脫碳高閃氣回收裝置項(xiàng)目總結(jié)

，，

(山西陽(yáng)煤豐喜集團(tuán)臨猗分公司，山西 臨猗 044100)

1 背 景

陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司是山西省化肥行業(yè)的重點(diǎn)骨干企業(yè)之一，經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，形成了年產(chǎn)氨醇750 kt、尿素1 100 kt的規(guī)?！，F(xiàn)有兩個(gè)分廠，共四套尿素生產(chǎn)裝置和一套甲醇生產(chǎn)裝置。與之配套的脫碳裝置共五套，除一分廠2#系統(tǒng)為VPSA-CO2脫碳工藝，其余四套均為濕法脫碳工藝：一分廠1#、3#系統(tǒng)為NHD脫碳，二分廠1#系統(tǒng)為MDEA脫碳，2#系統(tǒng)為低溫甲醇洗脫硫脫碳。

四套濕法脫碳裝置產(chǎn)生的高閃氣總量約為7 500 m3/h，各自的氣體組成、溫度、流量等參數(shù)如表1所示。

表1 脫碳高閃氣組成

由表1看出，四種脫碳高閃氣中有效氣體H2的總量為1 525.6 m3/h。此項(xiàng)目建成之前，脫碳高閃氣大部分放空，不僅造成環(huán)境污染，而且浪費(fèi)了寶貴資源，因此有必要對(duì)脫碳高閃氣作凈化處理，回收其中的有效氣體。

本項(xiàng)目采用VPSA(真空變壓吸附)裝置，回收四套濕法脫碳裝置高閃氣中的有效氣體。項(xiàng)目總投資約580萬(wàn)元，設(shè)計(jì)處理原料氣量8 000 m3/h，實(shí)際原料氣量5 600 m3/h，產(chǎn)品氣量1 536 m3/h。

經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的緊張施工，于2012年8月20日試運(yùn)行。項(xiàng)目設(shè)計(jì)由杭州普菲科空分設(shè)備有限公司承擔(dān)，并提供裝置內(nèi)的吸附劑、程控閥以及儀器儀表等；土建工作主要包括羅茨風(fēng)機(jī)、分離器、緩沖罐、7臺(tái)吸附塔等基礎(chǔ)的施工；安裝防腐由陽(yáng)煤豐喜建安公司完成，主要工作是原球罐及其管線的拆除、管線的預(yù)制、吸附塔安裝、羅茨風(fēng)機(jī)就位安裝等。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)

(1)凈化氣

凈化氣體中含CO2≤10.0%

凈化氣中含H2S ≤5.0×10-6

凈化氣壓力 0.4 MPa(表)

產(chǎn)品氣溫度 常溫

H2回收率 ≥90.0%

CO收率 ≥90%

(2)解吸氣

解吸氣 CO2≥98%

解吸氣壓力 ≥0.025 MPa(表)

2.2 工藝流程

脫碳高閃氣經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置處理之后，得到凈化氣和解吸氣兩種氣體，如圖1。

圖1

脫碳高閃氣(以下稱原料氣)以壓力0.5 MPa、溫度35 ℃進(jìn)入界區(qū)內(nèi)分離緩沖罐，經(jīng)計(jì)量后入變壓吸附單元。

采用7-2-3 VPSA抽真空流程，即裝置由7個(gè)吸附塔組成，其中2個(gè)吸附塔始終處于同時(shí)進(jìn)料吸附狀態(tài)。其工藝過(guò)程由吸附、3次均壓降壓、順?lè)拧⒛娣?、抽真空?次均壓升壓和產(chǎn)品氣最終升壓等步驟組成。

以吸附塔A為例說(shuō)明其工藝過(guò)程。

(1)吸附過(guò)程

經(jīng)洗滌后的原料氣以壓力0.5 MPa，溫度34 ℃進(jìn)入吸附塔A，自下而上經(jīng)過(guò)吸附床層，氣體中的水分、二氧化碳等雜質(zhì)被塔內(nèi)吸附劑吸附，氫氮?dú)獾冉M分從吸附塔頂部連續(xù)排出送壓縮單元。

當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段某一位置時(shí)，關(guān)掉A塔的原料氣進(jìn)料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附，轉(zhuǎn)入再生過(guò)程。

(2)均壓降壓過(guò)程

吸附過(guò)程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)較高壓力的氫氮?dú)夥湃肫渌淹瓿稍偕妮^低壓力吸附塔。這一過(guò)程不僅是降過(guò)壓程，更是回收床層死空間氫氣的過(guò)程，本流程共包括了3次連續(xù)均壓降壓過(guò)程，以保證氫氣的充分回收。

(3)順?lè)胚^(guò)程

均壓降壓過(guò)程結(jié)束后，塔內(nèi)還有一定壓力，此時(shí)順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的壓力進(jìn)一步降低，順?lè)艢怏w直接放空，同時(shí)可提高解吸氣體中二氧化碳濃度。

(4)逆放過(guò)程

在均壓結(jié)束、吸附前沿達(dá)到床層出口后，逆著吸附方向?qū)⑽剿毫抵两咏?，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開(kāi)始從吸附劑中大量解吸出來(lái)，低濃度的解吸氣直接放空,逆放后期的氣體送CO2工段。

(5)真空過(guò)程

逆放過(guò)程結(jié)束后，逆著吸附方向?qū)ξ剿檎婵?，進(jìn)一步降低壓力，使被吸附的雜質(zhì)完全解吸出來(lái)，抽空CO2氣外送。

(6)均壓升壓過(guò)程

在真空再生過(guò)程完成后，用來(lái)自其他吸附塔的較高壓力氫氮?dú)鈱?duì)該吸附塔進(jìn)行升壓。這一過(guò)程與均壓降壓過(guò)程相對(duì)應(yīng)，不僅是升壓過(guò)程，而且更是回收其他塔床層死空間氫氣的過(guò)程。

(7)產(chǎn)品氣升壓過(guò)程

在均壓升壓過(guò)程完成后，為了使吸附塔平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過(guò)程中不發(fā)生波動(dòng)，需要通過(guò)升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用排放氣將吸附塔升至吸附壓力，保證產(chǎn)品升壓過(guò)程的充分和減少吸附壓力波動(dòng)的影響。

經(jīng)這一過(guò)程后吸附塔便完成了一個(gè)完整的“吸附-再生”循環(huán)，并為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。

這樣，A塔就完成了一個(gè)完整的循環(huán)過(guò)程，又可以進(jìn)入下一次吸附循環(huán)。

7臺(tái)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作(始終有2臺(tái)吸附塔處于吸附狀態(tài)，同時(shí)有1臺(tái)吸附塔處于抽空再生)，即可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。

2.3 工藝技術(shù)特點(diǎn)

(1)裝置采用一段法VPSA流程，確保一氧化碳與氫氣回收率指標(biāo)。

(2)本裝置的吸附劑采用密相裝填技術(shù)，可進(jìn)一步減小床層死空間，提高有效組分回收率。

(3)采用專用吸附劑，選擇性高，吸附劑用量少，配比合理，投資更省，運(yùn)行費(fèi)用更低，指標(biāo)更先進(jìn)。

(4)裝置配置了性能可靠、功能齊備的PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)；自控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量以及程控閥閥位等主要操作參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)視，并能對(duì)裝置運(yùn)行工況進(jìn)行自動(dòng)跟蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷。

(5)采用多塔運(yùn)行，若與某一吸附塔有關(guān)的程控閥(或控制部件)出現(xiàn)故障，PSA專家診斷切換系統(tǒng)可以進(jìn)行自適應(yīng)無(wú)擾動(dòng)切換，以保證裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和便于維修。

(6)本裝置配備切塔軟件系統(tǒng)，當(dāng)某臺(tái)吸附塔出現(xiàn)故障時(shí)可切除故障塔運(yùn)行，保證裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(7)本裝置采用先進(jìn)、可靠的氣動(dòng)系統(tǒng)作為程控閥的驅(qū)動(dòng)源，具有運(yùn)行穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、程控閥動(dòng)作快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 主要設(shè)備(表2)

表2 主要設(shè)備一覽表

3 試運(yùn)行數(shù)據(jù)及效益分析

本裝置運(yùn)行狀況良好，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。試運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 試運(yùn)行數(shù)據(jù)一覽表

取6天運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算，H2回收率為1 536×70%/(5 607×20.7%)=92.6%

由于本套裝置投運(yùn)前，一分廠3#脫碳產(chǎn)生的高閃氣回到壓縮工段循環(huán)使用，因此不考慮此部分H2回收產(chǎn)生的效益。此部分高閃氣經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置處理后回收的H2量為：

1 900×26.2%×92%=458 m3/h

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)表可知，回收的H2年可產(chǎn)尿素：

(1 536×70%-458)/2 000/0.595×8 000

=4 149 t

尿素售價(jià)按1 993元/t計(jì)算，年增加銷售收入：

4 149×1 993=826萬(wàn)元

4 結(jié) 語(yǔ)

截止目前，本套脫碳高閃氣回收裝置已投運(yùn)一年零三個(gè)月，期間原料氣處理量約6 000 m3/h(H2含量21%)，產(chǎn)品凈化氣約1 620 m3/h(H2含量69.5%，CO2含量9.5%)，H2回收率為約 92.5%。脫碳高閃氣經(jīng)本套裝置處理之后，回收了大量有效氣體H2，降低了合成氨消耗，減少了生產(chǎn)成本。