尿素低純度放空氣的回用利用總結(jié)

金興玲　劉濤

摘 要：從尿素低純度放空氣回收利用實施背景出發(fā)，對尿素低純度放空氣回收利用實施的目標(biāo)及采用的工藝進(jìn)行了簡要分析，同時對尿素低純度放空氣回收利用后的運行情況及效果進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：尿素；放空氣；回收利用；

中圖分類號： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-164-2

0 引言

河南能源集團(tuán)安化公司擁有40余年的合成氨尿素生產(chǎn)歷史，企業(yè)經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，目前已形成了由傳統(tǒng)合成氨尿素產(chǎn)業(yè)逐步向多元化尿素、精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的過渡，公司的主導(dǎo)產(chǎn)品包含了合成氨尿素、甲醇、甲胺、DMF、乙二醇、聚酯等多種產(chǎn)品，公司規(guī)模及產(chǎn)品種類雖在逐步擴大，但傳統(tǒng)合成氨尿素產(chǎn)品在公司主營業(yè)務(wù)中仍占較大份額，短期內(nèi)扔支撐著公司的發(fā)展。近幾年，企業(yè)圍繞合成氨尿素裝置節(jié)能減排降耗，實施了一系列技術(shù)升級改造。但尿素合成過程中產(chǎn)生的低純度放空氣的處理一直是困擾企業(yè)節(jié)能環(huán)保的瓶頸問題，在當(dāng)前國家環(huán)保形勢越來越嚴(yán)格的大背景下，同時也為徹底回收尿素合成低純度放空氣，安化公司實施了尿素低純度放空氣的回用利用技術(shù)改造，將尿素低純度放空氣回收后用于生產(chǎn)液體二氧化碳，達(dá)到了節(jié)能減排創(chuàng)效的目的。

1 實施背景

近些年，大氣污染越來越嚴(yán)重，為治理大氣污染，國家制定出臺了一系列減排措施，對環(huán)境的治理已經(jīng)提到了社會發(fā)展的頭等地位，同時國家已經(jīng)開展了7個省市碳排放交易試點工作，不僅全部上線交易，而且將建立一個穩(wěn)定的碳價波動市場，同時發(fā)布了《碳排放權(quán)交易管理辦法》，為2017年全國范圍的碳交易市場啟動建立了基礎(chǔ)。目前由發(fā)改委采取評審認(rèn)定的具有第三方資格的碳計量中介單位已經(jīng)達(dá)到幾十家，各級政府的節(jié)能減排計劃也將因此逐步加強，而企業(yè)是通過技術(shù)和項目完成各級政府節(jié)能減排計劃的實施方，孕育著廣闊的市場潛力。企業(yè)必須將節(jié)能減排納入工作的重中之重。減少CO2氣體對外排放是當(dāng)前各企業(yè)一直努力的方向。

安化公司第二套合成氨尿素車間PSA一級逆放氣有5000m3/h純度90%二氧化碳放空氣，該部分氣體由于壓力有波動，純度達(dá)不到后續(xù)生產(chǎn)指標(biāo)要求，一直處于直接對外排放的狀態(tài)，在污染環(huán)境的同時，嚴(yán)重制約著企業(yè)生產(chǎn)成本的降低，如何減少或避免外排放回收再利用一直是困擾企業(yè)生產(chǎn)的難點。

另外公司內(nèi)部有一套液體二氧化碳生產(chǎn)裝置，以公司氨合成過程中副產(chǎn)的純度大于98.0%的二氧化碳?xì)怏w為原料，經(jīng)過壓縮機三級壓縮，再經(jīng)吸附系統(tǒng)脫除高沸點雜質(zhì)、微量硫化物及水分，經(jīng)冷凝系統(tǒng)冷卻液化、提純系統(tǒng)除去不凝性氣體，生產(chǎn)出純度大于99.8%的工業(yè)級液體二氧化碳及焊接用液體二氧化碳（純度≥99.9%）供充裝槽車、鋼瓶使用。該套二氧化碳裝置由于受合成氨生產(chǎn)負(fù)荷影響，原料氣純度大于98.0%的二氧化碳?xì)怏w一直無法滿足系統(tǒng)生產(chǎn)需要，無法滿負(fù)荷生產(chǎn)。

為徹底實現(xiàn)尿素低純度放空氣的減排回收，同時解決液體二氧化碳生產(chǎn)裝置原料氣不足的問題，公司實施了尿素低純度放空氣的回用利用技術(shù)改造，將這一部分氣體作為原料氣用于生產(chǎn)液體二氧化碳，減少廢氣排放，提高公司二氧化碳產(chǎn)量，增加企業(yè)利潤。

2 改造目標(biāo)

通過實施技術(shù)改造，將尿素低純度放空氣引入液體二氧化碳生產(chǎn)裝置，經(jīng)處理后作為原料氣生產(chǎn)出合格的液體二氧化碳。

3 實施方案及措施

3.1 二氧化碳的分離回收技術(shù)簡介

目前混合氣中二氧化碳的分離回收技術(shù)主要包括吸收法、吸附法、膜分離法、膜分離-吸收聯(lián)合法等四種方法，工業(yè)應(yīng)用上，二氧化碳的分離回收方法的選擇與混合氣組分、氣質(zhì)壓力、溫度等因素有關(guān)。

吸收法又分為物理吸收法和化學(xué)吸收法，物理吸收法適用于CO2分壓較高的條件，一般采用水、甲醇、碳酸丙烯酸酯等作為吸收劑，利用CO2在這些溶劑中的溶解度隨壓力而變化的原理來吸收的方法，吸收在低溫、高壓下進(jìn)行，具有吸收能力強，吸收劑用量少，吸收劑再生不需要加熱，能耗低，不腐蝕設(shè)備等優(yōu)點，但CO2的去除程度不高。

化學(xué)吸收法是使原料氣和化學(xué)溶劑在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CO2被吸收至溶劑中成為富液，富液進(jìn)入脫析塔加熱分解出CO2，從而達(dá)到分離回收CO2的目的。吸收塔和解析塔的溫度與壓力的合理控制是化學(xué)吸收法的關(guān)鍵。

吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子篩、活性氧化鋁和硅膠等固態(tài)吸附劑對原料氣中的CO2進(jìn)行有選擇性的可逆吸附CO2的新技術(shù)。在高溫或高壓條件下利用吸附劑吸附CO2，降溫或降壓后將CO2解吸出來，通過周期性的溫度或壓力變化，實現(xiàn)CO2與其它氣體的分離。溫差或壓差是決定吸附法效果的關(guān)鍵，工業(yè)上一般設(shè)計多座吸附塔并聯(lián)使用，以保證整個過程中能連續(xù)的輸入原料氣，連續(xù)地取出CO2氣及未吸附氣體，

膜分離法是利用醋酸纖維、聚酰亞胺、聚砜等特殊聚合材料制成的薄膜，對原料氣中不同氣體在不同壓差下的滲透率不同來分離氣體的。在膜兩邊存在壓差的情況下，滲透率高的氣體組分以很高的速率透過薄膜，形成滲透氣流，滲透率低的氣體則絕大部分在薄膜進(jìn)氣側(cè)形成殘留氣流，兩股氣流分別引出，從而達(dá)到分離的目的。膜分離法要求選用的膜使用壽命要高，同時要對CO2具有高選擇率、高透過率，高分子薄膜材質(zhì)的選擇及制備是決定能否應(yīng)用于CO2回收的關(guān)鍵因素。

膜分離-吸收聯(lián)合法是結(jié)合膜分離法（裝置簡單、投資低）和吸收法（分離程度高、能耗低）這兩種分離方法的優(yōu)點，取長補短，先利用膜分離法粗分離，再利用吸收法精分離，既能達(dá)到有效分離，又可節(jié)省投資費用。

3.2 安化公司尿素低純度二氧化碳回收技術(shù)改造方案

將低純度二氧化碳經(jīng)老區(qū)閑置空壓機壓縮提壓后通過新增管線送至二氧化碳裝置原料氣水分離器入口，管線中間利用公司現(xiàn)有閑置煤氣柜作為二氧化碳緩沖氣柜，通過對二氧化碳裝置提純工序水分離器、脫硫劑、蒸發(fā)冷凝器進(jìn)行合理配置后，生產(chǎn)出合格的液體二氧化碳。

3.3 工藝流程簡介

二氧化碳?xì)怏w（壓力0-10KPa溫度低于40℃）首先進(jìn)入原料氣緩沖罐，混合均勻后進(jìn)入原料氣壓縮機，經(jīng)壓縮機三級壓縮后送至預(yù)處理器。經(jīng)預(yù)處理合格的原料氣進(jìn)入一級脫硫器，再進(jìn)入水解加熱器、水解脫硫器，二級脫硫器，將原料氣中的微量硫化物脫除，再進(jìn)入二級脫硫器。

脫硫工序后的原料氣進(jìn)入干燥系統(tǒng)。首先大部分原料氣（約總氣量80～85%）進(jìn)入干燥器，干燥后的原料氣送往冷凍工段。再生氣則通過預(yù)干燥器、再生氣加熱器進(jìn)入吸附塔，對干燥劑進(jìn)行再生，再生氣通過再生冷卻器、水分離器分離出夾帶水分后，重新進(jìn)入吸附塔進(jìn)行干燥。

干燥后的氣體進(jìn)入冷凍系統(tǒng)，首先與蒸發(fā)氣氨在預(yù)冷器進(jìn)行冷量交換，降低氣體溫度，再進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器進(jìn)行冷凍，將有效組分二氧化碳進(jìn)行液化，液化后的氣液混合物進(jìn)入提純器。

二氧化碳?xì)庖夯旌衔镞M(jìn)入提純器上部，通過上部噴淋器向塔釜進(jìn)行噴灑，二氧化碳經(jīng)過填料實現(xiàn)氣液分離。液體二氧化碳會隨填料流入塔釜，逐步形成液位，通過液位控制自動操作方式控制流量送往貯罐，塔釜用未經(jīng)冷卻的氣氨作為再沸氣源，采用再沸方式進(jìn)行提純，上部排出的閃蒸氣通過壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、上部換熱器、手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)回收冷量后排出界外放空。

來自冷卻冷凝器的氣氨進(jìn)入氨壓縮機壓縮后，經(jīng)臥式冷凝器冷凝后成為液氨送儲氨器儲存，從儲氨器出來的液氨送蒸發(fā)冷凝器制冷。部分未經(jīng)冷卻的氣氨先通過提純器作再沸氣源，冷卻液化后送蒸發(fā)冷凝器，繼續(xù)反復(fù)使用。

3.4 運行情況

2015年1月開始實施改造，10月份改造完成，低純度二氧化碳作為原料氣成功投入系統(tǒng)生產(chǎn)。自投運后，系統(tǒng)生產(chǎn)運行穩(wěn)定，徹底回收了尿素低純度放空氣，滿足了液體二氧化碳裝置四機滿負(fù)荷生產(chǎn)，液體二氧化碳產(chǎn)量由原來的日產(chǎn)70噸提至140噸。

3.5 效益情況

通過技術(shù)改造，成功將第二套尿素PSA一級逆放氣5000m3/h的純度為90%二氧化碳放空氣全部回收，每小時二氧化碳?xì)怏w減排5000m3/h，為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排計劃奠定了基礎(chǔ)，液體二氧化碳產(chǎn)量由原來的3萬噸/年增加至7萬噸/年，環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

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