低壓甲醇系統(tǒng)變壓吸附脫碳裝置技術(shù)改造小結(jié)

(江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司，江蘇 新沂 221400)

江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司是以煤炭為主要原料生產(chǎn)農(nóng)用化肥的企業(yè)，1958年建廠，現(xiàn)已形成年產(chǎn)500 kt合成氨、800 kt尿素、300 kt甲醇的生產(chǎn)能力。2007年投資興建了200 kt/a低壓甲醇系統(tǒng)，開車運行后發(fā)現(xiàn)，變換后的凈化氣中CO2含量不好控制，達(dá)不到設(shè)計要求(≤3.3%)，只能控制在3.6%左右；變壓吸附脫碳真空泵出口放空氣中CO2濃度低，造成有效氣損失大。為提高裝置生產(chǎn)效率，針對其暴露出來的問題，進(jìn)行了技術(shù)改造。

1 變壓吸附脫碳裝置簡介

由于流程中的煤氣壓縮機二段出口壓力偏低，變壓吸附脫碳裝置運行時吸附壓力只有0.65 MPa左右，達(dá)不到設(shè)計運行壓力0.75～0.85 MPa。吸附壓力低，為保證凈化氣中CO2濃度滿足甲醇產(chǎn)量的要求，只能縮短吸附時間，導(dǎo)致吸附塔吸附時間不夠，CO2吸附不飽和，造成真空泵出口放空氣中CO2濃度低，有效氣損失大。加之裝置吸附塔數(shù)量偏少，均壓次數(shù)不夠，造成抽真空前吸附塔內(nèi)的剩余壓力比較高，抽真空后吸附塔內(nèi)壓力最低只能達(dá)到-0.07 MPa，達(dá)不到設(shè)計要求(≤-0.08 MPa)，導(dǎo)致吸附塔再生不完全，影響下一循環(huán)的吸附效果。

變壓吸附脫碳裝置包括9個吸附塔、79臺程控閥、4臺2BEC-52型水環(huán)式真空泵、2臺回收壓縮機。裝置的處理氣量為62 000 m3/h，操作彈性為20 000～68 000 m3/h。其工藝流程如圖1所示。

圖1 變壓吸附脫碳裝置工藝流程簡圖

9個吸附塔由79臺程控閥、2個調(diào)節(jié)閥通過管線相連。當(dāng)其中2個吸附塔進(jìn)行吸附操作時，其余7個吸附塔處于循環(huán)過程的不同階段。9個吸附塔循環(huán)操作，達(dá)到連續(xù)處理原料氣和輸出產(chǎn)品氣的目的。每個吸附塔在一次循環(huán)中都必須經(jīng)歷吸附(A)、壓力均衡降1(1L)、壓力均衡降2(2L)、壓力均衡降3(3L)、壓力均衡降4(4L)、壓力均衡降5(5L)、壓力均衡降6(6L)、壓力均衡降7(7L)、回收(H)、抽真空(U) 、壓力均衡升7(7R)、壓力均衡升6(6R)、壓力均衡升5(5R)、壓力均衡升4(4R)、壓力均衡升3(3R)、壓力均衡升2(2R)、壓力均衡升1(1R)及最終升壓(FR)等18個步驟。

2 變壓吸附脫碳裝置技術(shù)改造方案

改造后裝置包括12個吸附塔(增加3臺)、130臺程控閥(增加51臺)、4臺2BEC-52型水環(huán)式真空泵、2臺回收壓縮機、2臺置換壓縮機(增加)。裝置的處理氣量為62 000 m3/h，操作彈性為20 000～68 000 m3/h。設(shè)計運行壓力 0.65～0.70 MPa(據(jù)壓縮機出口壓力而定)，改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后變壓吸附脫碳裝置工藝流程簡圖

12個吸附塔由130臺程控閥、2個調(diào)節(jié)閥通過管線相連。當(dāng)其中2個吸附塔進(jìn)行吸附操作時，其余10個吸附塔處于循環(huán)過程的不同階段。12個吸附塔循環(huán)操作，達(dá)到連續(xù)處理原料氣和輸出產(chǎn)品氣的目的。每個吸附塔在一次循環(huán)中都必須經(jīng)歷吸附(A)、壓力均衡降1(1L)、壓力均衡降2(2L)、壓力均衡降3(3L)、壓力均衡降4(4L)、壓力均衡降5(5L)、壓力均衡降6(6L)、壓力均衡降7(7L)、壓力均衡降8(8L)、壓力均衡降9(9L)、壓力均衡降10(10L)、回收(H)(同時置換) 、抽真空(U) 、壓力均衡升10(10R)、壓力均衡升9(9R)、壓力均衡升8(8R)、壓力均衡升7(7R)、壓力均衡升6(6R)、壓力均衡升5(5R)、壓力均衡升4(4R)、壓力均衡升3(3R)、壓力均衡升2(2R)、壓力均衡升1(1R) 及最終升壓(FR)等24個步驟。

本變壓吸附脫碳置換裝置是在原脫碳裝置的基礎(chǔ)上增加3個吸附塔和一套置換系統(tǒng)形成的。采用置換系統(tǒng)的目的是為了進(jìn)一步提高變壓吸附脫碳裝置有效氣的回收率，同時還可以將抽真空放空氣中的CO2濃度大大提高。

3 改造效果

改造后裝置運行情況為，原料氣流量60 000～66 000 m3/h，原料氣壓力0.65～0.70 MPa，吸附壓力0.62～0.66 MPa，原料氣成分(平均值)H258.2%、CO 23.5%、CO214.0%、N23.0%、CH40.9%、O20.4%，抽真空放空氣成分(平均值)CO295.5%、CO 2.3%、O21.0%，真空泵出口氣中CO2濃度2.5%(平均值)。

依據(jù)上述數(shù)據(jù)，對變壓吸附脫碳裝置進(jìn)行物料衡算。假定H2、CO、N2、CH4、O2的回收率分別為99.5%、98.5%、99.0%、98.0%、90.0%，則凈化氣總量為60 000×(0.582×0.995+0.235×0.985+0.03×0.99+0.009×0.98+0.004×0.90)÷0.975=52 473 m3/h，凈化氣中CO2為52 473×0.025=1 311 m3/h；由于本裝置沒有其他放空氣，只有抽真空放空氣，則抽真空放空氣總量為60 000-52 473=7 527 m3/h，抽真空放空氣中CO2的量為60 000×0.14-1 311=7 089 m3/h，抽真空放空氣中CO2濃度為7 089÷7 527=94.2%。

通過上述計算數(shù)據(jù)可以看出，只要我們分析的抽真空放空氣中CO2平均濃度達(dá)到94.2%以上，就能證明本裝置H2的回收率已達(dá)99.5%、CO的回收率已達(dá)98.5%。而我們分析的抽真空放空氣中CO2平均濃度實際為95.5%，這充分證明了本變壓吸附脫碳置換裝置完全達(dá)到并超過了設(shè)計要求(設(shè)計要求：H2回收率≥99.5%，CO回收率≥98%)。

4 結(jié) 語

綜上所述，本變壓吸附脫碳置換裝置的應(yīng)用是非常成功的，大大提高了裝置有效氣的回收率，H2回收率由99%提高到99.5%，CO回收率由96%提高到98.5%，這就意味著甲醇產(chǎn)量將提高1.2%以上，每年多產(chǎn)甲醇2 000 t左右。同時，由于原來排放到大氣中的抽真空放空氣中CO2濃度達(dá)到生產(chǎn)液體CO2的要求，并將放空氣送往一清潔生產(chǎn)項目生產(chǎn)液體CO2，減少了溫室氣體的排放。因此，本次變壓吸附脫碳裝置的改造，既達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，又起到了環(huán)保綜合治理的效果，給公司帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。