低壓甲醇系統變壓吸附脫碳裝置技術改造小結

(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農用化肥的企業，1958年建廠，現已形成年產500 kt合成氨、800 kt尿素、300 kt甲醇的生產能力。2007年投資興建了200 kt/a低壓甲醇系統，開車運行后發現，變換后的凈化氣中CO2含量不好控制，達不到設計要求(≤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。為提高裝置生產效率，針對其暴露出來的問題，進行了技術改造。

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，達不到設計運行壓力0.75～0.85 MPa。吸附壓力低，為保證凈化氣中CO2濃度滿足甲醇產量的要求，只能縮短吸附時間，導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。加之裝置吸附塔數量偏少，均壓次數不夠，造成抽真空前吸附塔內的剩余壓力比較高，抽真空后吸附塔內壓力最低只能達到-0.07 MPa，達不到設計要求(≤-0.08 MPa)，導致吸附塔再生不完全，影響下一循環的吸附效果。

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個調節閥通過管線相連。當其中2個吸附塔進行吸附操作時，其余7個吸附塔處于循環過程的不同階段。9個吸附塔循環操作，達到連續處理原料氣和輸出產品氣的目的。每個吸附塔在一次循環中都必須經歷吸附(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。設計運行壓力 0.65～0.70 MPa(據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個調節閥通過管線相連。當其中2個吸附塔進行吸附操作時，其余10個吸附塔處于循環過程的不同階段。12個吸附塔循環操作，達到連續處理原料氣和輸出產品氣的目的。每個吸附塔在一次循環中都必須經歷吸附(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上增加3個吸附塔和一套置換系統形成的。采用置換系統的目的是為了進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)。

依據上述數據，對變壓吸附脫碳裝置進行物料衡算。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%。

通過上述計算數據可以看出，只要我們分析的抽真空放空氣中CO2平均濃度達到94.2%以上，就能證明本裝置H2的回收率已達99.5%、CO的回收率已達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到并超過了設計要求(設計要求：H2回收率≥99.5%，CO回收率≥98%)。

4 結 語

綜上所述，本變壓吸附脫碳置換裝置的應用是非常成功的，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%，這就意味著甲醇產量將提高1.2%以上，每年多產甲醇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濃度達到生產液體CO2的要求，并將放空氣送往一清潔生產項目生產液體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，既達到了節能降耗的目的，又起到了環保綜合治理的效果，給公司帶來了較好的經濟效益和社會效益。