【正文】 2CH2O)nCH2，式中 n=28。 NHD 是兗礦魯南化肥廠與南京化學工業(yè)集團公司研究院、杭州化工研究所共同開發(fā)成功的一種物理吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的高效溶劑 [7]。 NHD 氣體凈化技術改造系脫除酸性氣體的物理吸收新工藝 ， 適合于合成氣、天然氣、城市煤氣等的脫硫脫碳。 NHD 具有對設備無腐蝕，對 CO H2S 等酸性氣體的吸收能力強、蒸汽壓低，揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好、不會起泡，無腐蝕性等優(yōu)點，并且該法在 NHD 的再生過程中幾乎不需要能量，通常利用空分裝置富余的低壓氮氣在氣提塔進行脫碳富液的氣提再生，其優(yōu)點是減少利用空氣氣提帶來系統(tǒng)內(nèi) NHD 溶液含水量的富集，省去了空氣水冷、氣水分離及 NHD 脫水設備，節(jié)約了投資，簡化了流程 [8]。 碳酸丙烯酯法 (PC)法 碳酸丙烯 酯法是碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法。其原理是利用在同樣壓力、溫度下，二氧化碳、硫化氫等酸性氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度比氫、氮氣在碳酸丙烯酯中的溶解度大得多來脫除二氧化碳和硫化氫而且二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度是隨壓力升高和溫度的降低而增加的， CO2等酸性氣體在碳丙溶劑中溶解量一般可用亨利定律來表達，因而在較高的壓力下，碳酸丙烯酯吸收了變換氣中的二氧化碳等酸性氣體，在較低的壓力下二氧化碳能從碳酸丙烯酯溶液中解吸出來，使碳酸丙烯酯溶液再生，重新恢復吸收二氧化碳等酸性氣體的能力。碳酸丙烯酯法具有溶解熱低、粘度小、 蒸汽壓低、無毒、化學性質穩(wěn)定、無腐蝕、流程操作簡單等優(yōu)點。 該法 CO2 的回收率較高，能耗較低，但投資費用較高。適用于吸收壓力較高、 CO2 凈化度不很高的流程，國內(nèi)主要是小型廠使用。用碳丙 液 作為溶劑來脫除合成氨變換氣中 CO2 工藝是一項比較適合我國國情的先進技術 ， 與水洗工藝比較，除具有物理吸收過程顯著的節(jié)能效果外 ， 在現(xiàn)有的脫碳方法中 ， 由于它能同時脫除二氧化碳、硫化氫及有機硫化物，加上再生無需熱能，能耗較低等優(yōu)勢 ， 在國外合成氨和制氫工業(yè)上已得到廣泛應用。 變壓吸附法 變壓吸附氣體分離凈化技術，簡稱 PSA（ Pressure Swing Adsorption） 。變壓吸附法是近幾年才用于合成氣凈化的，它屬于干法，采用固體吸附劑在改變壓力的情況下，進行 （ 加壓 ） 吸附 CO2 或 （ 減壓 ） 解吸。變壓吸附法分離氣體混合物的基本原理是利用某一種吸附劑能使混合氣體中各組份的吸附容量隨著壓力變化而產(chǎn)生差異的特性，選擇吸附和解吸再生兩個過程，組成交替切換的循環(huán)工藝，吸附和再生在相同溫度下進行?？捎么朔ǜ脑煨⌒桶睆S，將低能耗，在大型氨廠使用顯得困難 [9]。 為了達到連續(xù)分離的目的，變壓吸附脫碳至少需要兩個以上的吸附塔交替操作，其中必 須有一個吸附塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟。在每次循環(huán) 中，每個吸附塔依次經(jīng)歷吸附、多次壓力均衡降、逆向放壓、抽空、多次壓力均衡升、最終升壓等工藝步驟。 目前，此種類型的裝置在全國合成氨廠已廣泛采用。如四川什邡某氮肥廠為天然氣富氧造氣，變換氣脫碳采用我公司近年來開發(fā)的節(jié)能型變壓吸附脫碳新工藝，多塔進料，多次均壓，并實現(xiàn)了吸附塔和真空泵的新組合，同時對吸附劑、程控閥門、控制系統(tǒng)、動力設備的配置都做了較大的改進，從而使 H N2 有效氣體回收率大大提高，能耗進一步降低，裝置投資也有所減 少 [10]。 低溫甲醇洗法 低溫甲醇洗工藝 （ Rectisol Process） 系由德國林德公司 （ Linde） 和魯奇公司 （ Lurgi） 開發(fā)，是利用甲醇溶劑對各種氣體溶解度的顯著差別，可同時或分段脫除 H2S、 CO2 和各種有機硫等雜質，具有氣體凈化度高 、 選擇性好、溶液吸收能力強 ， 操作費用低等特點，是一種技術先進、經(jīng)濟合理的氣體凈化工藝。自 1954 年 Lurgi 公司在南非 Sasol 建成世界上第一套工業(yè)規(guī)模的示范性裝置以來，目前有 100 余套裝置投入運行，尤其是大型渣油氣化和煤氣化裝置的氣體凈化均采用低溫甲 醇洗工藝。 低溫甲醇 (Rectisol)法具有一次性脫除 CO2，溶液便宜易得，能耗低，適用范圍廣泛等特點。但該法投資很大，我國鎮(zhèn)海煉化廠大化肥等四家以重油和煤為原料的合成氨裝置使用了低溫甲醇法脫除 CO2。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 54 頁 物理化學吸收法 物理化學吸收法脫除 CO2 工藝主要有環(huán)丁砜 (Sulfinol)法和常溫甲醇 (Amisol)法，物理化學吸收法常用于中等 CO2 分壓的原料氣處理。環(huán)丁砜法中所使用的溶劑由是環(huán)丁礬、二異丙醇胺與水組成，能同時吸收 CO2 和硫的化合物，且吸收速度快，凈化度高，但再生耗熱多，目前只有一些中小型 廠使用。常溫甲醇法是在甲醇中加入了二乙醇胺，當 CO2 分壓升高時，以其在甲醇中溶解的物理吸收為主；當 CO2 分壓較低時，以其與二乙醇胺發(fā)生化學反應的化學吸收為主，該法應用范圍廣，凈化率高，但對 H2S 和 CO2 的選擇性較差，己很少使用。 固體吸附 固體吸附是 CO2 在加壓時被吸附在多孔狀固體上，減壓時吸附的 CO2 被解吸，亦稱變壓吸附。 碳酸丙烯酯（ PC）法脫碳工藝基本原理 法脫碳技術國內(nèi)外現(xiàn)狀 PC 為環(huán)狀有機碳酸酯類化合物，分子 CH3CHOCO2CH2， 該法在國外稱 Fluor 法。 PC 法是 南化集團研究院等單位于 20 世紀 70 年代開發(fā)的技術， 1979 年通過化工部鑒定。據(jù)初步統(tǒng)計，已有 150余家工廠使用 PC 技術，現(xiàn)有裝置 160 余套，其中大型裝置兩套，其余為中小型裝置。大部分用于氨廠變換氣脫碳?？偯撎寄芰s 300 萬噸合成氨 /年，其中配尿素型應用較多，占 60%左右，至今該法仍是聯(lián)堿、尿素、磷銨等合成氨廠使用最廣的脫碳方法，其開工裝置數(shù)為 MDEA、 NHD 法總和的數(shù)倍。 發(fā)展過程 PC 技術的應用，主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段始于 70 年代末，兩個小氮肥廠用 PC 法代替水洗法脫 CO2 的工業(yè)試驗裝置獲得 成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。加之 PC 法在工藝上與水洗法相似，改造費用低，很快在一些小氮肥企業(yè)中推廣應用；第二階段， 20 世紀 90 年代以來，隨著小化肥改變碳銨單一產(chǎn)品結構，適應市場需要，采用脫碳增氨轉產(chǎn)尿素或聯(lián)醇等方法，以提高經(jīng)濟效益，增強小化肥的竟爭能力。為此，需要增設一套變換氣脫碳裝置，由于 PC 技術為典型的物理吸收過程，流程簡單，投資少，節(jié)能明顯，技術易于掌握。因此，很快得到了推廣，并擴大了應用范圍，技術上也趨于成熟。 技術經(jīng)濟 由于碳丙脫碳純屬物理過程，因而它的能耗主要消耗在輸送流體所 須的電能。碳丙溶劑對 CO2等酸性氣體的吸收能力較大，一般為同條件下水吸收能力的 4 倍。因此，代替水洗法脫除變換氣中CO2 不但滿足銅洗要求，而且回收 CO2 的濃度和回收率也能滿足尿素、聯(lián)堿生產(chǎn)的要求。與水洗法相比可節(jié)省電耗 150250KWh/tNH3，可節(jié)省操作費 1025 元 /t NH3。因而應用碳丙脫碳的廠家均可獲得明顯的節(jié)能效果。但這種效果隨著工藝配置、設備、操作狀況，處理規(guī)模和目的的不同而差異較大。碳丙脫碳與幾種脫碳方法的能耗比較如表 。 表 幾種脫碳方法的能耗比較表 方法名稱 加壓水洗 苯菲爾 法 位阻胺法 改良 MEDA 法 NHD 法 PC 法 能耗 2847 35585442 33494187 1884 10471256 1256 工藝流程 氣體流程 （ 1）原料氣流程 由壓縮機三段送來 的變換氣首先進入水洗塔底部與水洗泵送來的水在塔內(nèi)逆流接觸，洗去變換氣中的大部分油污及部分硫化物，并將氣體溫度降到 30℃ 以下，同時降低變換氣中飽和水蒸汽含量。氣體自水洗塔塔頂出來進入分離器，自分離器出來的氣體進入二氧化碳吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的碳酸丙烯酯溶液逆流接觸，將 二氧化碳脫至工藝指標內(nèi)。凈化氣由吸收塔頂部出來進入凈化氣洗滌塔底部，與自上而下的稀液（或脫鹽水）逆流接觸，將凈化氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴與蒸氣洗滌下來，凈化氣由塔頂出來后進入凈化氣分離器，將凈化氣夾帶的碳酸丙烯酯霧沫進一步分離，凈化氣由分離器頂部出來回壓縮機四段入口總管。根據(jù)各廠的具體情況和氨加工產(chǎn)品的不同，相匹配的碳丙脫碳條件及要求亦各異。在使用上，有替代加壓水洗型、聯(lián)堿型、配尿素型、聯(lián)陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 54 頁 醇型、生產(chǎn)液氨型以及制氫等各類型；在凈化效率上，有的對 CO2 進行粗脫，而大部分廠家，則進行精脫；對脫碳壓力，有采用 、 、 、 及 等多種類型。 （ 2）解吸氣體回收流程 由閃蒸槽解吸出來的閃蒸氣進入閃蒸氣洗滌塔，自下而上與自上而下的稀液逆流接觸，將閃蒸氣夾帶的液滴回收下來。閃蒸氣自閃蒸氣洗滌段出來后進入閃蒸氣分離器，將閃蒸氣夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離下來，閃蒸氣自分離器頂部出來送碳化，脫除二氧化碳并副產(chǎn)碳酸氫銨后，閃蒸氣回壓縮機一段入口總管。 由常解塔解吸出來的常解氣進入常解 汽提氣洗滌塔的常解氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將常解氣中夾帶的碳 酸丙烯酯液滴與飽和于常解氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，常解氣自常解氣洗滌段出來后進入常解氣分離器，將常解氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴進一步分離，常解氣自分離器頂部出來送食品二氧化碳工段。 汽提氣由汽提塔出來后進入常解 汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段，與自上而下的稀液逆流接觸，將汽提氣中夾帶的碳酸丙烯酯液滴和飽和汽提氣中的碳酸丙烯酯蒸氣回收下來，經(jīng)洗滌后汽提氣由塔頂放空。 液體流程 （ 1）碳酸丙烯酯脫碳流程簡述 貧碳酸丙烯酯溶液從二氧化碳吸收塔塔頂噴淋下來，由塔底排出稱為富液。富液經(jīng)自調(diào)閥進入溶液泵 渦 輪機組的渦輪，減壓后進入閃蒸槽，自閃蒸槽出來的碳酸丙烯酯液一部分進入過濾器，大部分不經(jīng)過過濾器，二者混合過后進入常解 汽提塔的常解段，碳酸丙烯酯液自常解段底部出來經(jīng)過兩液封槽進入汽提塔頂部，與自下而上的空氣逆流接觸，將碳酸丙烯酯溶液中的二氧化碳進一步汽提出來，經(jīng)汽提后的碳酸丙烯酯溶液為貧液，貧液由汽提塔出來進入循環(huán)槽，再由循環(huán)槽進入溶液泵 渦輪機組的溶液泵，由泵加壓后經(jīng)碳酸丙烯酯溶液冷卻器降溫，進入二氧化碳吸收塔，從而完成了碳酸丙烯酯溶液的整個解吸過程。 （ 2）稀液流程循環(huán) 稀液（或軟水）由常解 汽提氣洗滌 塔的常解段出來，經(jīng)稀液泵加壓后送往凈化氣洗滌塔上部自上而下。由塔底出來經(jīng)自調(diào)閥進入閃蒸氣洗滌塔的上部自上而下，由底部出來經(jīng)自調(diào)閥進入常解 汽提氣洗滌塔的汽提氣洗滌段自上而下，由底部出來經(jīng)一 U 型液封管進入常解氣洗滌段繼續(xù)循環(huán)。 存在的問題及解決的辦法 綜合分析 PC 法脫碳各廠的使用情況，最具代表性的問題有： （ 1）溶劑損耗高 。 造成這一問題原因有三個因素： 溶劑蒸汽壓高； 氣相回收系統(tǒng)不完善； 。 （ 2）凈化氣中 CO2 含量容易跑高，噸氨電耗高 。 凈化氣中 CO2 含量高， 原因是多方面的如再生效果不好，系統(tǒng)殘?zhí)几呋蚶鋮s不好等等。 目前 ， 碳丙脫碳技術已提高到一個新的階段，工業(yè)應用的或即將應用的最有吸引力的進展有以下幾個方面。 PC 法脫碳技術發(fā)展趨勢 塔器優(yōu)化 塔器的優(yōu)化包括塔徑、塔填料、塔內(nèi)件、塔過程控制的技術改造，改造后往往可提高 20%50%或更高的生產(chǎn)能力，改造主要分兩部分進行 :一是脫碳塔氣液分布器和填料的改造，其目的是提高通氣量和強化氣液接觸效率，加大潤濕面積。具體辦法是設稅全截面均勻分布的氣體和液體分布器，部分或全部采用規(guī)整填料；二是再生塔 的改造。由于傳統(tǒng)設計中再生塔常解段均為淋降式，當系統(tǒng)硫含量高時，受逆流及淋降板開孔直徑的限制，易造成溶液中的單質硫積累結垢，漸漸堵塞淋降板上的開孔，使其失效故往往生產(chǎn) 2 年后再生效果會明顯不如以前。由此可見，必須對這種結構徹底改造。具體辦法是將常解段改為篩板或填料塔型，并增設類似塔型的真空解析段。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 54 頁 改造工作除了塔器以外，還進行了系統(tǒng)工藝優(yōu)化，具體內(nèi)容有：（ 1）調(diào)整溶劑泵的揚程，串聯(lián)1 臺增壓泵；（ 2）氣提流程由原正壓氣提改為負壓氣提，有利于提高貧度；（ 3）降低變換氣和循環(huán)溶劑的溫度，以提高碳丙吸收能力；（ 4）采 取碳丙溶劑半過濾或全過濾方法，杜絕系統(tǒng)堵塞隱患；（ 5）提高變換氣脫硫效果；（ 6）碳丙稀液回收改造 [11]。 復合溶劑法 用兩種或兩種以上的物理、化學或物理化學溶劑作為復合溶劑凈化酸性氣體的研究，多年來一直方興未艾。復合溶劑法的優(yōu)點從選擇性和吸收能力分析，特別是高分壓下，選擇合適的復合溶劑，優(yōu)于純?nèi)軇?，顯著地提高了溶劑的吸收能力；另一方面明顯地降低了能耗。除此以外，復合溶劑為了達到操作特性要求所作的混合過程，還具有其它方面的靈活性，即復合溶劑的組成。而且，復合溶劑可以優(yōu)化配方用最低的費用達到所須 的分離要求（ 見 表 ）。 表 兩種方法的技術經(jīng)濟比較（以噸氨計） 項目 PC 法 復合溶劑法 CO2 凈化度（ %） 溶劑損耗（ Kg） 電耗（ KWh） 145 100 操作成本（元） 85 60 低溫 PC 法 實踐證明，低溫碳丙法具有以下優(yōu)點 ：（ 1） 氣體凈化度高； （ 2） 降低溶劑循環(huán)量； （ 3） 降低溶劑損耗。 為了在較低操作壓力下獲得需要的氣體凈化度、降低溶劑循環(huán)量、節(jié)省動力消耗、降低溶劑蒸發(fā)損失，吸收操作可在低于