碱液系统问题浅析及对策

刘红安，史战军，王 勇

（河南煤化集团中原大化公司，河南 濮阳 457004）

1 改良苯菲尔工艺流程介绍

中原大化合成氨装置采用的是改良苯菲尔工艺的碱液系统，工艺气依次通过气体冷却器05E001，再沸器05E002及脱盐水预热器05E009，从而得以产生低压蒸汽并加热了脱盐水。工艺气冷却到95℃左右，自吸收塔05C001下部进入，与塔顶喷淋下来的吸收液逆流接触。经下塔吸收后的气体CO2含量降至0.4%，再经上塔吸收，从塔顶出来的工艺气，温度为70℃，CO2含量降至0.1%，而后经分离器05F002回收随气体带出的脱碳液。

吸收塔底部流出的富液，经水力透平05MT01送至解吸塔顶部，脱碳液减压闪蒸出来部分蒸汽和CO2，然后再经解吸塔，与再沸器05E002及闪蒸槽05D002返回的蒸汽逆流接触，实现汽提，达到了再生目的。解吸塔底部流出的脱碳液，入闪蒸槽05D002，经过五级闪蒸压力降至0.89×105Pa，此时的温度为100℃，闪蒸释放出来的蒸汽由蒸汽喷射器05A001、05A002、05A003、05A004 和 蒸 汽 压 缩 机05K001注入解吸塔。再生后的脱碳液，经贫液泵05P001A／B送出，分两路送入吸收塔：入上塔的脱碳液经过热水加热器05E010B／A，将脱碳液冷却到70℃；另一路脱碳液直接送入下塔。脱碳系统流程如图1所示。

图1 脱碳系统流程示意

2 脱碳系统问题分析及对策

2.1 碱液再生不彻底的分析及对策

2.1.1 原因分析

碱液系统的碳酸钾碱液已经使用20多年，多年的累积，碱液系统的杂质增多，特别是2009年引用甲醇弛放气后，进一步加重了碱液中的杂质含量，致使碱液再生不彻底。另外，在没有开水力透平05MT01时，部分碱液的再生是通过调节阀LV05007B来进行减压再生的，在这种情况下，LV05007B的阀位过大会造成再生不彻底。

2.1.2 对策

首先，对储槽05T001和地下槽05D002进行清理，尽量减少带入碱液系统的杂质；然后，地下槽05D001与系统中的碱液打循环。其好处有二，一是可以使碱液中一些杂质在地下槽进行沉淀，二是可以帮助部分碱液进行再生。接着，可以把05MT01开起来，通过05MT01做功可以促使碱液再生。若05MT01无法启动，则可以用05MT01的旁路阀与LV05007B进行双通路减压法以促使碱液再生，其流程如图2所示。

2.2 铁离子高的分析及对策

2.2.1 原因分析

分析测量铁离子的方法是先向碱液中加入冰醋酸，加入冰醋酸就是为了将碱液中的氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁等一些不溶于碱液的含铁的悬浊物转化成铁离子或亚铁离子，再用盐酸羟胺将三价铁离子转变为二价铁离子；当溶液pH值在3～5时，亚铁离子与邻菲罗啉反应生成桔红色络合物，然后用比色法测定。从化验室测量铁离子的方法可知，测量铁离子其实就是测量碱液中含铁物质的总量。

图2 双通路减压节流膨胀法碱液再生流程示意

据化验室检测铁离子的方法知，碱液系统中的铁并不是以铁离子形态存在，而是以氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁等形态，并以悬浊液的方式存在于碱液系统之中。由此分析铁离子高的原因：一是在钒化过程中有部分管道并没有进行彻底钒化，致使管道氧化物进入碱液系统；二是碱液在流通过程中冲刷管道和设备，致使管道和设备表面的氧化铁钝化膜脱落，而且管道和设备表面的氧化铁钝化膜脱落后并不能及时再形成，使管道和设备进一步腐蚀，从而增加了碱液中铁离子含量。

2.2.2 对策

储槽05T001进行彻底清理，然后由系统向05T001退碱液，沉淀4～6h，这样可以将碱液中以悬浊物形式存在的氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁等化合物部分沉淀出来，然后再定期清理05T001。

地下槽05D001进行彻底清理，将05D001液位控制60%～70%，然后05D001碱液自身进行循环，并在05D001碱液中通入空气，从而提高碱液中五价钒离子含量，这样，已脱落氧化铁钝化膜的管道和设备可快速建立钝化膜。采取以上措施后，碱液中铁离子和五价钒含量的变化如表1。

表1 碱液中Fe2＋／Fe3＋ 和 V5＋含量变化（2012年）

2.3 蒸汽压缩机跳车原因分析及对策

2012年5月以来，蒸汽压缩机05K001多次跳车，查找原因，发现造成蒸汽压缩机跳车的两个跳车联锁——入口压力低联锁P05045（联锁值－0.025×105Pa）和出口温度高联锁T05054（联锁值197℃），都没有达到联锁值。因此，这两个联锁都没有引起蒸汽压缩机跳车。

2.3.1 原因分析

从工艺角度分析，因前系统碱液再生不彻底，造成进入闪蒸槽05D002半贫液中含有大量的KHCO3，从而增加了05D002的负荷，进而影响蒸汽压缩机负荷。在进入蒸汽压缩机之前四级蒸汽喷射泵因P05010压力低造成喷射泵动力不足，使大量的闪蒸负荷转移到蒸汽压缩机。蒸汽压缩机入口气体组分主要是大量的蒸汽（即H2O，分子量18）和少量的CO2（分子量44），由于前系统带来了大量的KHCO3，在蒸汽压缩机入口闪蒸出大量CO2，改变了蒸汽压缩机入口物料组分及质量，从而造成蒸汽压缩机过载跳车。

2.3.2 对策

通过地下槽05D001与系统中的碱液打循环、双通路减压节流膨胀法促进碱液再生、启动05MT01来提高出再生塔05C002碱液的再生，从而减少进入闪蒸槽05D002半贫液中KHCO3含量。

增大05E001的产汽量，提高蒸汽压力P05010，从而提高前四级喷射泵的动力（增加负荷），进而减少蒸汽压缩机的负荷，保证蒸汽压缩机的长时间稳定运行。

2.4 CO2纯度低的原因分析及对策

2012年5月以来，碱液系统起泡严重，甚至出现了液泛，CO2纯度急速下降，分析数据如表2所示。

表2 CO2纯度分析（2012年） %

2.4.1 原因分析

碱液系统起泡严重和出现液泛时，再生塔05C002及05D002的CO2再生不彻底，其影响有两方面：一是大量的CO2没有再生出来，降低了释放出的CO2的总量；二是进入吸收塔05C001的碱液带入了大量的气泡，在碱液与工艺气充分接触时，会使工艺气中的其他气体（如N2、H2等）进入到气泡之中，再生时气泡中的N2、H2等进入CO2气中，从而影响CO2纯度。

2.4.2 对策

通过地下槽05D001与系统中的碱液打循环、双通路减压节流膨胀法促进碱液再生、启动05MT01来提高出再生塔05C002碱液的再生，增加释放出来CO2的总量；保证蒸汽压缩机的长时间稳定运行，减少进入吸收塔05C001气泡，进而减少碱液中夹带其他工艺气（如N2、H2等）的量，由此提高了CO2纯度。

3 结 语

我公司合成氨装置碱液系统经过20多年的运行，其中带入了大量的杂质，造成碱液系统一系列的问题。采取以上措施后，碱液系统的问题得到了一定程度的缓解，但未能从根本上得到解决。如要彻底解决，必须更换碱液，并将碱液系统进行彻底清洗。