二氧化碳装置优化改造运行总结

徐 贺

(浙江晋巨化工有限公司,浙江 衢州 324004)

浙江晋巨化工公司(以下简称“晋巨化工”)的二氧化碳装置承担着回收合成氨生产过程中二氧化碳排放气的功能,从合成氨系统的尾气中提取高附加值的液体二氧化碳。二氧化碳设计产能为30 kt/a,经过几年的改造,装置产能达到65 kt/a。

来自合成氨装置含杂质的二氧化碳尾气经过净化工序脱硫、加氧燃烧脱烃、脱水工序去除杂质,经氨冷器转化为液体,再利用提纯精馏塔在塔内实现气液两相多次热量、质量交换,去除轻组分,实现产品精制。此工艺流程存在工业级二氧化碳产品过度加工,产品品质达到99.95%,远高于国家标准,但存在装置能耗高、提纯塔液化氨冷器面积小、液化能力不足、系统阻力高等问题。为克服现有工艺技术中存在的缺陷,降低系统阻力、提高装置生产能力,晋巨化工决定对工业级二氧化碳工艺流程进行技术改造,优化净化工序流程、增加提纯塔液化氨冷器换热面积、改变提纯塔塔釜液化氨冷器位置。改造工作于2022年5月完成并投用,经过6个月的运行发现,改造后的二氧化碳生产装置阻力大幅下降,装置产能得到提升,运行电耗大幅下降,节能效益明显。

1 改造前工艺状况

1.1 工艺流程

65 kt/a二氧化碳生产装置采用废二氧化碳气为原料[1],生产液体二氧化碳。二氧化碳气经压缩机提压至2.86 MPa,在净化工序利用干法脱硫去除有机硫和无机硫,在脱烃催化剂的作用下,加氧燃烧将烃类物质转化为二氧化碳和水,进而去除原料气中的烃类杂质;再经过3A分子筛干燥,脱除气体中的饱和水[2]。

净化后的二氧化碳气体经氨冷液化后进入提纯精馏塔,在塔内实现气液两相传质传热,塔顶脱除轻组分,塔底产品采出。

1.2 存在的问题

(1) 运用VSM价值流分析后,发现原始工业级CO2装置工艺按食品等级要求设计,净化工序包含预脱硫、一级水解、一级脱硫、二级脱硫、二级水解、三级脱硫、脱烃等环节,工业级产品过度净化加工,净化工序能耗高。

(2) 工业级提纯塔以提馏段为主,CO2装置提纯塔塔釜氨冷液化能力不足,提纯塔放空量增加,造成产量损失。

(3) 提纯塔塔釜氨冷器位于一楼,提纯精馏塔入料口位于三楼框架,距离塔釜氨冷器12 m,液体CO2至提纯精馏塔入料口管线阻力大。

2 改造措施

2.1 改造内容

(1) 简化生产流程,消除质量过剩。优化工业级二氧化碳工艺流程,取消净化工序中一级水解、二级水解、三级脱硫及脱烃等环节,消除过度加工,降低系统阻力[3]。

(2) 优化氨冷配置,提升装置收率。将提纯塔塔釜氨冷器进行更新,换热面积由120m2加大到210m2,增加液化能力,提升进料液化率。

(3) 将提纯塔塔釜氨冷器从地面移位至三楼框架,塔釜氨冷器位于提纯塔进料口上方,液化后CO2可直接进入提纯塔,减少提纯塔进料管道阻力。

2.2 技改流程

改造后流程见图1。

3 改造效果

改造前后工艺运行数据对比见表1。

由表1可以看出,工业级装置改造后,产品纯度符合国家标准,阻力下降了0.6 MPa,压缩机可以满负荷运行,工业级装置产能达到8.5万t/a,工业级CO2装置解决了过度加工、产品质量过高问题,生产成本进一步降低。

经实际运行证明,在工业级二氧化碳装置生产负荷达到85 kt/a的状况下,吨二氧化碳电耗由235 kW·h下降至205 kW·h,吨二氧化碳耗电量减少30 kW·h,全年可减少用电量255×104kW·h。

4 结语

通过此次工艺技术改造,工艺流程得到简化,装置生产消耗进一步降低,合成氨装置排放尾气二氧化碳的综合利用率得到有效提高,实现减碳减排、变废为宝,工业级CO2装置产能大幅度提升[5]。该改造符合低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续发展的要求。