aMDEA在大型合成氨装置的应用

2022-09-11

1 脱碳技术回顾

天然气合成氨生产中脱碳是继转化后能耗最大的工序, 脱碳是除去气体中的CO2。由于经过一、二段转化及高低温变换后, 工艺气体中CO2的浓度较高, 数量较多, CO2的脱除一般使用溶液吸收法。为了重复使用吸收液, 所采用的生产流程是吸收—解吸, 吸收液循环流程。

2 a MDEA的应用

2.1 a MDEA工艺的发展历程与沿革。

a MDEA溶液主要由N-甲基二乙醇胺 (叔胺) 、哌嗪、消泡剂、水等组成, 简称活化二乙醇胺溶液, 有机物含量较高, 其中N-甲基二乙醇胺含量在50%左右, 是a MDEA溶液组成的基础。上世纪七十年代以前, MEA (伯胺) 、DEA (仲胺) 曾广泛用于化工过程中复杂气体组分中脱出酸性气体, 如CO2等, 但存在吸收率较低、反应速度慢导致需要更大型设备等不利因素。

改良MDEA溶液的关键是要找到一种用作提高吸收CO2速率的活化剂, 理想的活化剂系统应该具有:与酸性气反应快、不导致腐蚀、不导致降解问题。BASF通过研究获得提升CO2吸收速度方面作用明显的活化剂, 它不含有伯胺或叔胺, 所以无降解、无腐蚀。a MDEA溶液由三部分组成:MDEA (叔胺) 、活化剂系统、水。a MDEA溶液吸收CO2的机理是活化剂系统形成甲铵, 由于不含有MEA、DEA, 甲铵无降解且不形成螯合剂, 甲铵阴离子与MDEA反应转移CO2。a MDEA溶液最大吸附能力>0.7 CO2/胺摩尔比。

2.2 a MDEA工艺在建峰二化45万吨合成氨装置的应用

建峰化工股份有限公司现有两套大型合成氨装置, 其中第一套装置 (简称一化) 生产规模为30万吨/年合成氨, 于上世纪九十年代初期建成投产, 脱碳采用本菲尔德工艺;第二套装置 (简称二化) 生产规模为45万吨/年合成氨, 2010年6月建成投产, 脱碳采用了BASF公司的a MDEA工艺。该系统设计为将变换气中CO2的清除到500ppmv的水平, 并能在满负荷的基础上日产2025公吨CO2。

甲基乙醇胺 (MDEA) 是一种叔胺。在吸收塔中发生的胺反应为

高压低温可以提高二氧化碳的吸收能力 (达到平衡) , 而且高温对吸收率有利。

通过将吸收器高压降低到接近大气压力使溶液的压力降低, 并通过蒸汽汽提对溶液加热, 从而使二氧化碳从溶液中解析出来。闪蒸富胺液到接近大气压力, 使富胺液发生部分解析并产生半贫液。为使二氧化碳清除工艺所需要的净热量最小, 多数半贫液被送回到吸收塔, 只有部分半贫液被加热, 并用蒸汽汽提产生低胺量的贫液以满足气体处理所要求的二氧化碳含量的规定。

半贫液从低压再生塔的底部被收回。大多数半贫液由半贫液泵送到吸收塔的中间。大约18%的半贫液在再生塔进出口换热器被加热到110°C并流到汽提塔再生塔的汽提段。再生塔再沸器提供的热量将半贫液转变成贫液。被汽提的二氧化碳向上流到汽提塔。当半贫a MDEA液下流到填料床层与溶液在沸腾器产生的汽提蒸汽相接触, 就转变为贫液。在再生塔进出口换热器中贫液被汽提塔进料所冷却, 在贫液换热器中被冷却水所冷却, 然后由贫液泵送到吸收塔顶部。

2.3 a MDEA工艺存在的问题及对策

a MDEA工艺存在的主要问题: (1) 该技术属国外专利, 国内技术尚不成熟, 若从国外引进则需较高的专利技术费, 增加了总投资。 (2) 国产MDEA中的有效组分N-甲基二乙醇胺的纯度达不到国外同类产品标准 (99.9%) , 有可能对脱碳带来不良影响。 (3) 国内有部分企业发现溶剂发泡, 造成夹带现象严重。因此使用中须添加消泡剂, 而这一举措又势必造成环境污染。另外, 该溶剂易受粉尘、硫、铁离子的污染而影响使用性能。

国内多家企业和研究机构加大对a MDEA技术的开发, 重点解决高效活化剂及N-甲基二乙醇胺的纯度问题, 有望取代国外技术与产品, 实现a MDEA产品与技术的真正国产化, 从而降低投资成本和运行费用。保持工艺系统的清洁及加强脱碳溶液的过滤是解决溶剂发泡的有效途径, 同时减少消泡剂的使用, 减轻环境污染。

3 结语

a MDEA技术在建峰二化45万吨/年合成氨装置成功运用, 标志着该技术日益完善成熟, 其操作安全性、高工艺灵活性、优异的净化效果 (净化气在500ppm CO2或以下) 、较少操作波动 (例如发泡) 、较低运营成本 (例如溶液补充、能源) 较少维护成本 (例如腐蚀、水锈) 和在线运转率最大化等得到验证, 在装置性能考核中完全达到设计指标。

摘要：本文通过对大型合成氨厂脱碳技术发展回顾, 总结a MDEA技术在建峰二化大型合成氨装置脱碳工序的应用, 以及与建峰一化本菲尔德脱碳技术的对比, 详细阐述a MDEA技术的脱碳机理, 对其工艺运行可靠性与灵活性、净化效果、节能、低毒环保、无腐蚀等方面进行分析, 探讨未来脱碳技术发展的主要方向。

关键词：合成氨装置,aMDEA,脱碳