在換熱管的表面上,引起設(shè)備結(jié)垢,隨之而來還會進(jìn)一步腐蝕設(shè)備,并且溶液的清潔度也會被破壞,總胺溶液濃度也會下降。因此控制煙道氣中的氧含量顯得尤為重要,通常我們控制在3%以下。

        (二)熱降解

        MEA在與CO2發(fā)生正常的吸收和解析反應(yīng)時(shí),隨著溫度的升高,還會與CO2發(fā)生副反應(yīng),生成有機(jī)酸鹽,這些聚胺類化合物大多具有較強(qiáng)的腐蝕性,它們同樣會附著在溶液換熱器中,加快設(shè)備結(jié)垢和腐蝕速率。

        再生塔再沸器及溶液回收加熱器均采用低壓蒸汽,特別是溶液回收加熱器中通常采用180℃左右的蒸汽來促進(jìn)降解物的再生,但這同時(shí)也加劇了MEA與CO2的副反應(yīng)。溫度越高,越容易加劇MEA的降解。

        三、方法對策

        (一)改變?nèi)芤号浔群吞砑恿?/p>

        在工廠實(shí)際運(yùn)行中,為了保持MEA的濃度,日常補(bǔ)加MEA的同時(shí),我們還要同步加入抗氧劑和緩蝕劑,抗氧劑可以抑制氧化降解,而緩蝕劑則可以控制MEA及降解物對設(shè)備本體的腐蝕??寡鮿┨砑恿恳罁?jù)控制的氧含量來確定,

        MEA及緩蝕劑的補(bǔ)加量由下式計(jì)算:

        (二)煙氣氧含量控制

        嚴(yán)格控制煙氣中的氧含量,特別是轉(zhuǎn)化爐助燃空氣的風(fēng)量與風(fēng)壓,避免較高的氧氣加劇MEA的氧化降解,減少降解產(chǎn)物在溶液回收加熱器中的聚集。

        (三)蒸煮過程品質(zhì)控制

        在MEA溶液出現(xiàn)惡化,降解物增多時(shí),應(yīng)及時(shí)增加溶液回收加熱器的蒸煮頻率,同時(shí)避免干燒、工藝調(diào)節(jié)大幅波動(dòng),排液確保干凈,不要讓這些銨鹽附著在換熱器的列管上,定期檢查設(shè)備內(nèi)部,避免結(jié)垢和腐蝕的發(fā)生,必要時(shí)要打開設(shè)備及時(shí)除垢,避免結(jié)垢情況加劇。

        (四)降低溶液消耗方面的技術(shù)改造

        MEA循環(huán)生產(chǎn)CO2的過程中,其降解是無法完全避免的,只能在其降低的程度上加以控制,我們通過一些技術(shù)改造,例如增加貧液板式換熱器的負(fù)荷,降低進(jìn)入吸收塔的溫度,還有在吸收塔頂部捕捉胺液的洗滌水,將它們重新打入系統(tǒng)中,可以有效降低MEA的補(bǔ)加量,達(dá)到降本增效的效果。

        四、結(jié)論

        溶液回收加熱器在整個(gè)CO2回收系統(tǒng)中起著重要的作用,它是系統(tǒng)能夠長時(shí)間聯(lián)系運(yùn)行的保障,因此,在日常的生產(chǎn)中,我們更應(yīng)該關(guān)注MEA的降解問題,減少其在溶液回收加熱器中的累積,避免大量結(jié)垢導(dǎo)致設(shè)備無法運(yùn)行。通過本文對于其結(jié)垢原因的分析和應(yīng)對方法,能夠很好的解決類似問題。

        (作者單位:重慶卡貝樂化工有限責(zé)任公司)

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