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碳酸丙烯酯脱碳技术应用

文章出处:未知 人气:-发表时间:2018-01-16

脱除合成氨变换气中的二氧化碳的方法大致可分为:物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。济南盛源化肥有限责任公司采用碳酸丙烯酯这一物理吸收法脱除变换气中的二氧化碳。现将其应用情况总结如下。

1 碳酸丙烯酯脱碳的原理

    利用在同样压力、温度下,二氧化碳、硫化氢等酸性气体在碳酸丙烯酯中的溶解度比氢、氮气在碳酸丙烯酯中的溶解度大得多来脱除二氧化碳和硫氢。而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是随压力升高和温度的降低而增加的,所以,在较高的压力下,碳酸丙烯酯吸收了变换气中的二氧化碳等酸性气体,在较低的压力下二氧化碳能从碳酸丙烯酯溶液中解吸出来,使碳酸丙烯酯溶液再生,重新恢复吸收二氧化碳等酸性气体的能力。

2 工艺流程

2.1 气体流程

2.1.1 原料气流程

    由压缩机三段送来2.3MPa 的变换气首先进入水洗塔底部与水洗泵送来的水在塔内逆流接触,洗去变换气中的大部分油污及部分硫化物,并将气体温度降到30℃以下,同时降低变换气中饱和水蒸汽含量。气体自水洗塔塔顶出来进入分离器,自分离器出来的气体进入二氧化碳吸收塔底部,与塔顶喷淋下来的碳酸丙烯酯溶液逆流接触,将二氧化碳脱至工艺指标内。净化气由吸收塔顶部出来进入净化气洗涤塔底部,与自上而下的稀液(或脱盐水)逆流接触,将净化气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与蒸气洗涤下来,净化气由塔顶出来后进入净化气分离器,将净化气夹带的碳酸丙烯酯雾沫进一步分离,净化气由分离器顶部出来回压缩机四段入口总管。

2.1.2 解吸气体回收流程

    由闪蒸槽解吸出来的闪蒸气进入闪蒸气洗涤塔,自下而上与自上而下的稀液逆流接触,将闪蒸气夹带的液滴回收下来。闪蒸气自闪蒸气洗涤段出来后进入闪蒸气分离器,将闪蒸气夹带的碳酸丙烯酯液滴进一步分离下来,闪蒸气自分离器顶部出来送碳化,脱除二氧化碳并副产碳酸氢铵后,闪蒸气回压缩机一段入口总管。由常解塔解吸出来的常解气进入常解- 汽提气洗涤塔的常解气洗涤段,与自上而下的稀液逆流接触,将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴与饱和于常解气中的碳酸丙烯酯蒸气回收下来,常解气自常解气洗涤段出来后进入常解气分离器,将常解气中夹带的碳酸丙烯酯液滴进一步分离,常解气自分离器顶部出来送食品二氧化碳工段。汽提气由汽提塔出来后进入常解- 汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段,与自上而下的稀液逆流接触,将汽气中夹带的碳酸丙烯酯液滴和饱和汽提气中的碳酸丙烯酯蒸气回收下来,经洗涤后汽提气由塔顶放空。

2.2 液体流程

2.2.1 碳酸丙烯酯流程

    贫碳酸丙烯酯溶液从二氧化碳吸收塔塔顶喷淋下来,由塔底排出称为富液。富液经自调阀进入溶液泵- 涡轮机组的涡轮,减压后进入闪蒸槽,自闪蒸槽出来的碳酸丙烯酯液一部分进入过滤器,大部分不经过过滤器,二者混合过后进入常解- 汽提塔的常解段,碳酸丙烯酯液自常解段底部出来经过两液封槽进入汽提塔顶部,与自下而上的空气逆流接触,将碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳进一步汽提出来,经汽提后的碳酸丙烯酯溶液为贫液,贫液由汽提塔出来进入循环槽,再由循环槽进入溶液泵- 涡轮机组的溶液泵,由加压后经碳酸丙烯酯溶液冷却器降温,进入二氧化碳吸收塔,从而完成了碳酸丙烯酯溶液的整个循环。

2.2.2 稀液流程

    稀液(或软水)由常解- 汽提气洗涤塔的常解段出来,经稀液泵加压后送往净化气洗涤塔上部自上而下。由塔底出来经自调阀进入闪蒸气洗涤塔的上部自上而下,由底部出来经自调阀进入常解- 汽提气洗涤塔的汽提气洗涤段自上而下,由底部出来经一U 型液封管进入常解气洗涤段继续循环。

3 运行主要工艺参数

    变换气流量32 000~50 000Nm3/h

    溶液循环量880~940m3/h

    净化气中CO2 的体积分数≤2.0%(开甲醇),

    ≤1.0%(不开甲醇)

    吸收压力1.7~2.2MPa

    碳酸丙烯酯溶液中水的质量分数<2%

    吸收塔进气温度<30℃

    吸收塔进液温度<35℃

4 主要设备

    碳酸丙烯酯脱碳装置的主要设备见表1。

    表1    碳酸丙烯酯脱碳装置主要设备表

    设备名称       规格型号    数量/ 台      内部结构或填料数量

    水洗塔        2600×21600      1         木格填料二段,H=8m

    水洗气分离器  1000×6454       1       三层不锈钢丝网

    CO2吸收塔     3200×36540      1       三段聚丙烯鲍尔环,

    50×48×1.5,H=22m,        段间设气液再分布器,         

    顶部设丝网除沫器、液体分布器、

    气液分布器;底部设气体分布器及破泡沫装置

    闪蒸槽       3200 L=5840        1   下部闪蒸槽为空槽,上部为闪蒸气

    洗涤段,三块筛板,顶部有不锈钢丝网除沫器

    常解- 汽提塔覬 3400×42266     1   常解塔为空塔,顶部有丝网除沫器;

    汽提塔为填 料塔,聚丙烯阶梯环50×25×1.5 两段,H=21m,段间设气液再分布器,顶部设不锈钢丝网除沫器、液体分布器、     气液分布器;底部设气体分布器

    溶液冷却器   900 L=6338 F=410m2   1(组)

    溶液过滤器  900×2100             1          内装玻璃棉

    净化气洗涤塔1000×5 360           1    三块筛板,顶部设丝网除沫器

    常解- 汽提气洗涤塔  1600×13025   1  上段为汽提气洗涤段,三块筛板,

    顶部设丝网除沫器;下段为常解气

    洗涤塔,三块筛板,顶部设丝网除沫器

    常解气分离器      1000×4170       1        顶部设丝网除沫器

    溶液循环槽覬      3400×5160       1

    脱碳泵      250DK240- 1Q=1186m3/hH=240m     2(一开一备)

    水洗泵       D46- 50×6                     2(一开一备)

    稀液泵  DG6- 25×12H=300m,Q=6.3m3/h    1

    引风机  Q=8 200~8 700m3/h               1

5 运行中存在的问题及解决办法

5.1 二氧化碳吸收塔塔堵、压差超高

    济南盛源化肥有限责任公司是由原济南化肥厂改制后成立的企业,原济南化肥厂的碳酸丙烯酯脱碳装置始建于1989 年,设计处理变换气量44 000Nm3/h。自1993 年投入生产以来,每年因脱碳吸收塔硫磺堵塞,吸收塔压差严重超工艺指标,至少停车二次清理脱碳吸收塔填料,不仅污染环境而且造成大量浪费。经过多年的探索,济南盛源化肥有限责任公司成功将不停车降低脱碳吸收塔压差变成了现实,其具体做法如下。

5.1.1 新上一套变换气脱硫装置

    于1998 年新上一套变换气脱硫装置,将变换气脱硫后H2S 控制在10mg/m3 以下。

5.1.2 在碳酸丙烯酯溶液循环槽设旁滤系统

    碳酸丙烯酯溶液在汽提塔中汽提时,溶解在溶液中的H2S 被空气中的O2 氧化析出单质硫,它以悬浮物的形式存在于溶液中。它将与系统中的铁锈等杂质聚集,一部分附着在汽提塔的聚丙烯阶梯环填料上,另一部分附着在二氧化碳吸收塔聚丙烯鲍尔环填料上,造成填料间的空隙减小,日积月累导致填料堵塞、塔压差增高,严重超工艺指标。为了使悬浮物等杂质不在系统中造成累积,2000 年我公司在碳酸丙烯酯循环槽设立了旁滤系统,碳酸丙烯酯溶液经氨冷降温,再经过板框过滤机,将碳酸丙烯酯溶液中的悬浮物控制在100mg/m3 以下,收到较好的效果。

5.1.3 提温降压差

    济南盛源化肥有限责任公司一直探索如何能不停车将吸收塔的压差降下来,保证系统长周期运行。在2004 年6月,经过多次试验,终于在20 日获得成功。其具体做法如下。

  (1)在各压缩机三段水冷器上水管线上安装J41-1 .0、DN80 阀门一个;

  (2) 调节各三段水冷后气体温度至90~96℃;

  (3)脱碳水洗塔停止加水,保持正常液位;

  (4)停冷却水泵,将碳酸丙烯酯溶液冷却器停水;

  (5)稀液系统加大循环量,加强回收净化气、汽提气、闪蒸气、常解气中饱和或夹带的碳酸丙烯酯。

   当入吸收塔的碳酸丙烯酯溶液温度达到65~75℃,经过6h,脱碳吸收塔压差由提温前的85kPa 降至30kPa,效果非常好。

5.2 脱碳净化度不理想

    净化气中CO2 的体积分数经常超过2.0%,影响后续工序联醇的合成炉温控制,也给铜洗增加了负荷。经过分析,最后判断为当时生产负荷48 000Nm3/h 超过设计能力44 000Nm3/h,而硫磺等杂质又造成汽提塔阻力增大,致使汽提塔汽提空气量不足,贫液中二氧化碳含量为1.0m3/m3 碳酸丙烯酯溶液,超过工艺指标要求的<0.1m3/m3碳酸丙烯酯溶液。我公司在汽提气入汽提气洗涤塔管线上新上了一台引风机,成功地解决了这一问题。

5.3 闪蒸气送碳化回收

    碳酸丙烯酯脱碳装置原设计将闪蒸气直接排入大气,为充分利用碳酸氢铵装置产能过剩的有利条件,将闪蒸气送碳化生产碳酸氢铵,并将尾气回收入压缩机一段入口总管,不仅解决了环保污染问题,而且回收了闪蒸气中的H2、CO 等气体,降低了合成氨的消耗。

5.4 加强管理,合理控制,降低碳丙消耗

  (1)将碳酸丙烯酯溶液管线的低点均设置导淋,如果需要检修时,可以将管线中的碳酸丙烯酯溶液放入地下槽,避免浪费;

  (2)在汽提气、常解气管线低点设置自动液封,使分离下来的碳酸丙烯酯溶液流入地下槽;

  (3)完善碳酸丙烯酯回收装置,最大限度降低气相夹带的溶剂量,减少溶剂的消耗。碳酸丙烯酯溶液的质量不仅关系到气体的净化度,而且碳酸丙烯酯的水溶液对碳钢设备、管道具有强烈的腐蚀作用,因此确立适宜的稀液补入量至关重要。我公司根据入吸收塔的变换气以及汽提气、常解气、闪蒸气、净化气的温度、压力和流量等条件进行水平衡计算,确定以下稀液补入原则。

   ①当碳酸丙烯酯溶液中H2O 的质量分数<2%时,每天白班补入汽提塔碳酸丙烯酯稀液1m3;

   ②当碳酸丙烯酯溶液中H2O 的质量分数<1.5%时,每天白班、中班各补入汽提塔碳酸丙烯酯稀液1m3;

   ③当碳酸丙烯酯溶液中H2O 的质量分数<1%时,每天白班、中班、夜班各补入汽提塔碳酸丙烯酯稀液1m3。

采取以上的措施后,自2004 年以来,碳酸丙烯酯的消耗始终控制在0.5kg/t NH3 以下。


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