浅析苯菲尔法脱碳吸收塔拦液的原因及处理方法

李佳

（中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司 内蒙古鄂尔多斯 017209）

现在所说的是以天然气蒸汽转化法制取氢气，其中生产工艺主要的副产物是CO2，对于天然气制氢生产工艺来说CO2是毒害物质，需要从混合气体中分离出来。

在大型合成氨、天然气制氢、甲醇生产中，脱除CO2酸性气体的方法主要采用化学容剂吸收法。主要采取菲尔法进行脱碳，它是在热碳酸钾溶液中添加二乙醇胺（DEA）作为活化剂来净化气体的方法。DEA 的分子式NH(CH2CH2OH)2，主要是起催化剂的作用加快脱碳溶液的吸收和解析的速度降低了CO2的平衡分压[1]。目前，有多种化合物可以作为活化剂添加到碳酸钾溶液中去增加脱除CO2的活性，二乙醇胺是我们生产中常用的化学添加剂。在以二乙醇胺为活化剂的热钾碱法中应用最为广泛的方法，它适用于CO2的分压低，净化度要求高的生产工艺,碳酸钾是弱碱性，具有吸收CO2快速反应的特性和易于再生的特点。

一、吸收塔吸收二氧化碳的工艺流程

在生产中，来自变换工序的变换气体从吸收塔的底部进入，经过吸收塔底的气体分布器与来自塔顶的贫液和来自塔中部的半贫液逆向接触，在吸收塔中反应，反应完之后的液体为富液，富液从吸收塔的底部流出，经过塔底的消泡器和防涡流挡板去再生塔，富液在再生塔进行再生，吸收塔底由消泡器和防涡流挡板组成，塔底的消泡器主要是消除碱液的气泡和降低泡高，防涡流挡板主要是防止液体夹带气泡。变换气中的大部分CO2在吸收塔的中部被大量的半贫液吸收。为了保证净化度还有少部分未被吸收的CO2在上段被冷的少量贫液吸收。最后吸收塔的气体去下一个PSA 工序，一般可适当提高吸收的半贫液的循环量和降低贫液的温度来达到吸收的要求，CO2的吸收经过吸收塔四层填料，我们生产用的主要是鲍尔环，它的材质是碳钢填料，每层碳钢填料之上有一层不锈钢填料，不锈钢填料主要是考虑到碱液喷淋不均，在每层上可能有部分填料不能被湿润而腐蚀。吸收CO2之后经过塔顶的除沫器进入下一工序，吸收塔的除沫器主要用于分离塔中气体夹带的液滴，降低液体夹带量，保证碱液不流失，保证传质效率。

二、吸收塔拦液的定义

CO2在吸收塔反应中，主要经常发生的现象是吸收塔拦液、泛塔。

吸收塔的拦液是指在塔直径固定后，由于它的直径较大，要求气液分布尽可能的均匀，因为供气、液两相进行逆流接触的截面就不会再变，上、下两层塔板间的压力降会随气、液两相之一流量的增加而增大，如果气、液两相之一的流量增大到一定数值，上、下两层塔板间的压力降就会增大到使降液管内的液体不能顺畅的流下，这样会导致吸收塔液位波动大，在塔底液位电动阀投在自动状态时，自调阀位波动大，净气净化度间断性超指标，塔阻力明显增大，显示为吸收塔的压差快速增大（吸收塔压差的大小有利于反映塔内气体的流动情况，预知拦液的发生是极为重要的，由于差压计导管极易积水引起的差压指标波动和偏差，应当及时排尽导压管的积水，校对零点以保证差压计的读数可靠）。并且在水平衡没发生变化的情况下再生塔的液位降低，这时我们应当判断为吸收塔拦液。如果在上述现象加重时，出现出吸收塔的分液罐液位高，净化气去PSA 的管道内有液体流动声，吸收塔的出塔分液罐排液中K2O 含量高，再生塔液位下降。我们称这种现象为淹塔。

三、吸收塔产生拦液的原因

1. 碳酸钾溶液的损失， 我们脱碳一般用K2CO327%-30%，如果碱液的溶度不够，将影响吸收塔的二氧化碳的吸收，我们应当保证碳酸钾的浓度要求。苯菲儿法规定系统铁离子的正常值为10-100PPM，如果溶液中铁含量在短期内有明显的增加时，就说明系统有局部腐蚀。如果铁离子的含量达到200-300PPM 左右时，还将造成铁和钒的共沉淀，从而使溶液中的钒盐迅速损失，一般溶液中V2O50.7—0.8% ，钒酸钾能在碳钢表面生成一层坚密的难溶解的钒化膜，以隔离设备和溶液接触，防止设备腐蚀。钒的损失将加快设备的腐蚀，将使碱液杂质增加，容易产生拦液。

2.碳酸钾溶液太脏或发泡物质过多，当碱液中溶解有其它的成分，这些不容成分自行分布聚集在膜的表面，就增加了泡沫的稳定性，将会延迟消泡时间，最后产生拦液现象[2]。一般的杂质有气体的夹带物、变换气油分离的效果差或者排油不及时将油带入溶液中、变换气采用的变换催化剂的粉末带入系统中、还有在原始开车空气进入系统腐蚀填料、设备、管道，生成氧化铁，若变换气中硫化氢含量高，还会生成硫化铁或是析出硫，混入碱液中。这些机械杂质、油污、硫等引起溶液发泡。

3.生产负荷过重或系统压力波动过大。保证脱碳的负荷是维持脱碳稳定的先决条件，脱碳的操作主要是维持脱碳系统的水热平衡，装置负荷低，脱碳系统热量不好平衡，很多时候为了确保塔的液位，降低甚至取消回流，导致大量的碳酸钾溶液被带至出塔的分液罐，送至界区外面，造成损耗。在生产装置负荷过重时，变换气明显增加，导致气液比增大，吸收塔的负荷也将增加，吸收塔的压差也将增大，这样极容易造成碱液被变换气拖住不能下来形成拦液。

4.吸收塔进液量波动大或贫液、半贫液循环量过大，溶液的循环量取决与生产负荷和溶液的吸收能力，在使用填料时还需要考虑在单位时间里，单位塔截面积上喷淋的溶液量，如果碱液量过大塔板降液不掉，另外吸收塔液位波动过大液易拦液，液位过高，会造成出口气带液，严重时将影响甲烷化反应的操作。吸收塔液位过低，会造成气体串到后面的低压设备造成设备超压，或引起碱液泵的抽空。

5.吸收塔内填料腐蚀，软化变形。不锈钢鲍尔环是我们在生产中是吸收塔的主要填料，鲍尔环的特点是强度高，耐高温，但它只能用在保证不腐蚀的情况下。如果吸收塔内填料破损，软化变形，鲍尔环填料的表面积要比全部设备的及管线的总和大许多倍，填料如果产生哪怕是轻度的腐蚀和破损，碱液也将会产生严重的污染。

四、吸收塔查明拦液原因后的处理方法

1.在天然气制氢的生产中，应当每天分析碳酸钾碱液的浓度、五氧化二钒的浓度。在原始开车时我厂配置碱液的总体积为300TK2CO3含量27%，密度1.27T/m3。一般碳酸钾损失原因有产品气体的夹带，碱液在大槽蒸发时的损失，吸收塔拦液时碱液的损失。发现碱液的浓度下降时应及时向系统补充碳酸钾。每天要按时对碱液的中钒含量和的浓度进行分析，预知钝化膜的效果，超出规定的范围应及时添加V2O5。

2.生产中应一直投用碱液的机械过滤器，定期检查机械过滤器滤网，如果过滤效果不好，及时更换滤网或是对机械过滤器进行清洗。在地下槽存储碱液的出口设置活性炭过滤器来吸收碱液的杂质。长时间吸附后活性炭吸附剂达到饱和状态，应当及时更换活性碳吸附剂。如果发生拦液时应当添加消泡剂，对泡高的要求是小于6mm 消泡时间小于10s，消泡剂和脱盐水的比值为1：50.一般添加消泡剂只能解决目前的拦液现象，不能避免拦液的发生，针对原因才能解决拦液的发生。

3.在装置负荷波动时，应当稳定负荷，在负荷提降过程中一定要缓慢，联系转化和净化的前后工序，稳定操作，保证系统不超压，在吸收塔的压力过大时，如果发生泛塔现象，应当立即联系上、下工序，转化系统负荷减半，切除PSA 系统，保护催化剂。

4.稳定吸收塔的进液量，保证吸收塔的液位稳定，不同负荷下贫液、半贫液的流量不同，贫液要求再生度0.25 以下，半贫液再生度0.45 以下.在碱液循环量改变的情况下，稳定吸收塔、再生塔的液位，保证脱碳系统的稳定。

5.在生产时只能根据溶液中铁离子的含量来判断吸收塔填料的腐蚀情况，如果腐蚀严重的话，应在停车时对填料经行清洗，如填料大部分破碎，应更换新的填料，在吸收塔检修时，清理塔板降液孔，仔细检查塔上部分的除沫网，看是否堵塞或是鲍尔环的碎片夹带在除沫网中。

五、结论

化工生产的显著特点是工艺复杂、操作要求严格。保证脱碳系统的稳定，维持脱碳系统的水热平衡是关键因素，而脱碳吸收塔的液位稳定是我们操作的重点，从根本上解决了脱碳系统吸收塔的拦液的发生，我们才能保证脱碳系统循环正常，保证二氧化碳吸收率和碳酸钾再生率。

[1]袁一，曾宪龙，大型氨厂合成氨生产工艺，北京：化学工业出版社，1984,11

[2]杨春升，中小型合成氨厂生产操作问答，北京：化学工业出版社，2009,9

[3]林玉波，合成氨生产工艺，北京：化学工业出版社，2011,7