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30×104t合成氨装置气体净化工艺技术简述
30×104t/a合成氨装置气体净化工艺技术简述刘功年(安徽淮化集团有限公司 232038) 2007-12-031? 气体净化工艺技术的选择
??? 我公司合成氨老装置原料气的净化技术采用的是栲胶脱硫,热碱洗脱碳,铜洗精制工艺,净化后原料气中(CO+CO2)≤10×10-6,以满足合成氨生产的要求。该法存在:
??? (1)栲胶脱硫,气体净化度不高,气体中H2S含量50~80mg/m3;
??? (2)热碱洗脱碳,再生能耗高;
??? (3)CO2产品气纯度不高,CO2 98.5%;
??? (4)铜洗精制工艺技术落后。
??? 合成氨新装置(“18·30”工程)原料气的净化采用的是NHD溶液脱硫脱碳,甲烷化精制工艺。该技术工艺流程简单,气体净化度高。但仍存在:
??? (1)由于在工艺条件下每m3溶剂吸收CO2、H2S气体能力的限制,溶剂一次投入量大,系统循环量大,电耗高,运转费用高。同时,由于溶剂价格高,一次投资费用较高。
??? (2)甲烷化精制工艺,损失部分原料氢气。
??? 本次30×104t/a合成氨技改工程,经过充分调研与论证,最终选择中国寰球工程公司提供的具有自主知识产权的气体净化技术。该技术包括低温甲醇洗脱硫脱碳净化工艺和液氮洗脱除微量杂质的精制工艺两部分。该技术可完全解决前两套合成氨装置原料气净化工艺中存在的不足。
??? 采用低温甲醇洗净化工艺和液氮洗精制工艺的显著特点是:
??? (1)由于甲醇在低温高压下具有对CO2、H2S、COS极大的溶解度,而对H2、CO溶解很少的特性,利用甲醇的这一特性,可极大提高气体净化效率,净化后气体中H2S≤0.1×10-6,CO2≤10×10-6。精制后,气体中CO≤2×10-6,Ar≤20×10-6,无CO2、CH4、O2、H2O等杂质。
??? (2)再生气纯度高,有利于利用与深加工。CO2解吸塔顶部的产品气中CO2≥99.0%,更适合用于尿素和食品级液体CO2的生产。甲醇热再生塔顶排出的硫化物(H2S+COS)浓度高,(H2S+COS)≥25.0%,利于硫回收技术的选择,更利于提高硫的回收率。
??? (3)利用甲醇在低温高压下,对H2S、COS的吸收速度和吸收能力比CO2大得多的特性,可在同一设备中吸收,解吸再生时再分开,可节省设备投资。
??? (4)甲醇洗净化装置中使用6台绕管式换热器,该换热器具有如下特点:
??? ① 结构紧凑,单位容积具有较大的传热面积。
??? ② 几股工艺物料可同时冷却或加热,由于冷、热端温差小,换热效率高。
??? ③ 传热管的热膨胀可自行补偿。
??? ④ 容易实现大型化,可减少设备台数。
??? (5)液氮洗精制装置前设置2台吸附器(一台运行,一台再生)。吸附器中装填的分子筛吸附剂,可将甲醇洗净化后气体夹带微量甲醇、H2O、CO2全部脱除上以免这些杂质在低温管道及设备内的冻结,给正常操作带来不利。
??? (6)低温甲醇洗净化和液氮洗精制的组合,在气体净化工艺上是最佳的组合。低温甲醇洗装置为液氮洗装置的工艺气体进行预冷和干燥;而出液氮洗装置的工艺气体返回甲醇洗装置,对工艺气体进行预冷,最大限度地回收了冷量。这样的组合,在冷量利用上最为合理。
??? (7)液氮洗装置的关键设备“冷箱”,其内部的阀门、管道及管道组成件等全部选用铝合金材料,全部采用焊接连接,不存在法兰泄漏。
??? (8)甲醇作为溶剂,具有化学稳定性、热稳定性好的特点,且甲醇市场供应充足,价格相对便宜,消耗低,循环量小,运转费用低。
??? (9)整个净化装置环境效益好。
??? ① H2S浓缩塔顶排出的尾气中,H2S<25×10-6,甲醇<125×10-6,低于国家大气环境污染物排放标准。
??? ② 装置无废渣排放。
??? ③ 甲醇/水分离塔底排出少量的废水(约200kg/h,甲醇≤250×10-6),送气化装置作制浆用水,不外排。
2? 工艺技术简述
2.1? 工艺流程简介
??? (1)低温甲醇洗工艺流程说明
??? 来自CO变换工序的5.4MPa(G)、40℃的原料气,进入甲醇洗工序。为防止原料气中的水分在预冷过程中结冰而向原料气中喷入甲醇,与循环气混合后,经过原料气冷却器(E-32201)与产品CO2气、尾气及合成气换热降温,然后进入甲醇/水分离罐(V-32201)中分离出冷凝液。原料气进入CO2吸收塔(C-32201)下部脱硫段;冷凝液经甲醇/CO2分离罐(V-32209)闪蒸出部分CO2后,送甲醇/水分离塔(C-32205)。
??? 原料气中H2S和COS在CO2吸收塔(C-32201)下部(1~56层塔板)脱硫段被吸收,CO2气体在CO2吸收塔上部(57~93层塔板)脱碳段脱除。吸收CO2所释放出的溶解热使富甲醇温度升高,富甲醇分别两次自塔
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