梁其奋，杜坤桥，陈凤壮

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）

1 工艺流程

来自低温变换炉的工艺气经换热冷却至100℃后进入二氧化碳吸收塔底部，自下而上通过下部两层填料与吸收塔中部加入的半贫液逆流接触后，继续向上通过顶层的填料与贫液逆流接触。经脱碳后工艺气的CO2含量由19.02%降至0.1%，工艺气从吸收塔顶部出来，经过一个气液分离罐后送往甲烷化系统。吸收了CO2的富液从吸收塔底部出来，经水力透平和减压阀两路降压后送去再生塔顶部，溶液经过两层填料与蒸汽逆流接触后，到达再生塔中部集液槽，大部分（88%～90%）的半贫液通过集液槽底部的降液管进入闪蒸罐，经四级闪蒸后由半贫液泵输送至吸收塔中部。剩余小部分（10%～12%）的半贫液经集液槽溢流后进入再生塔下部，通过底部填料与蒸汽进一步接触再生，再生后的贫液从再生塔底部出来由贫液泵送至吸收塔顶部。再生塔顶部出来的CO2经两个换热器后送至尿素单元。

2 溶液变脏分析

2.1 前系统带入杂质

由于脱碳系统位于气体转化单元工段后，而转化工段共有预转化炉、一段炉、二段炉、高温变换炉、低温变换炉等催化剂以及大量耐火材料。随着运行时间增加，催化剂会存在一定程度的老化和粉化，耐火材料也会脱落，产生粉尘随着工艺气进入脱碳后被截留在脱碳溶液当中逐渐积累，使得脱碳溶液越来越脏，最终影响吸收和再生的效果。此外药品的加入携带的杂质、雨水进入地下槽、设备的腐蚀、天然气组分变化等都会不同程度地带入污染物质。在历次大修中，脱碳系统退液后，操作人员进入塔罐设备都能清理出不少粉尘杂质。

2.2 活化剂DEA降解

2005年前，装置脱碳溶液中使用的活化剂是DEA（3wt%），DEA 在任何苯菲尔特脱碳溶液中都会发生降解，降解产物能引起脱碳溶液起泡[1]；溶液中的DEA 能与工艺气中微量的甲醛迅速发生反应，使溶液黏度增大。每年DEA 的消耗量约10t，由DEA 带入的杂质以及产生的降解物也是溶液变脏的一个重要原因。

2.3 脱碳系统腐蚀

装置设备的老化以及高速流动的溶液对管道、设备和填料造成冲刷腐蚀，产生的铁离子直接带入系统中，此外K2CO3溶液（主要是CO3

2-和HCO3-）及湿的CO2气体具有腐蚀性，若脱碳系统钒化不好，腐蚀更加明显，导致系统中的铁离子快速上涨乃至超标。若是铁离子和钒离子控制不当，还会发生更为严重的钒铁共沉现象。

2.4 原始设计缺陷

在原始设计中，脱碳溶液储槽的退液口处于储槽的最低点，在系统需要从储槽补充碱液时，储槽内底部沉淀的杂质就会重新进入系统，引起溶液起泡、塔压差上涨。另一方面，原有旁滤系统的活性碳对活化剂DEA 具有吸收作用，造成DEA 损耗增大、溶液吸收不好。而活性碳本身也容易产生粉末，其后面的机械过滤器精度为20μm，过滤精度较低，导致粉末进入系统。

3 溶液变脏影响

3.1 再生效果差，消耗增加

溶液变脏最直观的表现为颜色的变化，由半透明的褐色变为完全不透明的黑色，其再生效果变差，半贫液转化度由0.37～0.39涨至0.39～0.41，吸收也受到影响，吸收塔出口工艺气CO2微量上涨，后系统甲烷化负荷及氢损耗增加。为了控制CO2微量，不得不提高溶液总钾浓度，以及为了提高再生温度而增加再生蒸汽的流量，导致装置整体的药品消耗和能耗增加、生产能力下降。此外，提高溶液总钾浓度，也会加速对设备的腐蚀。

3.2 半贫液泵断轴

2015年3至7月，脱碳系统的半贫液泵共发生3次断轴事故，装置紧急倒泵，险些造成系统停车。半贫液泵断轴除了与机械设备本身存在设计和制造缺陷有关外，脱碳溶液变脏、再生效果差也是一个间接原因。2015年大修前后对脱碳工艺参数进行了一些调整。溶液变脏、再生效果变差后，为了控制吸收塔出口CO2含量，进行了一系列操作调整，包括提高半贫液流量、碱液提浓，引起溶液密度、Cl-含量上涨，使得半贫液泵的负荷增加，同时半贫液转化度增大，溶液在泵体内气蚀，对叶片及壳体造成冲击，这些都与断轴有一定关系。

3.3 处理措施

3.3.1 优化前系统管理和操作

前系统的催化剂粉尘是污染脱碳溶液的一个重要因素，因此优化所有涉及前系统催化剂的管理和工艺操作就变得尤其重要：

（1）选用机械强度高、不易发生破碎粉化的催化剂；

（2）在装填催化剂前，进行必要的过筛去除粉末，装填时保证合理的下落高度，避免碰撞破碎或者装填密度偏差大；

（3）每次检修后开车，要对前系统进行足够长时间的吹扫，在工艺气串入脱碳之前，尽可能减少前系统的粉尘；

（4）系统调整时不要大幅度的升压、降压或者加减负荷，避免催化剂发生破碎或者粉化。

3.3.2 更换活化剂

ACT-1是一种新型高效的脱碳活化剂，其相对于DEA：①具有更高效的质量传递，在相同负荷下，吸收塔出口工艺气的CO2含量更低，这相当于减轻甲烷化炉的负荷，减少氢损失[1]，而且增加了送尿素单元的CO2，达到了节能增产的效果。②具有更稳定的化学性质，ACT-1在脱碳溶液中几乎不降解，使用ACT-1能减少由于大量活化剂药品加入而造成的溶液污染，减少溶液起泡。③使用更少的药量，ACT-1在脱碳溶液的浓度为0.35%～0.8%（wt%），相对于DEA 的3%（wt）大为减少，且由于其几乎不降解，损耗率少，每年消耗量约为1t。更换活化剂后，脱碳系统运行稳定，循环量和系统压力有所下降，即再生热量和动力能耗减少，起到了节能降耗的效果，另外脱碳系统的容量增加，稳定性增强，可以适应系统适当的提升负荷。

3.4 技术改造

3.4.1 增加储槽高点退液管线

脱碳溶液储槽的退液口在储槽的最低点处，脱碳系统需要补充碱液时，由储槽退液至地下槽，再由地下槽泵输送至系统中，补液后经常发生溶液起泡、两塔压差变高的现象。在大修进入储槽内部检查时，发现其底部积有较多淤泥状的沉积物，故判断该现象为补充碱液时带入杂质引起。富岛一期通过技术改造在距储槽底部约50cm 高的位置增加一个退液管线，替代原来退液管线，同时保留原管线作为储槽内部清洗时排液专用。在之后的运行中，脱碳溶液并未再发生因补充碱液而发生起泡、塔压差变高的现象。

3.4.2 增加低压滤布式过滤器

在原设计中，旁滤系统处在地下槽和系统之间，在系统需要补充碱液时，由地下槽泵进行输送，经过旁滤系统后进入再生塔。由于活性炭对活化剂有较强的吸附作用，且活性炭粉末易进入脱碳溶液中引起起泡，因此2003年富岛一期决定弃用旁滤系统的活性炭过滤器，增加一台精度为10μm 的低压滤布式过滤器作为替代。这解决了活化剂被吸附造成损失以及活性炭粉末进入溶液造成污染的问题。2019年6月富岛一期又将该过滤器的滤芯进行升级：由原来的胶黏结结构改为氩弧焊焊接结构，从而避免了碱液对胶的腐蚀造成滤芯易散架，并且通过增加波纹数、缩小滤芯外径来保证制造工艺和过滤面积。过滤器运行至今状态良好，近期打开检查也未发现滤芯散架的情况。

3.4.3 石英砂过滤

在脱碳溶液循环运行的时候，虽然有机械过滤器、滤布式过滤器的在线过滤，只能去除一定粒径的杂质，但是随着工艺气带进的烃类、油类、细微的粉尘和铁锈、药品或者脱盐水夹带的杂质等都难以除去，使得溶液变脏、起泡、浊度上升，影响吸收效果。2016年7月富岛一期尝试用石英砂对脱碳溶液进行小流量在线过滤，一段时间后取得了超预期的清洁效果。在脱碳循环正常运行期间，从贫液泵入口导淋引溶液至装有石英砂的钢槽内，通过特制花洒使溶液均匀喷淋在石英砂上面，过滤后的溶液经6层滤网，由钢槽底部排液阀排入地下槽。根据地下槽液位情况间断启动地下槽泵将溶液送回系统。石英砂主要截留除去溶液中的悬浮物、胶质颗粒、微生物、氯嗅物及部分重金属离子等，并具有过滤速度快、过滤精度高、截污容量大等优点。经石英砂过滤后溶液浊度明显降低，变得清澈明亮，并且其有效成分没有发生改变，用于过滤的石英砂中有明显的黑色杂质，直接说明了净化过滤效果非常好。自投用石英砂过滤三年以来，从未向脱碳系统加过消泡剂，溶液起泡、塔压差升高情况也极少出现。

4 总结

苯菲尔特工艺经过多年的发展已经非常成熟，但是溶液的净化问题一直是同行关注的焦点。富岛一期从实际出发，结合自身情况探索出符合本装置的净化方法，并计划在今后进一步优化石英砂过滤，以及进行相关标准化工作。