脱碳工段的介绍和评述.pdf

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1、收稿日期2013-09-12 修稿日期2013-09-22 作者简介杨兵( 1983) ， 男， 山西运城人， 助理工程师。 脱碳工段的介绍和评述 杨兵 ( 山西晋丰煤化工有限责任公司，山西 高平048400 ) 中图分类号TQ 113. 26 +4 文献标志码 B 文章编号1004 9932( 2014) 03 0020 03 在最终产品为尿素的合成氨生产中，脱碳单 元处于承前启后的关键位置，其作用既是净化合 成气，又是回收高纯度的尿素原料 CO2。我公司 采用工艺能耗较低的 NHD 法脱碳，本文对我公 司脱碳工段的工艺流程、设备概况、工艺指标及 开车以来的各项工艺改造情况作一介绍。 1工艺

2、流程 1. 1气体流程 来自二次脱硫的变脱气，经进塔气分离器 分离水分后进入 1#、2#、3#干法脱硫槽进一步脱 除 H2S，再进入气体换热器管程，与壳程的净化 气及 CO2气换热，温度降到 12 左右，经进塔 气分离器后进入脱碳塔。气体由下而上与从塔 顶喷淋下来的 NHD 溶剂逆流接触，气体中的 CO2被吸收，从塔顶出来的净化气经净化气分离 器分离夹带的 NHD 溶液后进入气体换热器壳程 换热，然后去精脱硫。 1. 2溶液流程 富液从脱碳塔下部引出进入涡轮泵，回收溶 液静压能后进入高压闪蒸槽，溶解在 NHD 中的 N2、H2在此解吸出来。高闪气经高闪气分离器、 吸附分离塔分离夹带的 NHD

3、溶液后回压缩机二 段入口。高闪槽出来的 NHD 溶液进入低闪槽， 在此大部分溶解的 CO2被解吸出来，低闪气 CO2 经低闪气分离器后进入气体换热器上部壳程换 热，温度升到 30 后送往尿素工序。 从低闪槽出来的 NHD 溶液依靠自重流入汽 提塔，溶液自上而下与从塔底进入的汽提空气逆 流接触传质换热，溶液中所吸收的 CO2被进一 步汽提出来。从汽提塔下部出来的 NHD 溶液经 脱碳泵加压后进入溶液氨冷器管程，与壳程的液 氨换热，温度降到 4 4 ，进入脱碳塔。 由罗茨鼓风机抽引，汽提空气经空气过滤器 抽入，先进入空气冷却器被汽提塔解吸气冷却， 再进入空气分离器分离掉水分，然后进入汽提塔 下部。

4、解吸气从汽提塔顶部引出，经解吸气分离 器分离夹带的 NHD 溶液后，再进入空气换热器 换热，然后被罗茨鼓风机引出放空。 当 NHD 溶液含水量超过 3% 时，从低闪槽 溶液出口管引出部分溶液，经溶液过滤器过滤后 进入脱水系统脱水，脱水后返回汽提塔。 2工艺评述 2. 1脱硫与脱碳的工艺衔接 二次脱硫工段来的气体经冷却后进入气水分 离器，再经干法脱硫后进入脱碳塔。这种脱硫与 脱碳的衔接方式比较合理，不仅降低了硫化物对 脱碳工段的不利影响，进一步提高系统的可靠 性，而且能够去除掉原料气中的杂质，保证了原 料气的清洁。平顶山飞行化工集团由于脱硫与脱 碳的衔接不合理导致在试运行过程中脱碳气体换 热器堵

5、塞严重，致使压差过大，且杂质积累在氨 冷器表面，影响换热效果，使得脱碳工段不能稳 定生产，给公司造成了严重的经济损失 1 。 2. 2低闪槽的位置 将低闪槽移到汽提塔顶部，不仅有效利用了 高闪槽与低闪槽间的压差，而且取消了以往流程 中的富液泵 ( 将低闪槽的溶液送往汽提塔) ，节 约了电耗，降低了操作成本，避免了富液泵给脱 碳液做功导致的溶液温度上升，从而利于对 CO2 的吸收。 2. 3汽提引风 将汽提鼓风改为汽提引风，虽然减少了风 量，但有如下好处:与将低闪槽移至汽提塔的流 第 3 期 2014 年 5 月 中氮肥 M- Sized Nitrogenous Fertilizer Progr

6、ess No. 3 May 2014 程改造配套，保证溶液可以依靠重力进行循环; 压缩空气热直接放空，热量没有带入系统，减少 了冷冻量;空气进汽提塔温度降低，风量减少， 使得进入系统中的水分大量减少，减轻了脱水系 统的负荷和蒸汽的消耗。山西兰花科技创业股份 有限公司在进行低闪槽位置和汽提引风 2 项改造 后，取得了可观的经济效益2 。 3工艺指标 ( 1)压力 进口变换气1. 9 2. 0 MPa 出口净化气1. 85 1. 95 MPa 高闪槽气体出口0. 5 0. 7 MPa 出工段 CO20. 01 0. 02 MPa 脱碳泵出口2. 6 MPa 涡轮泵出口1. 1 MPa 脱水蒸汽0.

7、 6 MPa 氨冷器气氨出口0. 1 0. 25 MPa ( 2)温度 变换气25 氨冷器出口溶液4 4 汽提空气夏季25 ，冬季15 脱水塔底120 130 脱水塔顶98 102 脱水板式换热器出口溶液40 ( 3)液位 脱碳塔30% 80% 汽提塔30% 80% 高闪槽60% 75% 地下槽20% 氨冷器55% 脱水塔30% 50% ( 4)气体成分 变换气CO224% 28%，O20. 5%， H2S 5 mg/m3 净化气CO20. 5% 低闪气CO297% NHD 溶液H2O 3. 0% ( 5)物料量 脱水流量8 10 m3/h 吸收气液比65 85 汽提气液比15 18 4技改小

8、结 4. 1新增 1 台脱碳泵 2006 年公司进行扩能改造，新增 1 台小压 缩机，进脱碳工段的气量从原来的 95 000 m3/h 增加到 110 000 m3/h，原有的溶液循环量相对不 足，导致净化气 CO2含量超标，气温较高时尤 为明显。因此，新增 1 台打液量为 200 m3/h的 脱碳泵，与原来的脱碳泵并联使用。技改后，溶 液循环量由原来的1 230 m3/h 增加至1 400 m3/h， 净化气 CO2含量降为 0. 6%左右。 4. 2脱水系统新增板式换热器 按照原有设计流程，经脱水后的热溶液与进 脱水系统的冷溶液换热降温后，经溶液泵送往汽 提塔。但在实际运行中发现，热溶液换

9、热后温度 高达 70 ，直接送回脱碳系统，对脱碳产生不 利影响。因此，在溶液泵的出口管线上增设板式 换热器，利用循环水冷却溶液。 4. 3脱水系统溶液蒸发器蒸汽导淋阀的改造 原设计低压蒸汽在溶液蒸发器与溶液换热后 生成的冷凝水经过疏水阀直接排入地沟，后由于 我公司水资源比较紧张，将这部分冷凝水回收后 送往变换工段的脱盐水贮槽供变换使用。但由于 这部分冷凝水和邻近冰机工段的蒸汽冷凝液共用 一条回收管线，导致溶液蒸发器的冷凝液排不 出，达不到给溶液加热的目的。将原有的疏水阀 改为截止阀后，较好地解决了这一问题。但是这 样改造后，原有的疏水阀节约蒸汽的功能也随之 消失，如果溶液蒸发器导淋和冰机工段蒸

10、汽导淋 的管线分开，想必效果会更佳。 4. 4停用汽提塔液位自调 按照原设计，使用汽提塔液位自调，调节溶 液循环量比较方便、省力。但是，汽提塔液位自 调在楼顶，如果出现自调阀不动作，现场应急操 作需要一段时间，可能出现事故，现实中也发生 过这种情况。所以车间停用自调阀，改走自调阀 的副线阀，通过现场调节脱碳泵出口阀门来调节 溶液循环量。 4. 5新增高闪气分离器 原设计高压闪蒸槽闪蒸出的高闪气经高闪气 分离器 ( 分离气体中夹带的液滴)后送往压 缩机二段回收利用，运行中发现压缩机二段的活 门比较脏，经分析是高闪气夹带的液滴没有被分 12第 3 期杨兵: 脱碳工段的介绍和评述 离完全所致。为增强

11、分离效果，新增高闪气分离 器，串联在高闪气分离器后。运行一段时间 后，压缩机二段活门的清洁状况大大改善。 5运行中出现的问题及分析 5. 1净化气 CO2含量高 不少厂家和文献资料中将净化气 CO2含量 的指标设定为不高于 0. 2%。基于吸收压力较低 的缘故，我公司将净化气 CO2含量的指标设定 为不高于 0. 5%。实际运行中发现:气温较高 时，尤其是夏季，净化气 CO2含量往往会超标， 达到 0. 7%左右;气温较低时，净化气 CO2含量 一般会在指标范围内。 5. 2贫液温度高 贫液温度在夏季一般是3 左右，达不到指 标要求的 5 ，影响贫液对 CO2的吸收，导致 净化气中 CO2含量

12、超标。分析后认为是氨冷器的 冷却效果不佳，溶液温度降低幅度不超过 2 。 5. 3高压闪蒸槽的闪蒸压力偏低 高压闪蒸槽的闪蒸压力是 0. 58 MPa，闪蒸 出的高闪气送往压缩机二段进口回收。分析高闪 气的成分发现，CO2含量高于60%，而 N2和 H2 含量偏低。这样就导致压缩机的能耗增加，压缩 机输送的有效气量减少。但是，如果提高闪蒸压 力，则会影响溶液的再生，导致净化气 CO2含 量超标。 5. 4涡轮机能量回收效果不明显 设立涡轮机的目的是为了利用脱碳塔与高闪 槽之间的压差，但是投用后发现省电效果不明 显。鲁南化学工业公司利用脱碳塔与高闪槽之间 1. 25 MPa 的压差，输送 25%

13、 的循环量就可使脱 碳系统的能耗降低 18%，但又产生机械密封常 常被破坏、泄漏量大的问题，将机械密封改为软 密封后又需常常更换填料。 5. 5溶液污染 我公司扩能改造后，二次脱硫装置达不到理 想脱硫效果，导致进脱碳塔中气体 H2S 含量时 有超标，不仅导致送往尿素的低闪气中 H2S 含 量超标，腐蚀尿素设备，影响产品质量，而且 H2S 在汽提塔中与空气接触，部分被氧化为单质 硫，导致溶液吸收能力降低，黏度加大，解吸困 难，同时，单质硫附着在氨冷器列管和填料表 面，影响氨冷器换热效果，增加汽提塔阻力。 6建议 6. 1更改氨冷器的位置3 NHD 溶液在高压低温下的吸收能力好。考 虑到我公司设备

14、的设计压力 ( 2. 1 MPa) ，提高 压力的方法不可行。将氨冷器改为立式，不仅投 资大，而且我公司设备布置比较紧凑，也没有适 合的空间。一个值得考虑的方法就是将氨冷器的 位置改到脱碳塔出口。对比脱碳塔出口溶液温度 和汽提塔出口溶液温度，发现前者要比后者高近 4 ，估计夏季两者的温差会更大。鲁南化学工 业公司的实践表明，如此更改后，溶液温度由原来 的0 降低为 5 ，冬天有时会降低到 10 。 6. 2改变脱碳泵进口管路的管径和连接方式 新增 1 台脱碳泵后，溶液循环量是加大了， 但是新增脱碳泵的打液能力并没有得到充分的发 挥，溶液的循环量还有上升的余地。由于现有管 路的限制，新增脱碳泵的

15、进口管路的连接方式阻 力较大，现有的管径与循环量不相匹配，导致泵 进口压力较低，溶液中气体闪蒸出来，影响泵输 送液体的能力和损害设备。因此，通过增大进口 管路的管径，改善进口管路的连接方式，可进一 步增大溶液循环量，以利于 CO2的脱除。 7结论 NHD 液脱碳法是目前一种比较成熟的脱碳 工艺。将低闪槽移到汽提塔顶部和将汽提鼓风改 为汽提引风 2 项工艺流程的改造进一步降低了 NHD 脱碳工艺的能耗，节约了操作费用;脱水 系统增加板式换热器，增设高闪气分离器，弥 补了原有设计在实际运行中的不足;在操作上， 停用汽提塔液位自调，使系统的运行更加稳定可 靠;将脱水系统中的溶液蒸发器冷凝水回收利用， 节约水资源;增加小功率脱碳泵，较好地解决了 我公司扩能导致的溶液循环量相对不足的问题。 参考文献 1 闫杰 栲胶脱硫和 NHD 脱碳之间的流程衔接 J 中 氮肥，2004 ( 2) :27 28 2刘国胜NHD 脱碳工艺节能改进 J山西化工，2005， 25 ( 2) :68 69 3周寿祖NHD 脱硫脱碳装置有关问题的探讨 J中氮 肥，2000 ( 4) :7 10 22中 氮 肥第 3 期