溶液在线净化技术在MDEA脱碳系统中的应用

李 强 程建英 王 泽 江 宁(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司临猗分公司 山西临猗044100)(四川省精细化工研究设计院 四川自贡643000)

溶液在线净化技术在MDEA脱碳系统中的应用

李 强 程建英 王 泽 江 宁
(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司临猗分公司 山西临猗044100)(四川省精细化工研究设计院 四川自贡643000)

0 前言

山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(以下简称临猗分公司)原有2套MDEA脱碳系统(一、二分厂各有1套)，一分厂2#系统MDEA脱碳系统于2009年停用，闲置了200 m3MDEA溶液。为了有效利用闲置资源，将此闲置的MDEA溶液补加至二分厂甲醇脱碳系统。添加后，出现溶液吸收能力下降、铁离子含量升高等问题；若不进行处理，情况将会进一步恶化，溶液吸收率会进一步降低，造成装置的电耗和溶液损失越来越大，会加剧溶液对设备和管道的腐蚀，存在安全隐患，因此，必须对溶液进行净化处理。

经过与四川省精细化工研究设计院沟通，对溶液进行了分析，溶液中的热稳定性盐质量分数竟高达3.1%。四川省精细化工研究设计院最近研制出一种MDEA溶液在线吸附剂，采用该吸附剂对临猗分公司MDEA溶液进行处理小试。处理后的溶液化学分析结果令人满意，溶液中杂质残存含量明显降低，溶液性能得到改善。为了验证处理后溶液的吸收能力，四川精细化工研究设计院拟与临猗分公司联合开发，将小试装置放大，建立1套工业化溶液在线处理装置，其优点是可在系统不停车的情况下对溶液进行在线净化处理。

1 溶液处理前基本情况与小试效果

处理前溶液外观呈不透明的黑色，溶液发泡较严重，溶液黏度较大。从分析数据结果可以得出：①硫化物质量分数达560×10-6，是造成溶液发泡及腐蚀的因素之一；②降解物质量分数>5%，形成的热稳定性盐腐蚀性强，易堵塞管道，造成脱碳液的酸性气处理能力下降、净化气质量不达标。

脱碳液经MDEA溶液在线吸附剂小试处理后，溶液的外观、性质等都得到极大改善：溶液颜色大幅度变浅，呈浅褐色，溶液变得更清澈透明(硫化物被全部去除所致)；最重要的是脱碳液中热稳定性盐质量分数由3.1%降低至未检出，热稳定性盐去除率很高；从色谱图上来看，部分的重组分峰没有了，而且其他杂质峰在一定程度上也大幅削弱；溶液的腐蚀性得到有效遏制，且不易起泡。溶液中铁离子质量分数由240×10-6降低至50×10-6，溶液pH由9.4升高至11.1(热稳定性盐被去除所致)。

2 溶液在线净化装置

2.1 催化剂特点

催化剂交换器内装填由四川省精细化工研究设计院提供的JH- 21型催化剂。此催化剂属于易再生、无二次污染的环保型催化剂；离子交换树脂使用氢氧化钠碱液再生，再生液用量少、再生效果好，再生后用脱盐水洗净离子交换树脂中的碱液，再生后的离子交换树脂继续处理脱碳液中的热稳定性盐；催化剂和离子交换树脂的抗有机污染能力强、使用寿命长、性能稳定。

2.2 催化剂的激活

2.2.1 稀盐酸激活

用约2倍于催化剂体积的的稀盐酸溶液(质量分数4%)浸泡激活催化剂，浸泡时间为8 h，然后排去稀盐酸溶液，用洁净水冲洗催化剂至出水接近中性。因催化剂交换器材质为碳钢，所以不能在催化剂交换器中进行酸激活，鉴于此建议：将200 L的塑料桶从中间锯开，将其一分为二，用于装稀盐酸来浸泡激活催化剂。浸泡结束后，用洁净水冲洗催化剂，直至出水基本呈中性。

2.2.2 食盐水激活

用泵从催化剂交换器底部打入质量分数10%的食盐水，浸泡24 h，然后排去食盐水，从催化剂交换器上部加入清水漂洗，使排出水不带黄色，然后用清水反洗催化剂层，直至排出水清晰、无气味、无粉末催化剂为止。

2.2.3 碱液激活

用泵从催化剂交换器底部打入质量分数5%的氢氧化钠碱液，浸泡6 h，然后排去碱液，再用碱液对催化剂进行最终激活。

2.3 对脱碳液进行处理

为了能快速、高效、稳定地处理完200 m3脱碳液，处理全过程分为3个阶段来完成。每个阶段由若干个处理周期组成，每个处理周期由催化剂处理溶液过程、催化剂再生过程及处理液回收系统组成。

2.3.1 第1阶段——高盐模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化剂交换器中，约3 h后停止引入溶液，在催化剂再生过程开始前，用脱盐水对催化剂中的残余溶液进行清洗回收。再生完成后，引入脱碳液进行下一周期的溶液处理，以此周期性处理5 d后，根据溶液的组分变化情况对溶液的组成进行第1次调整；再次周期性处理3 d后，进行第2阶段处理。

2.3.2 第2阶段——中盐模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化剂交换器中，约6 h后停止引入溶液，开始催化剂的再生过程。催化剂再生完成后，进行下一周期的溶液处理；周期性处理6 d后，根据溶液的组分变化情况对溶液的组成进行第2次调整；再次周期性处理3 d后，进行第3阶段处理。

2.3.3 第3阶段——低盐模式

溶液以1 m3/h的流量引至催化剂交换器中，约12 h后停止引入溶液，开始催化剂的再生过程。催化剂再生完成后，进行下一周期的溶液处理；周期性处理9 d后，根据溶液的情况并计算后对胺液的含量及活化剂进行最后一次调整。

2.3.4 溶液在线净化流程

溶液在线净化流程见图1。

图1 溶液在线净化流程

来自微孔过滤器的贫液(<55 ℃)进入催化剂交换器顶部，经过催化剂作用，离子交换树脂上OH-与溶液中热稳定性盐阴离子交换，束缚胺得到释放，贫液从催化交换器出来后回至第2闪蒸塔溶液出口或者脱碳液地槽。

3 催化剂再生

(1)当催化剂和离子交换树脂运行一定时间失效后，需对其进行周期性再生处理。关闭催化剂交换器顶部贫液进口阀，打开氮气阀，将催化剂交换器内剩余贫液完全排入脱碳液地槽。

(2)催化剂交换器内贫液排空后，再延时5～10 min，然后关闭氮气阀及催化剂交换器贫液出口阀，打开排气阀。

(3)打开催化剂交换器顶部脱碳稀液进口阀，加稀液约2.5 m3，关闭脱碳稀液进口阀，延时10 min左右，打开催化剂交换器底部贫液出口阀和氮气进口阀，将催化剂交换器内稀液完全压入脱碳液地槽。

(4)稀液排净后，再延时5～10 min，然后关闭氮气进口阀和催化剂交换器底部贫液出口阀。

(5)提前配好质量分数为4%的氢氧化钠溶液(约3槽碱液)，保证接触时间40～60 min。

(6)打开排气阀，启动碱液泵并打开碱液进口阀；当碱液从排气阀处排出后，关闭排气阀，停运碱液泵。浸泡30 min后，打开催化剂交换器底部碱液排污阀和氮气进口阀，将碱液排至络合铁地槽。

(7)催化剂交换器内碱液排净后，关闭氮气进口阀和催化剂交换器底部排碱液阀，打开排气阀，泄掉催化剂交换器内压力。

(8)打开催化剂交换器顶部脱盐水进口阀，当催化剂交换器上部排气阀有脱盐水排出后，关闭脱盐水进口阀和催化剂交换器上部排气阀。打开氮气进口阀和催化剂交换器底部排碱液阀，将催化剂交换器内脱盐水排入络合铁地槽。在此过程中，在取样处取样检测pH，应保证pH为8左右；若pH达不到要求，则继续上述步骤，直至pH达到要求为止。pH达到要求后，将脱盐水排至碱液槽。

(9)催化剂交换器内脱盐水排净后，再延时5～10 min，然后关闭氮气进口阀和催化剂交换器底部排碱液阀，打开排气阀。至此，本周期溶液处理过程结束，打开催化剂交换器顶部贫液进口阀和催化剂交换器底部贫液出口阀，进入下一个溶液处理周期。

4 效果分析

溶液处理数据分析比较见表1。

表1 溶液处理数据分析比较

注：2013- 11- 06为处理前，2013- 11- 07至2013- 12- 10为处理后。

由表1可以看出：溶液中残存杂质质量浓度由880 mg/L下降至424 mg/L，溶液吸收率由53.2% 提高至57.8%，吨甲醇蒸汽消耗由0.78 t降至0.72 t。由此可见，采用MDEA溶液在线处理装置对溶液进行处理后，脱碳液中热稳定性盐、硫化物、铁离子的含量显著降低，溶液性能得到改善；溶液对CO2的吸收能力增强；系统蒸汽消耗降低，吨甲醇消耗0.5 MPa饱和蒸汽由0.78 t降至0.72 t，按年产粗甲醇100 kt、蒸汽价格120元/t计，则年节省蒸汽费用72万元左右，经济效益非常显著。

溶液在线净化技术能胜任溶液的净化处理，其净化效果好、效率高、操作方便、催化剂再生快捷，具有较好的推广应用价值。只要选型适当、工艺设计合理、操作规范，可取得良好的经济效益。

2014- 01- 16)