脫碳系統(tǒng)阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青島科技大學(xué)山東青島277527)

脫碳系統(tǒng)阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青島科技大學(xué)山東青島277527)

0 前言

兗礦魯南化肥廠年產(chǎn)240kt合成氨裝置采用德士古氣化裝置制取水煤氣，其壓力為3.8MPa，凈化裝置采用中變串低變?nèi)儞Q、聚乙二醇二甲醚(NHD)脫硫、脫碳、甲烷化精制的工藝流程。脫硫塔出口氣中φ(H2S)控制在≤5×10－6，脫碳塔出口氣中φ(CO2)控制在≤0.3%，入合成氨系統(tǒng)氣體中φ(CO+CO2)控制在≤10×10－6，配入中壓氮?dú)?，達(dá)到工藝指標(biāo)要求后送往合成氨系統(tǒng)。

脫碳系統(tǒng)采用NHD物理吸收法，利用NHD溶液在－10℃左右時(shí)對(duì)CO2的選擇性吸收，使脫硫氣中φ(CO2)由35.7%降到0.3%以下，滿足甲烷化前對(duì)CO2含量的要求。吸收CO2的NHD溶液經(jīng)高壓閃蒸、低壓閃蒸和氮?dú)馄岷?，CO2被全部解吸出來，循環(huán)使用;低壓閃蒸氣中φ(CO2)≥98.5%，可滿足尿素生產(chǎn)的需要。

1 改進(jìn)前脫碳系統(tǒng)工藝流程

改進(jìn)前脫碳系統(tǒng)工藝流程見圖1。來自脫硫系統(tǒng)的脫硫氣分2路并聯(lián)進(jìn)入氣體換熱器A和氣體換熱器B管程，與殼程氣體換熱后，溫度降至2℃左右進(jìn)入脫碳塔，氣體自下而上與從塔頂來的NHD溶液逆流接觸，氣體中的CO2被溶液吸收。從塔頂出來的凈化氣中φ(CO2)＜0.3%，經(jīng)進(jìn)塔氣分離器除去少量霧沫夾帶的NHD后，凈化氣進(jìn)入氣體換熱器A殼程，溫度升至25℃左右，凈化氣去甲烷化系統(tǒng)。脫碳系統(tǒng)低壓閃蒸氣中φ(CO2)≥98.5%，進(jìn)入氣體換熱器B殼程與管程脫硫氣換熱升溫后送尿素裝置。

圖1 改進(jìn)前脫碳系統(tǒng)工藝流程

2 脫碳系統(tǒng)阻力增加原因分析及危害

2.1 原因分析

(1)流程設(shè)置不合理。脫硫系統(tǒng)自開車以來，脫硫氣流量達(dá)到100000m3/h時(shí)，脫碳系統(tǒng)阻力高達(dá)0.2MPa。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析，脫碳系統(tǒng)阻力主要集中在氣體換熱器。利用檢修機(jī)會(huì)將2臺(tái)氣體換熱器封頭拆下發(fā)現(xiàn)列管及管箱內(nèi)大面積結(jié)冰。由于脫碳系統(tǒng)操作溫度較低，脫硫氣為上進(jìn)上出，容易使脫硫氣中所帶的水無法及時(shí)排出，導(dǎo)致在列管內(nèi)的積水、結(jié)冰。

(2)氣量分配不均。由于氣體換熱器A為脫硫氣與脫碳?xì)鈸Q熱、氣體換熱器B為脫硫氣與CO2氣進(jìn)行換熱，脫硫氣溫度為30℃左右，脫碳?xì)饧癈O2氣溫度均在－14℃左右。由于氣量及氣體成分差異，脫硫氣通過2臺(tái)氣體換熱器進(jìn)口閥進(jìn)行換熱氣量控制。由于此前沒有操作經(jīng)驗(yàn)，脫硫氣進(jìn)口閥未能調(diào)節(jié)均衡，造成其中1臺(tái)氣體換熱器溫度低于0℃，導(dǎo)致列管內(nèi)水逐漸結(jié)冰，直至列管堵死，阻力增大。

(3)操作原因。系統(tǒng)在大減量低氣量運(yùn)行中，負(fù)荷降低但氨冷凍制冷效果較好，NHD貧液溫度過低(－17℃)，長(zhǎng)期運(yùn)行后，造成氣體換熱器A和氣體換熱器B出口脫硫氣溫度都低于0℃，造成氣體換熱器管程結(jié)冰，阻力增加。

2.2 危害

(1)換熱管堵塞造成阻力增大，氣體換熱器換熱面積縮小，影響產(chǎn)能。

(2)由于換熱器列管堵塞，經(jīng)氣體換熱器換熱后的脫硫氣溫度較高，導(dǎo)致進(jìn)塔氣分離器分離出的水較少，而直接帶入脫碳系統(tǒng)，進(jìn)而造成脫碳系統(tǒng)水含量高，溶液水平衡失調(diào)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)加量及脫碳指標(biāo)。

(3)脫碳系統(tǒng)水含量應(yīng)嚴(yán)格控制在3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右。由于溶液水平衡失調(diào)，脫碳系統(tǒng)水含量明顯增高。脫碳系統(tǒng)多為碳鋼設(shè)備，脫碳塔填料為碳鋼扁環(huán)。氣體中含有硫化物，在過多水的作用下，碳鋼設(shè)備、管線及填料腐蝕嚴(yán)重，影響設(shè)備使用壽命，威脅安全生產(chǎn)。腐蝕的鐵銹積存在塔填料層、管線、閥門內(nèi)，造成全系統(tǒng)阻力增加;另外，鐵銹積存在溶液中，溶液過濾器沖洗次數(shù)相對(duì)增加，造成溶液損失，消耗增加。

3 解決措施

(1)改變氣體流程，預(yù)防列管內(nèi)積水。將氣體換熱器出口封頭旋轉(zhuǎn)180°，使脫硫氣出口由原來的上進(jìn)上出改為上進(jìn)下出。流程改變后，將氣體換熱器管程進(jìn)口端適當(dāng)抬高，防止列管內(nèi)積水、結(jié)冰。

改進(jìn)后脫碳系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 改進(jìn)后脫碳系統(tǒng)工藝流程

(2)制定操作方案，規(guī)范操作。氣量正常時(shí)，汽提塔塔底貧液溫度控制在－12～－14℃，氣體換熱器A入口脫硫氣閥全開，用氣體換熱器B入口脫硫氣閥調(diào)節(jié)，使氣體換熱器A和氣體換熱器B出口脫硫氣溫度均在0℃以上，且溫差＜2.5℃，定時(shí)排放脫碳塔前進(jìn)塔氣分離器內(nèi)積水，提高脫碳汽提氮?dú)饬髁?，保證脫碳溶液水含量穩(wěn)定。系統(tǒng)大幅減量時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)氣氨壓力，及時(shí)調(diào)節(jié)氣體換熱器A和氣體換熱器B入口脫硫氣閥，適當(dāng)提高NHD貧液溫度。

(3)系統(tǒng)不停車，利用系統(tǒng)大幅減量時(shí)對(duì)氣體換熱器進(jìn)行在線疏通。系統(tǒng)大幅減量后，對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，記錄氣體換熱器脫硫氣進(jìn)出口壓差。用現(xiàn)場(chǎng)氣氨閥逐漸提高氣氨壓力和脫碳系統(tǒng)溫度，提溫過程應(yīng)緩慢，必須保證脫碳指標(biāo)合格，即送往尿素裝置的CO2氣體純度應(yīng)合格;當(dāng)脫碳?xì)鉁囟忍岣咧?℃以上，即具備疏通效果，此時(shí)如果各項(xiàng)指標(biāo)均正常，則可進(jìn)一步提高氣氨壓力，直至氣氨閥關(guān)閉，可加快疏通進(jìn)程。氣體換熱器前后壓差明顯降低，說明疏通成功，當(dāng)壓差降到一定程度不再下降時(shí)，說明疏通完畢，系統(tǒng)可恢復(fù)至正常生產(chǎn)負(fù)荷。

4 效益分析

全部利用現(xiàn)有材料，施工費(fèi)6000元。改造后，系統(tǒng)阻力由原0.23MPa降低至0.11MPa，系統(tǒng)可多加量6000m3/h，約增產(chǎn)合成氨3.3t/h;按噸氨效益100元、滿負(fù)荷生產(chǎn)合成氨150d計(jì)，年效益為118萬元左右。脫碳溶液水含量高，設(shè)備、填料腐蝕造成溶液污染，則沖洗過濾器次數(shù)增多，產(chǎn)生的廢水量也增加。改造后，有利于減少廢水排放量，降低其處理費(fèi)用，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2013-11-05)