全系統CO2分級綜合利用

張寶珠 萬銀霞 張廣瑞(河南心連心化肥有限公司 河南新鄉453731)

1 概述

河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心公司)“18·30”項目(180 kt/a合成氨和300 kt/a尿素，簡稱二廠，2006年7月投產)、“24·40”項目(240 kt/a合成氨和400 kt/a尿素，簡稱三廠，2009年7月投產)采用固定層氣化爐、栲膠脫硫、變壓吸附脫碳、中壓氨合成、水溶液全循環尿素工藝，稱為老系統。2013年11月，新投產的原料結構調整項目(450 kt/a合成氨和800 kt/a尿素，簡稱四廠)采用四噴嘴水煤漿6.50 MPa(表壓)氣化、耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗、低壓氨合成、CO2汽提尿素工藝。氣體公司一期為50 kt/a食品級液體CO2，氣體公司二期為100 kt/a食品級液體CO2。

四廠低溫甲醇洗裝置CO2解析塔(T02塔)產品氣流量14 000 m3/h(標態)，其中CO2氣體供老系統使用，壓力為0.14 MPa(表壓)；H2S濃縮塔(T03塔)產出的氣體流量9 000 m3/h(標態)，其中的CO2氣體被放空，壓力為0.07 MPa(表壓)。CO2解析塔和H2S濃縮塔產出的氣體組分如表1所示。

表1 CO2解析塔和H2S濃縮塔產出的氣體組分(體積分數)

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上述兩塔產出氣體的回收利用問題經多次調研和論證，針對CO2解析塔產品氣，2012年四廠投資新建氣體公司二期100 kt/a食品級液體CO2裝置。該裝置2013年11月開車成功后，心連心公司于2013年12月又對CO2系統進行優化，將T02塔產品氣送二、三廠，為氮肥生產提供高質量的CO2氣，二、三廠的CO2氣體置換出來，供氣體公司二期液體CO2裝置；增設回收T03塔CO2氣體管線，向二、三廠提供氮肥生產所需CO2氣；并改造液體CO2裝置，以達到增產的目的。

2 工藝流程及說明

四廠低溫甲醇洗裝置采用大連理工大學工藝包及甲醇洗半貧液工藝流程。工藝包設計初期，考慮到多余的CO2，將T02塔直徑由Φ2 800 mm擴至Φ3 000 mm，管線進行相應調整，CO2產出量由48 000 m3/h(標態)增加至62 000 m3/h(標態)，達到多產14 000 m3/h(標態)CO2的目的，為后續技術改造(2012年新建氣體公司二期、2013年12月CO2分級綜合利用)奠定了基礎。全系統CO2分級綜合利用工藝流程見圖1。

圖1 全系統CO2分級綜合利用工藝流程

四廠T02塔多余的CO2原設計是通過調節閥直接送至氣體公司二期，隨著四廠順利投運，CO2純度達到甚至超過設計值(CO2體積分數98.5%)，為此，進行了CO2全系統平衡的設計及分級利用，將四廠T02塔多余的CO2先送二、三廠CO2壓縮工段供氮肥生產，將二、三分廠多余的CO2置換出來供氣體公司二期使用；原先未考慮回收T03塔多余的CO2氣體，故新配T03塔至二、三廠串聯管線，回收T03塔原放空的高純度CO2供二廠使用，以提高氮肥產量。

3 CO2分級利用工藝原理及優點

CO2分級利用工藝原理：四廠多余的CO2純度均在98.8%(體積分數，下同)以上，二、三分廠CO2純度為98.0%，將高純度CO2供給二、三分廠使用，以提高氮肥產量；同時，將二、三分廠多余的CO2置換出來供氣體公司生產液體CO2。

CO2分級利用工藝的優點：①減少碳排放量23 000 m3/h(標態)，減輕了對環境的污染；②年增產食品級CO2100 kt，經濟效益明顯。

4 結語

為節約資金和縮短工期，心連心公司技術人員主動承擔設計任務，與二、三、四廠和氣體公司緊密結合，目前實際每天可創近10萬元的經濟效益。為了節約成本和確保管線順利連通，CO2分級綜合利用項目組利用“24·40”項目、地埋管工程及原料結構調整項目遺留下來的管道、彎頭、法蘭等材料，按計劃進行管線設計、噴砂除銹、外防腐等工作，并對各種規格的管道進行合理布局，通過項目組成員的共同努力，2013年12月底超預期目標完成任務，共節約安裝費用約16萬元。

利用低溫甲醇洗裝置多余的CO2分級綜合利用，既提高了氮肥產量，又能制得食品級液體CO2，是一項投資少、見效快、變廢為寶、綜合效益較好的項目，經濟效益可觀，社會效益良好。

(收稿日期 2014- 06- 13)