氨净化脱碳二氧化碳气纯度优化

2011-12-21李海龙孙向峰

化工技术与开发 2011年8期

关键词：闪蒸脱碳纯度

李海龙，孙向峰

（兖矿鲁南化肥厂，山东滕州 277500）

氨净化脱碳二氧化碳气纯度优化

李海龙，孙向峰

（兖矿鲁南化肥厂，山东滕州 277500）

对NHD溶液脱碳工艺中，如何提高二氧化碳纯度，减少氢含量做出了分析，提出了有效的控制方法，并附有简单的工艺流程及叙述。

闪蒸;NHD法脱碳;贫液;富液;CO2纯度

由于农业是我国国民经济发展的主要命脉，因此尿素的生产一直在整个化工行业占有重要比例。随着科学技术的不断发展和完善，尿素的生产工艺也在改进，由传统的碳氨盐水溶液全循环法过渡到二氧化碳气提法，采用二氧化碳气提生产工艺的优点可以大大减少蒸汽的消耗，但其高压圈对二氧化碳纯度要求比较高，特别对氢含量的要求在50×10－6以下，这是由于在尿素生产中为了减少硫化氢对设备的腐蚀，在其原料气二氧化碳中加入适量的空气，控制氧含量为 0．6×10－6～0．8×10－6，以保持在设备内表面形成氧化膜，达到保护设备的目的。若氢含量较高，在设备内与氧气混合达到爆炸极限，就会引发爆炸事故，为此，优化二氧化碳纯度极为重要，势在必行。

目前，绝大多数尿素生产用的原料气二氧化碳来源于合成氨净化的脱碳工序，而NHD溶液法脱碳由于工艺简单，易于操作而被广泛应用，本文主要讲述NHD溶液法脱碳中二氧化碳气体纯度优化过程。

1 流程

NHD溶液法脱碳工艺流程简述:采用3．7MPa的水煤气作为原料气，原料气经过变换系统完成反应:CO＋H2O＝CO2＋H2，成为变换气。变换气经脱硫工序后被称为脱硫气，其主要成分有H2（64．3%）和 CO2（35．7%），还含有少量的 H2S 和COS，脱硫气进入脱碳塔，从脱碳塔顶喷淋温度为－5．5℃的NHD贫液，在塔内充分吸收CO2和少量的H2S后，气体进入后续工序。出塔底的NHD富液进入水力透平回收静压能后与不经透平的富液混合，进入脱碳高压闪蒸槽，部分溶解的CO2和大部分H2在此解吸塔内解吸出来。此气体即高压闪蒸气，高压闪蒸气和自脱硫工段来的脱硫闪蒸气混合后进入脱碳闪压机，闪蒸气升压、冷却后去脱硫工段循环吸收。从高压闪蒸槽底部出来的溶液，部分去脱碳溶液过滤器，部分被氨冷器冷却至6．68℃，两路混合后，减压进入低压闪蒸槽，压力0．2MPa，在此大部分溶解的CO2气体被解吸出来，CO2纯度≥99%、温度－3℃，此气体即CO2气，经CO2气液分离器分离掉水及夹带的NHD液后送往尿素车间。低压闪蒸槽底部出来的富液进入气提塔，溶液与气提氮气在填料层内逆流接触，此时溶液中溶解的剩余CO2被气提出来，排入大气。从气提塔底出来的贫液（－5．5℃），经脱碳贫液泵提压后进入脱碳塔上部循环吸收。流程图详见图1。

2 分析

由上述流程可知，送尿素工段的CO2气体是从低压闪蒸槽解析出来的，要求纯度≥99%，其中含有少量的H2S和高压闪蒸槽未完全解析出的H2，只有做到更加彻底地消除H2和H2S，才能有效提高CO2纯度。而H2S只能在脱硫工段进行控制，所以目前的主要任务就是减少H2含量，因为H2是尿素生产中的不安全因素。多年的生产经验证明，有2种有效的调整方法可以减少其H2含量。

2．1 调节脱碳循环量

在不影响脱碳指标的前提下，适当减少脱碳循环量可以有效地控制H2含量，因为循环量越小，溶液在高闪槽中停留的时间就会越长，闪蒸的效果就会越好。减少循环量的制约因素就是脱碳指标，其调节方法主要有:

（1）严格控制脱碳溶液的水含量:脱碳溶液水含量一般控制在2%～5%，若水含量较高，可开启脱水装置并加大气提氮气量，将其降至低限，只有降低水含量，脱碳塔出口指标得到改善，脱碳循环量才能得到有效的降低。

（2）控制脱碳溶液的温度:脱碳溶液的温度要求在－5℃左右，其冷源主要是氨冷器，用液氨进行冷却，加大冷冻液氨的量，适当降低脱硫气的温度都是控制脱碳溶液温度的有效方法。

（3）适当提高脱碳塔的压力，并保持压力的稳定有利于脱碳的指标的降低。

2．2 调节高压闪蒸槽压力

由亨利定律可知:PA＝KX*XA，气体在液相中的溶解度和该气体的平衡分压成正比，所以适当降低高闪槽压力，即降低了气相中H2的分压，有利于H2的解析与释放。我厂高闪槽压力基本控制在0．65MPa左右，但高闪槽的压力要靠脱碳闪压机来控制，降得越低，功耗就越大，若CO2纯度比较低，严重影响到尿素的安全运行时，可适当开高闪槽现场放空来降低其压力以保证CO2纯度，此方法势必造成浪费，谨慎使用。