二氧化碳裝置優化改造運行總結

徐 賀

(浙江晉巨化工有限公司,浙江 衢州 324004)

浙江晉巨化工公司(以下簡稱“晉巨化工”)的二氧化碳裝置承擔著回收合成氨生產過程中二氧化碳排放氣的功能,從合成氨系統的尾氣中提取高附加值的液體二氧化碳。二氧化碳設計產能為30 kt/a,經過幾年的改造,裝置產能達到65 kt/a。

來自合成氨裝置含雜質的二氧化碳尾氣經過凈化工序脫硫、加氧燃燒脫烴、脫水工序去除雜質,經氨冷器轉化為液體,再利用提純精餾塔在塔內實現氣液兩相多次熱量、質量交換,去除輕組分,實現產品精制。此工藝流程存在工業級二氧化碳產品過度加工,產品品質達到99.95%,遠高于國家標準,但存在裝置能耗高、提純塔液化氨冷器面積小、液化能力不足、系統阻力高等問題。為克服現有工藝技術中存在的缺陷,降低系統阻力、提高裝置生產能力,晉巨化工決定對工業級二氧化碳工藝流程進行技術改造,優化凈化工序流程、增加提純塔液化氨冷器換熱面積、改變提純塔塔釜液化氨冷器位置。改造工作于2022年5月完成并投用,經過6個月的運行發現,改造后的二氧化碳生產裝置阻力大幅下降,裝置產能得到提升,運行電耗大幅下降,節能效益明顯。

1 改造前工藝狀況

1.1 工藝流程

65 kt/a二氧化碳生產裝置采用廢二氧化碳氣為原料[1],生產液體二氧化碳。二氧化碳氣經壓縮機提壓至2.86 MPa,在凈化工序利用干法脫硫去除有機硫和無機硫,在脫烴催化劑的作用下,加氧燃燒將烴類物質轉化為二氧化碳和水,進而去除原料氣中的烴類雜質;再經過3A分子篩干燥,脫除氣體中的飽和水[2]。

凈化后的二氧化碳氣體經氨冷液化后進入提純精餾塔,在塔內實現氣液兩相傳質傳熱,塔頂脫除輕組分,塔底產品采出。

1.2 存在的問題

(1) 運用VSM價值流分析后,發現原始工業級CO2裝置工藝按食品等級要求設計,凈化工序包含預脫硫、一級水解、一級脫硫、二級脫硫、二級水解、三級脫硫、脫烴等環節,工業級產品過度凈化加工,凈化工序能耗高。

(2) 工業級提純塔以提餾段為主,CO2裝置提純塔塔釜氨冷液化能力不足,提純塔放空量增加,造成產量損失。

(3) 提純塔塔釜氨冷器位于一樓,提純精餾塔入料口位于三樓框架,距離塔釜氨冷器12 m,液體CO2至提純精餾塔入料口管線阻力大。

2 改造措施

2.1 改造內容

(1) 簡化生產流程,消除質量過剩。優化工業級二氧化碳工藝流程,取消凈化工序中一級水解、二級水解、三級脫硫及脫烴等環節,消除過度加工,降低系統阻力[3]。

(2) 優化氨冷配置,提升裝置收率。將提純塔塔釜氨冷器進行更新,換熱面積由120m2加大到210m2,增加液化能力,提升進料液化率。

(3) 將提純塔塔釜氨冷器從地面移位至三樓框架,塔釜氨冷器位于提純塔進料口上方,液化后CO2可直接進入提純塔,減少提純塔進料管道阻力。

2.2 技改流程

改造后流程見圖1。

3 改造效果

改造前后工藝運行數據對比見表1。

由表1可以看出,工業級裝置改造后,產品純度符合國家標準,阻力下降了0.6 MPa,壓縮機可以滿負荷運行,工業級裝置產能達到8.5萬t/a,工業級CO2裝置解決了過度加工、產品質量過高問題,生產成本進一步降低。

經實際運行證明,在工業級二氧化碳裝置生產負荷達到85 kt/a的狀況下,噸二氧化碳電耗由235 kW·h下降至205 kW·h,噸二氧化碳耗電量減少30 kW·h,全年可減少用電量255×104kW·h。

4 結語

通過此次工藝技術改造,工藝流程得到簡化,裝置生產消耗進一步降低,合成氨裝置排放尾氣二氧化碳的綜合利用率得到有效提高,實現減碳減排、變廢為寶,工業級CO2裝置產能大幅度提升[5]。該改造符合低投入、高產出、低消耗、少排放、能循環、可持續發展的要求。