【正文】 以焦碳或煤為原料，傳統(tǒng)采用二次變換，兩次脫碳，“冷熱病”嚴重，設(shè)備較多，流程長。為了改變這種狀況，在本工程設(shè)計中采用近年來新開發(fā)的中變串耐硫低變流程，消除了“冷熱病”，簡化了流程，降低了消耗。 （3）中變串耐硫低變的可靠性和經(jīng)濟合理性 傳統(tǒng)使用的Cu系低變催化劑因受硫化物中毒而要求將中變氣進一步脫硫，脫硫又采用濕法工藝，常溫操作；而中變反應(yīng)在400℃左右，低變反應(yīng)在200℃左右。因而需要先冷后熱，使流程復雜，設(shè)備多，能耗高。 為解決這一問題，國外公司在七十年代便研制出CoMo為主體耐硫變換催化劑，廣泛用于高硫煤氣化流程和老廠改造。1986年上海化工研究院首先研制成功B301耐硫變換催化劑；1988年湖北化學研究所研制的B302Q球形耐硫變換催化劑，經(jīng)國內(nèi)眾多化肥廠使用，證明催化劑的壽命可達到5年，而且實踐證明，使用耐硫變換催化劑與普通銅系不耐硫催化劑相比具有更高的活性。 本設(shè)計中，中變溫度為300480℃，低變溫度為180220℃，(A)，中變空速Sv=1150h1；低壓空速Sv=1500h1。 `按入口氣量計算，總CO變換率為： X總=（）100/（100+）=低變變換率： X低=（）100/3（100+）= 計算低變出口平衡變換率Xp=，%。 無論從實際操作數(shù)據(jù)還是從理論計算分析，本設(shè)計所選用的工藝條件都是合理的，低變選用耐硫催化劑也是可靠的。 本項目工藝方案因設(shè)有常壓脫硫工段，進變換的半水煤氣含硫低，因此需要先采用常規(guī)FeCr系不耐硫中變，此種催化劑使用壽命長，價格低，對整體工程有利。中變出口氣總硫含量≈150mg/m3(標)，普通的低變催化劑將受到硫中毒，不能采用，而選用B302Q耐硫低變催化劑，既能適應(yīng)氣體中的硫化物不受中毒影響，又可串聯(lián)提高CO變換率，減少中壓蒸汽的消耗。 由于耐硫低變催化劑的采用，工藝過程不用先降溫脫硫，而是直接串聯(lián)耐硫低變，流程簡化，設(shè)備減少，去除“冷熱病”，能耗下降。 飽和熱水塔流程的選用 在變換系統(tǒng)中，回收反應(yīng)熱，如用廢熱鍋爐產(chǎn)生中壓蒸汽，這樣換熱溫差大，熱回收率低。 采用飽和熱水塔回收反應(yīng)熱，半水煤氣在飽和塔中與來自熱水塔的熱水逆流接觸進行傳質(zhì)、傳熱，使半水煤氣的熱焓量和濕含量提高，提高了變換氣中H2O/干氣的比值；利用熱水塔，回收變換氣的熱量，提高熱水溫度，以達到回收熱量的目的。節(jié)省外加蒸汽用量，降低了能耗。 綜上所述，本設(shè)計采用飽和一熱水塔，中變串耐硫低變流程。一次變換使出氣CO≤%，去除了以往流程的“冷熱病”，工藝簡化，能耗降低。 NHD脫硫脫碳 南化公司研究院于1984年開發(fā)NHD脫硫脫碳凈化工藝，88年南化公司研究院與某公司共同開發(fā)了年產(chǎn)8萬噸合成氨NHD脫硫脫碳基礎(chǔ)設(shè)計。目前在黑龍江化工廠年產(chǎn)18萬噸合成氨裝置、神木年產(chǎn)20萬噸甲醇、金陵石化公司年產(chǎn)30萬噸合成氨3萬噸氫氣項目等一大批大中型煤化工裝置上廣泛采用。本技術(shù)相當于Selexol法、為純物理吸收，吸收能力大、溶劑無毒，特別適合于脫除高CO2分壓的變換氣中的CO2氣體，而且對于H2S有選擇性吸收性能。其能耗低于除低溫甲醇洗之外的其它凈化方法。 NHD脫硫 脫硫吸收塔進塔溶液為純NHD溶劑，選用25℃常溫操作，同低溫甲醇洗在50℃低溫下操作相比，無論從冷凍功耗還是低溫設(shè)備材料和制造上都比較有利，這正是該法不同于其它冷法脫硫的優(yōu)點，并且常溫下NHD溶劑正氣壓很低，揮發(fā)損失極小。 脫硫富液采用水蒸汽汽提，可以使溶劑再生非常徹底，也避免了富液中H2S產(chǎn)生析硫現(xiàn)象。再生放空的尾氣送至低壓脫硫系統(tǒng)的尾氣吸收塔。 脫碳工藝的選擇 目前國內(nèi)外脫碳方法很多，大致可分三類：化學吸收法如熱鉀堿法；物理吸收法如低溫甲醇洗法、碳酸丙烯脂法、Selexel、NHD法等；物理化學吸收法如活化甲基二乙醇胺法，MDEA法等。 熱鉀堿法或改良熱鉀堿法脫二氧化碳工藝是指使用的溶液為熱碳酸鉀溶液，但溶液中添加不同的活化劑，加快碳酸鉀溶液吸收二氧化碳與再生的速度，凈化度較高。其優(yōu)點是技術(shù)成熟、經(jīng)驗豐富、溶劑來源廣、價格較低、生產(chǎn)穩(wěn)妥可靠，缺點是溶液吸收能力受堿液濃度限制，不隨氣相中二氧化碳分壓變化，再生能耗高，耗熱量達1200kcal/m3(標)CO2左右，改良Benfeild法推出用蒸汽噴射器或蒸汽壓縮機使溶液閃蒸的節(jié)能技術(shù)，單級噴射器可使熱耗減少約25%，多級噴射器的熱耗可節(jié)省 35%，總之化學吸收法能耗比物理吸收法要高得多。 低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（50~60℃）下，該法具有吸收能力大，溶液循環(huán)量小，再生耗熱少，凈化度高，能綜合脫除氣體中多種酸性組分，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備，但溶劑本身有毒，設(shè)備需用耐低溫材料較難解決，耗冷量大，流程復雜，中小規(guī)模的氨廠不宜采用。 碳酸丙烯酯法為物理吸收法，溶劑再生時不耗熱量，但據(jù)現(xiàn)已投產(chǎn)的數(shù)家小尿素廠反映，凈化氣中二氧化碳凈化度不佳，必須配置中壓氨洗造成氨耗高，能耗大。 MDEA法是于70年代初由德國BASF公司開發(fā)的一種高效低能耗脫二氧化碳的新工藝，80年代中期，由南化公司化工研究院開發(fā)，該方法介于物理和化學吸收之間，凈化度高，CO2%，再生氣中二氧化碳純度%，所用溶劑N甲苯二乙醇胺溶液本身對設(shè)備無腐蝕，除溫度較高的部位可考慮用不銹鋼外，其它都可以用碳鋼。該法在國內(nèi)大、中、小化肥廠已有采用，數(shù)量不多。 Selexol法為常溫物理吸收法，溶劑可選擇性脫硫、脫碳，操作溫度5~10℃，脫硫為常溫，不需要特殊的低溫鋼，因此該法已是人們研究的中心課題，國外已有許多工廠使用。 NHD法是我國自行開發(fā)的一種物理吸收新技術(shù)。1985首先由南化公司研究院與某公司（化工部第一設(shè)計院）合作開發(fā)開發(fā)了第一套NHD凈化的工業(yè)裝置。運行實踐表明，該方法具有不需要蒸汽再生，能耗低，吸收能力大，凈化度高，溶劑無毒，對設(shè)備無腐蝕等優(yōu)點。 NHD溶劑的制備國內(nèi)已在河北蒿城溶劑廠和魯南化肥廠溶劑車間分別建成600噸/年和300噸/年能力的NHD生產(chǎn)裝置，溶劑易得。 幾種常見的凈化方法比較見表442。 幾 種 凈 化 方 法 比 較 表 表442 凈化方法生產(chǎn)規(guī)模原料凈 化 氣溶液成份再生方法電耗蒸汽水冷量溶劑耗總能耗H2SCO2 度/tNH3t/tNH3t/tNH3kg/tNH3栲膠脫硫48t/d煤 3ppm%Na2CO3 V2O5栲脫K2CO3DEA多級閃蒸蒸汽再生脫S:脫C:48 合計： 脫S:脫C: 合計:脫S::115合計:脫S:脫C:合計:106 kcal/tNH3NHD 脫硫脫碳48t/d 煤 % NHD空氣氣提脫S:脫C:合計:脫S:脫C:0脫S:脫C: 合計:106 kcaL/tNH3脫S:脫C: 合計:脫S:脫C:合計:106 kcal/tNH3Selexol500 t/d渣油 1ppm% PEC閃蒸+氣提合計:48合計:50106 kcal/tNH3合計:低溫甲醇洗+液氮洗1000 t/d 煤 20ppm甲醇閃蒸+氣提合計:25合計:合計: 液N2: m3(標)/tNH3) (106 kcal/tNH3)MDEA 1000 t/d天然氣 MDEA水閃蒸+氣提蒸汽 (106 kcal/tNH3) (106 kcal/tNH3) 由上面的比較表可知，NHD法溶劑無毒，能耗較低，不但其技術(shù)、設(shè)備、溶劑可全部國產(chǎn)外，而且投資較低溫甲醇洗低，而低溫甲醇洗，需引進技術(shù)、部分設(shè)備。 鑒于上述比較，本工程選用NHD脫碳工藝，從而達到技術(shù)先進、能耗低、投資低，且技術(shù)、設(shè)備、材料和溶劑可全部國產(chǎn)化。 確定合理參數(shù)：吸收溫度5℃。 凈化車間工藝流程簡述 低壓脫硫 （標），(絕)，溫度40℃，經(jīng)過噴射吸收器進入低壓脫硫塔，在塔內(nèi)與塔頂噴淋下來的栲膠溶液逆流接觸，將氣體中的經(jīng)進口水封后進入脫硫塔，脫硫塔內(nèi)裝有聚丙烯填料，填料高度18米。氣體穿過填料層與塔頂噴淋下來的栲膠溶液逆流接觸，脫除氣體中的H2S脫除到50mg/m3 (標) 以下，經(jīng)脫硫氣水冷器氣體被冷卻到35℃，送往原料氣壓縮機。 吸收H2S后的栲膠富液由脫硫塔底部排出，進入反應(yīng)槽中，靠自身壓力送至噴射再生槽上安裝的自吸空氣噴射器中，通過自吸空氣使富液在再生槽中再生氧化成為脫硫貧液。再生后的貧液由貧液泵加壓后送入脫硫塔和尾氣吸收塔頂部進行脫硫，其中到脫硫塔液體中的小部分經(jīng)流量調(diào)節(jié)進入噴射吸收器中。 從NHD脫硫再生塔來的再生尾氣進入尾氣吸收塔，與塔頂下來的栲膠溶液逆流接觸將尾氣中的H2S脫至50mg/m3(標)以下，然后從塔頂部排入大氣中。吸收H2S后的富液由富液泵升壓后和脫硫塔出來的富液匯合后一并進入噴射再生器中。 從噴射再生槽中懸浮出來的硫泡沫自流至中間硫泡沫槽中，再由硫泡沫泵送至高位硫泡沫槽加熱至約70℃。硫泡沫在高位硫泡沫槽中被加熱后流入溶流釜中。在熔硫釜中繼續(xù)加熱，溶液流入地下池中，由池下泵返回系統(tǒng)，而硫膏被不斷加熱至熔融態(tài)流出，鑄成固體硫磺。 變換、甲烷化 (G)的原料煤氣，進入飽和塔在塔內(nèi)與來自塔頂?shù)臒崴M行逆流接觸傳質(zhì)、傳熱、增濕，使出塔后的氣體水氣含量接近飽和，出塔氣體與補充的過熱蒸汽在蒸汽混合器混合達到所需的氣汽比，然后經(jīng)中溫換熱器被加熱至300℃進入中變爐上兩段催化劑，反應(yīng)是放熱的，從中變催化劑床層出來的氣體經(jīng)甲烷化加熱器管間與管內(nèi)的凈化氣換熱，經(jīng)中溫換熱器，進入淬冷器，噴入冷凝液控制出口溫度并增加水汽化，氣體進入中變爐下段繼續(xù)進行變換反應(yīng)，此段裝入耐硫變換催化劑，%(干)，經(jīng)第二水加熱器溫度降至200℃，進入低溫變換爐，在催化劑的作用下，進行較徹底的CO變換反應(yīng)，~%，進入第一水加熱器，降溫后進入熱水塔，出熱水塔的低變氣進入軟水加熱器，經(jīng)分離器之后再進入變換氣水冷器，及第二分離器。分離冷凝液后約40℃，送入NHD氣脫硫工段。 化學軟水由鍋爐房軟水站來，經(jīng)軟水加熱器，被變換氣予熱至85℃后，返回鍋爐房。 由脫碳工段來的脫碳氣進入甲烷化換熱器與甲烷化爐出來的氣體換熱，溫度約270℃，進入甲烷化加熱器管內(nèi)與管間變換氣換熱，出口溫度約300℃，進入甲烷化爐，爐內(nèi)裝有甲烷化催化劑。CO、CO2和H2進行甲烷化反應(yīng)，出口氣CO+CO2含量小于10ppm，經(jīng)過甲烷化換熱器，精制氣水冷器，溫度降至40℃，精制氣經(jīng)水分離器分離水后，送往壓縮工段合成氣壓縮機。 NHD脫硫 來自變換工段的變換氣含H2S約150mg/m3(標)，(絕)，溫度40℃，經(jīng)氣水分離器后進入脫硫塔下部，與塔頂噴淋下來的NHD貧液逆流接觸吸收絕大部分的H2S及部分、COS、CO2氣體，并有少量的H2氣被溶解，出脫硫塔的氣體溫度約24℃，含有H2S1PPm左右，經(jīng)塔頂部的不銹鋼除沫網(wǎng)，除掉氣體中夾帶的NHD溶劑，氣體被送往NHD脫碳。 吸收H2S后的約34℃富液由脫硫塔底排出后進入脫硫水力透平回收凈壓能，然后進入脫硫高壓閃蒸槽，閃蒸氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)進入閃蒸氣壓縮機升壓后返回系統(tǒng)。脫硫高壓閃蒸槽閃蒸槽排出的閃蒸液經(jīng)過貧富液換熱器與貧富液換熱器II來的貧液換熱加熱至68℃，進入脫硫中間閃蒸槽， MPa下閃蒸，直接進入脫硫再生塔，脫硫中間閃蒸槽排出的閃蒸液經(jīng)貧液換熱器II與脫硫貧液泵來的貧液換熱至100℃，進入脫硫低壓閃蒸槽，III級閃蒸氣100℃直接進入脫硫再生塔，低壓脫硫閃蒸液經(jīng)過貧富液換熱器III，與脫硫再生塔來的貧液換熱至130℃進入再生塔上部，再生塔底溶劑經(jīng)過蒸汽煮沸器，。貧液經(jīng)過貧富液換熱器III和貧液泵II、貧液換熱器II，貧富液換熱器I、再經(jīng)貧液水冷器用一次水冷卻冷卻到25℃，送至脫硫塔頂部。 出再生塔的再生氣經(jīng)過塔上部的旋流板，用塔頂回流的40℃的冷凝液洗滌冷卻 到89℃進入再生氣水冷器，用循環(huán)水冷卻到40℃，經(jīng)再生氣分離器分離出水分，%的尾氣送往低壓脫硫工段的尾氣吸收塔。分離下來的冷凝水送到回流水槽，再經(jīng)回流泵打入再生塔頂?shù)南礈於?，洗滌再生氣，回收NHD溶劑。 為了使脫硫溶液保持清潔，在貧富液換熱器II的貧液進出旁路安裝了過濾器，使部分貧液流經(jīng)過濾器，清除機械雜質(zhì)和硫化物等。 NHD脫碳 自NHD脫硫來的脫硫氣進入板翅式氣體換熱器與凈化氣和低壓閃蒸氣換熱后進入脫碳塔，氣體由下而上與從塔頂下來的NHD溶液逆流接觸，脫碳后的氣體離開脫硫塔頂部，經(jīng)冷量回收后送往合成氣壓縮機。脫碳塔內(nèi)塔內(nèi)有五層碳鋼QH1扁環(huán)填料，混合氣中的CO2被溶劑吸收。從塔底出來的脫碳富液進入水力透平，回收能量后進入氨冷卻，再進脫碳高壓閃蒸槽，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸出來，由脫碳高壓閃蒸槽出來的閃蒸氣進入原料氣壓縮機二段同煤氣一起升壓冷卻再次循環(huán)。 從脫碳高壓閃蒸槽出來的溶液減壓進入脫碳低壓閃蒸槽，此時有大部份溶解的二氧化碳氣解吸出來，二氧化碳純度≥99%(V)，此謂低壓閃蒸氣，經(jīng)過氣體換熱器，溫度升至約35℃，送往尿素車間。 低壓閃蒸槽底部出來的溶液經(jīng)富液泵提壓后分兩股，一股經(jīng)進入空氣冷卻器換器后送入氣提塔頂部，另一股直接去氣提塔上部，氣提塔內(nèi)有四層ф50251碳鋼扁環(huán)，溶液從上而下，與由塔底送入的氣提空氣逆流接觸進行傳質(zhì)傳熱，此時溶液中所吸收的二氧化碳被氣提出來，隨空氣一起從氣提塔頂放空排入大氣。 自大氣吸入的空氣經(jīng)空氣過濾器，進入空氣鼓風機升壓后，先通過空氣冷卻器，再經(jīng)過空氣水分離器，將冷凝下來的水分離掉，進入氣提塔底部去氣提含二氧化碳的NHD富液。 溶液經(jīng)過氣提塔解吸二氧化碳后成為貧液，經(jīng)貧液泵升壓后，經(jīng)流量調(diào)節(jié)進入脫碳塔頂部去吸收氣體中的二氧化