1工业装置

图1展示了尾气脱碳设备的工作流程。该工艺的基本原理是：在高压和低温环境中，尾气中的 CO²与吸收剂 K²CO³在吸收塔内进行化学反应，产生 KHCO³溶液^[2]。这些溶液会被循环到再生系统中。在高温和低压的环境下，经过多次的闪蒸，再生出的 CO²气体会被排放到大气中，从而使溶液得以再生。主要的吸收剂成分包括 K²CO³、活化剂和V²O⁵等。

图 1   尾气脱碳装置工艺流程示意

2问题及对策

2.1吸收塔和常压再生塔压差高

2.1.1问题

当脱碳设备开始运作时，吸收塔和常压再生塔也会随之启动，压力差呈递增趋势。在进行大规模维护之前，常压再生塔与吸收塔的压差不断上升，甚至超过了压差的最大值，这导致塔顶的气带液、液泛等问题时有发生，这对设备的高负荷操作造成了严重的限制。为了满足生产需求，我们将合成尾气量控制在设计值（58万 m3/h）以下，同时将半贫液流量从4800 t/h 降低到3800 t/h。在操作过程中，如果塔压差过大，就需要加入消泡剂^[4]，并且加入的频率会显著提高。由于半贫液的量减少和塔压差的不稳定，

由于CO2  在净化气体中的含量超出了标准，这严重威胁到了脱碳、压缩以及下游设备的安全运行。主要的塔压差产生的问题包括：（1）系统内的杂质过于丰富，使得规则的填充物被堵塞^[5]，从而在溶液向下流动的过程中产生过大的阻力。（2）因为混入系统的油、烃类化合物、Fe3⁺等导致溶液产生泡沫，这使得溶液的流动性变得更为困难，导致塔板上的溶液无法顺利地下沉到塔底，因此使得塔内的压力差异增大。

2.1.2对策

在大规模的维修过程中，我们对吸收塔和常压再生塔内的整齐填充物进行了清洁和替换，同时也对贫液过滤系统进行了改造。经过技术升级，新增了一台过滤泵和一台机械过滤器，使得贫液的过滤量从300 m³/h 提升到了700 m³/h 。在2020年11月13日，新的贫液过滤系统的投入使得溶液过滤效率有了显著的提升，大量的机械杂质、烃类物质和 Fe3⁺被过滤出系统。与此同时，塔压差的增长速度也相对较快，这在检修前有了明显的下降，消泡剂的使用量也有所减少。

2.2系统接气受阻

2.2.2对策

确保设备的正常工作，我们需要执行以下任务：减少清洁塔的液体高度，并维持清洁剂的流动性。对系统的入口温度以及冷却液体的温度要求严谨；减小循环气-贫液换热器的管道与壳体的压力差，以避免液体泄露到空气中。在执行了上述方案之后，实际操作中再也没有出现过这种问题。

2.3 Fe3⁺质量浓度超标及 V₂O₅消耗高

2.3.1问题

因为热钾碱溶液具有很高的腐蚀能力，所以 Fe3⁺会被引入到溶液体系中。Fe3⁺的浓度高低直接决定了设备的腐蚀程度，如果 Fe3⁺的浓度增加，那么设备的腐蚀就会变得更严重，导致设备的壁厚度减少。同样，Fe3⁺的质量浓度过高会引发溶液的泡沫化，从而使塔内压力差异增大。在进行维修之后，驾驶时我们注意到系统内 Fe3⁺的浓度已经大幅度超过了规定的标准。这主要是由于以下几个因素造成的：（1）再生系统的一些退液管道使用了碳钢材料，导致再生出的溶液呈酸性，从而引发了大量的 Fe3⁺的化学反应。在大规模维护过程中，当人孔被打开，空气便会流入设备，导致部分钝化膜的剥离，从而使得设备的腐蚀程度增强，并且会产生大量的 Fe3⁺。

2.3.2对策

V₂O₅在 CO²的吸附过程中发挥着催化与阻蚀的双面功能，它是一种氧化型的阻蚀剂。它能够利用氧化效应将碳钢的电极电压从激发区域降低至阻挡区域，从而将碳钢从激发状态变成阻挡状态，以此来避免其被腐蚀。

所以，V²O⁵的浓度是非常关键的，它对设备的腐蚀程度和使用寿命有着决定性的影响。尽管如此，在实际操作中，一些钒化膜可能会从系统中剥离并被过滤掉，同时，溶液内的一部分 V5⁺也可能被活性炭过滤器过滤掉。所以，V5⁺的质量浓度始终在减少，如果 Fe3⁺的质量浓度增加，就需要立即增加 V5⁺的质量浓度。如果总 V5⁺的质量浓度过低，就需要立即添加 V²O⁵。在正常操作过程中， V5⁺的质量浓度需要维持在5.5 g/L 或更高。

根据图2，我们可以看出，由于设备内部的钒化膜已经脱落，再加上新添加的填料数量较多， V5⁺在系统中的消耗量也随之增加。同时，由于溶液中的脱盐水用量过大，这使得 V5+和 Fe3⁺的质量浓度显著下降。当 V5⁺在储罐中增加时，其质量浓度会有所提高。从2020年7月22日起，我们开始向系统中添加 V²O⁵，V5⁺的质量浓度随之上升，并在8月12日达到最大值（11.49 g/L）。在进行了大规模的维修之后， V5⁺的质量浓度导致了问题。

在进行大规模维修之前和之后， V5⁺与 Fe3⁺的质量浓度发生了显著的改变，如图2所示。

图2   大检修前后系统中 V5⁺和 Fe3⁺质量浓度变化

由于设备的腐蚀性提高，Fe3⁺的质量浓度在8月19日达到了顶点。然而，当系统的溶液总量回归正常， V5⁺的质量浓度上升以及贫液过滤系统的处理效果使得 Fe3⁺的质量浓度逐渐减少。

偏低，设备腐蚀程度加剧 ，随着系统溶液总量恢复正常 ，Fe3⁺ 质 量 浓 度 明显增大 ，8月19日达峰值，之后，随着 V5⁺质量浓度增加及贫液过滤系统 过滤作用，系统中 Fe3⁺质量浓度开始下降。

3结论

a.替换或者清洁被严重阻塞的标准填充物，可以避免塔内压力差异的增大。

b.提高溶液的过滤能力有助于清除系统内的机械杂质、烃类物质和Fe3⁺等，同时也能避免塔内压力差异的增大，然而，这将导致 V²O⁵的消耗量上升。

c.通过降低水洗塔的液位、保持洗剂的水量稳定、增加合成尾气和贫液的温度，可以避免系统接气的阻碍。

确保系统中 V5⁺的质量浓度超过5.5 g/L ，可以降低设备的腐蚀程度，同时也能确保反应的高效进行。

参考文献 ：

［1］顾晟燊 . 萃取/气相色谱法对费托合成油的全 组成分析［D］. 上海：华东理工大学，2016.

［2］陈敏恒，丛德滋，方图南，等 .化工原理（下册）［M］.3版 .北京： 化学工业出版社，2011.