煤制油尾气脱碳装置运行问题分析及对策

曹梦雪

（山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046000）

0 引言

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司400 万t／a 规模煤制油生产项目包含的油品合成装置，在运行过程中的主要产物是液态蜡，与此同时，相关化学反应过程中还会生成CO2气体、水、醇类物质、酸类物质、酮类物质、醛类物质以及酯类物质等含有氧元素的化学物质。煤制油生产项目运作过程中的尾气脱碳技术，与费托（F-T）合成生产技术配合使用，其主要作用在于围绕生产系统内部包含的部分CO2气体进行脱除过程，确保生产系统内部执行的各类化学反应过程，能够实现预期的物质转化。然而，在生产系统具体运行使用进程中，通常会形成并展现出类型多样的技术问题，需要择取并运用适当措施加以解决[1-2]。

1 工业装置

煤制油生产项目尾气脱碳装置基本工艺流程示意图，如图1 所示。其执行的基本技术原理为：在高压与低温技术环境中，尾气中包含的CO2气体与吸收剂K2CO3发生化学反应，继而生成KHCO3溶液，而KHCO3溶液接续经由循环组件进入到再生系统中，在高温技术与低压技术环境下经历反复多次的闪蒸过程，实际再生形成的CO2气体被排放到大气当中，且溶液物质实现再生过程。在上述技术原理执行过程中，吸收剂中包含的主要化学物质成分涉及K2CO3、活化剂物质以及V2O5等[3]。

图1 煤制油生产项目尾气脱碳技术装置基本工艺流程示意图

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

伴随着脱碳装置的运行过程持续时间逐渐延长，吸收塔设备与常压再生塔设备间的压差呈现出逐渐增高变化趋势。在大检修环节开展前，吸收塔设备与常压再生塔设备间的压差持续升高且达到其最上限，继而频繁发生塔顶气带液以及液泛现象，并且给相关技术装置执行的高负荷运行过程施加显著不良影响。

为全面支持满足实际生产技术需求，应当将合成尾气数量参数项目严格控制在设计值水平（580 000 m3/h）下，同时将半贫液流量参数项目从4 800 t/h 逐步调整降低到3 800 t/h。

在相关技术装置具体运行过程中，假若塔压差参数项目所处水平过高，通常需要添加使用适当数量的消泡剂，且添加操作环节的实施频次呈现出幅度显著的增加变化趋势，源于半贫液量参数呈现出逐渐降低变化趋势，塔压差参数稳定性显著不足，引致实际输出的净化气体物质中CO2气体含量水平显著超标，最终严重影响脱碳装置、压缩装置以及下游装置的运行使用过程安全性与稳定性[4]。

引致塔压差过高的基本原因有：

1）由于生产系统内部杂质物质数量过多，对规整填料物质施加堵塞，导致溶液在向下方流动过程中遭受到强度较大的阻力作用。

2）伴随合成尾气物质进入系统内部的油类、烃类物质，以及Fe3+离子等导致溶液呈现出发泡现象，影响破坏溶液流动的通畅性，同时集聚在塔板结构上的溶液将较难正常稳定地回落到塔底，客观上导致塔压差呈现出升高变化过程。

2.1.2 对策

在大检修技术环节具体开展过程中，对吸收塔设备内部和常压再生塔设备内部的规整填料物质依次开展清洗和更换操作，围绕贫液过滤系统开展技术改造处理，新安装配置过滤泵设备和机械过滤器设备各1 台，贫液过滤量参数项目从300 m3/h 增大到700 m3/h。

在检修环节结束后，吸收塔设备和常压再生塔设备间的压差呈现出幅度显著的下降变化，生产系统的运行负荷强度呈现出提高变化，消泡剂投入数量呈现出减少变化，贫液流量参数和半贫液流量参数均提高至设计指标水平，净化气中实际包含的CO2气体含量呈现出下降变化，不合格率显著降低[5]。

2.2 系统接气受阻

2.2.1 问题

在2022 年3 月—4 月时间阶段，观察到反复多次发生的循环气-贫液换热器设备和吸收塔设备塔底位置进气分布器区段组成部分压降增大变化现象、生产系统接气受阻现象，客观上在上游区域F-T 合成尾气不能顺利进入脱碳装置内部条件，引致F-T 反应器设备的压力强度超越限制范围，继而导致处在上游区域的技术装置呈现出降低负荷强度生产运行状态，甚至还会放火炬，且仅仅在10 d 之内就出现4 起故障，客观上直接影响生产装置的正常稳定运行。

引致该种故障问题的主要原因，可能涉及如下几个具体方面：

1）在发生雾沫夹带现象条件下，液相物质形态基于循环气-贫液换热器组件低点位置完成分离过程后，引致管道组件的有效截面尺寸显著缩小，同时进气阻力逐渐增大[6]。水洗塔洗剂水分布器设备新增1层，洗剂使用过程中的用水数量呈现出某种程度的增大变化，新补充脱盐水调节阀和水洗塔设备液位高低水平串级控制机制，调节阀组件经常处在完全打开状态，洗剂水量呈现出大幅度波动现象，同时由于脱碳装置的实际接气量超过设计值，处在高速状态下的气流物质极易将水洗塔设备内部的气相物质带入后序系统，并且基于低点位置完成分离过程，导致换热器设备底部位置气相物质形态的有效流道截面显著缩小，进气过程遭受到阻碍。

2）在循环气-贫液换热器组件对应的管程之中，因蜡油物质呈现出凝固现象对气道流程造成堵塞，引致接气流程遭受阻碍。尽管合成尾气物质在进入水洗塔设备内部后会经由洗剂将其中包含的含氧有机物质成分去除，但是却不能完全彻底脱除其中包含的蜡油物质等凝固点相对处在较低水平的化学物质。且由于3-4 月时间阶段外界环境温度水平相对较低，合成尾气物质在进入尺寸狭窄的换热器设备列管结构后容易发生凝结现象，促使气体物质的流道尺寸明显缩小，进气过程遭受阻碍[7]。

3）在循环气-贫液换热器组件发生内漏现象后，贫液进入气相物质内部，在换热器设备低点位置完成向外分离过程，造成进气过程遭受阻碍。由于换热器设备壳程贫液压力参数为3.5 MPa，管程气相压力参数为2.5 MPa，开停车技术环节、升降温控制环节控制不当，极易引致换热器组件发生损坏内漏，液相物质形态进入气相物质形态内部，合成尾气带液，导致进气过程遭受阻碍。

2.2.2 对策

降低水洗塔设备的液位高度、支持稳定洗剂水循环数量；严格控制干预生产系统的进气温度参数项目和冷贫液温度参数项目；降低循环气-贫液换热器组件管程参数项目和壳程压差参数项目，防止液相物质形态漏入气相物质形态[8]。

2.3 Fe3+质量浓度超标及V2O5 消耗高

2.3.1 问题

热钾碱溶液对技术设备具有较强的腐蚀性作用，腐蚀过程产生的Fe3+离子物质进入溶液系统内部。而Fe3+离子物质的所处浓度高低水平，能够直接反映生产设备的腐蚀程度。如果Fe3+离子物质的质量浓度呈现出升高变化，说明生产设备实际遭受的腐蚀问题较为严重，且能够导致生产设备的内部厚度参数呈现出逐渐变薄趋势。与此同时，在Fe3+离子物质的质量浓度处在较高水平条件下，通常会导致出现溶液发泡现象，同时还会引致塔压差呈现出升高变化[9]。

2.3.2 对策

V2O5物质能够在CO2气体的吸收过程中，同时发挥催化和缓解腐蚀强度作用，其属于典型的氧化性缓蚀剂，能经由氧化作用过程，导致碳钢物质的电极电位从活化区域逐渐转移到钝化区域，促使碳钢物质从活化状态转化成钝化状态，实现防止腐蚀问题发生目标。基于此种情况可知，V2O5物质的质量浓度，发挥着极其关键且不容忽视的作用，其指向生产设备的腐蚀问题发生程度以及使用寿命均发挥决定影响。然而，实际运行过程中，部分钒化膜会在脱落后被过滤出生产系统，溶液中部分V5+会被活性炭过滤器去除[10]。

在此过程中，V5+的质量浓度保持逐渐下降变化趋势，在Fe3+的质量浓度呈现出升高变化条件下，应当采取措施及时调整提升V5+的质量浓度，在V5+的总体质量浓度水平呈现出偏低表现情况下，应当及时开展V2O5物质的补充添加操作。在正常运行条件下，应当控制确保溶液环境中V5+的质量浓度长期保持在5.5 g/L 以上[11]。

源于设备内部部分钒化膜发生脱落，同时新更换填料数量较多，系统内部V5+的消耗数量较大，且溶液补充脱盐水数量偏多。引致V5+和Fe3+的质量浓度明显降低，伴随着储罐设备内部高浓度V5+的补加过程，V5+的质量浓度呈现出上升变化。2021 年7 月22日开始向系统内部补加V2O5物质，V5+的质量浓度逐渐升高，且在2021 年8 月12 日确认提升到最高浓度。

3 结语

本次研究的主要结论有：

1）对已经发生严重堵塞问题的规整填料物质开展更换操作或者是清洗操作，能有效避免塔压差发生的升高变化。

2）增加指向溶液的过滤处理数量，能支持全面彻底去除生产系统中存在的机械杂质类物质、烃类物质以及Fe3+离子，同时还能有效避免塔压差发生的升高变化过程，但是会显著增加针对V2O5的使用消耗数量。