全系统CO2分级综合利用

张宝珠 万银霞 张广瑞(河南心连心化肥有限公司 河南新乡453731)

1 概述

河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心公司)“18·30”项目(180 kt/a合成氨和300 kt/a尿素，简称二厂，2006年7月投产)、“24·40”项目(240 kt/a合成氨和400 kt/a尿素，简称三厂，2009年7月投产)采用固定层气化炉、栲胶脱硫、变压吸附脱碳、中压氨合成、水溶液全循环尿素工艺，称为老系统。2013年11月，新投产的原料结构调整项目(450 kt/a合成氨和800 kt/a尿素，简称四厂)采用四喷嘴水煤浆6.50 MPa(表压)气化、耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗、低压氨合成、CO2汽提尿素工艺。气体公司一期为50 kt/a食品级液体CO2，气体公司二期为100 kt/a食品级液体CO2。

四厂低温甲醇洗装置CO2解析塔(T02塔)产品气流量14 000 m3/h(标态)，其中CO2气体供老系统使用，压力为0.14 MPa(表压)；H2S浓缩塔(T03塔)产出的气体流量9 000 m3/h(标态)，其中的CO2气体被放空，压力为0.07 MPa(表压)。CO2解析塔和H2S浓缩塔产出的气体组分如表1所示。

表1 CO2解析塔和H2S浓缩塔产出的气体组分(体积分数)

%

上述两塔产出气体的回收利用问题经多次调研和论证，针对CO2解析塔产品气，2012年四厂投资新建气体公司二期100 kt/a食品级液体CO2装置。该装置2013年11月开车成功后，心连心公司于2013年12月又对CO2系统进行优化，将T02塔产品气送二、三厂，为氮肥生产提供高质量的CO2气，二、三厂的CO2气体置换出来，供气体公司二期液体CO2装置；增设回收T03塔CO2气体管线，向二、三厂提供氮肥生产所需CO2气；并改造液体CO2装置，以达到增产的目的。

2 工艺流程及说明

四厂低温甲醇洗装置采用大连理工大学工艺包及甲醇洗半贫液工艺流程。工艺包设计初期，考虑到多余的CO2，将T02塔直径由Φ2 800 mm扩至Φ3 000 mm，管线进行相应调整，CO2产出量由48 000 m3/h(标态)增加至62 000 m3/h(标态)，达到多产14 000 m3/h(标态)CO2的目的，为后续技术改造(2012年新建气体公司二期、2013年12月CO2分级综合利用)奠定了基础。全系统CO2分级综合利用工艺流程见图1。

图1 全系统CO2分级综合利用工艺流程

四厂T02塔多余的CO2原设计是通过调节阀直接送至气体公司二期，随着四厂顺利投运，CO2纯度达到甚至超过设计值(CO2体积分数98.5%)，为此，进行了CO2全系统平衡的设计及分级利用，将四厂T02塔多余的CO2先送二、三厂CO2压缩工段供氮肥生产，将二、三分厂多余的CO2置换出来供气体公司二期使用；原先未考虑回收T03塔多余的CO2气体，故新配T03塔至二、三厂串联管线，回收T03塔原放空的高纯度CO2供二厂使用，以提高氮肥产量。

3 CO2分级利用工艺原理及优点

CO2分级利用工艺原理：四厂多余的CO2纯度均在98.8%(体积分数，下同)以上，二、三分厂CO2纯度为98.0%，将高纯度CO2供给二、三分厂使用，以提高氮肥产量；同时，将二、三分厂多余的CO2置换出来供气体公司生产液体CO2。

CO2分级利用工艺的优点：①减少碳排放量23 000 m3/h(标态)，减轻了对环境的污染；②年增产食品级CO2100 kt，经济效益明显。

4 结语

为节约资金和缩短工期，心连心公司技术人员主动承担设计任务，与二、三、四厂和气体公司紧密结合，目前实际每天可创近10万元的经济效益。为了节约成本和确保管线顺利连通，CO2分级综合利用项目组利用“24·40”项目、地埋管工程及原料结构调整项目遗留下来的管道、弯头、法兰等材料，按计划进行管线设计、喷砂除锈、外防腐等工作，并对各种规格的管道进行合理布局，通过项目组成员的共同努力，2013年12月底超预期目标完成任务，共节约安装费用约16万元。

利用低温甲醇洗装置多余的CO2分级综合利用，既提高了氮肥产量，又能制得食品级液体CO2，是一项投资少、见效快、变废为宝、综合效益较好的项目，经济效益可观，社会效益良好。

(收稿日期 2014- 06- 13)