中鹽昆山全廠(chǎng)二氧化碳平衡和利用

包友興，劉 嬌

(中鹽昆山有限公司，江蘇 昆山 215300)

1 工藝介紹

中鹽昆山有限公司遷建年產(chǎn)60萬(wàn)t純堿項(xiàng)目在2016年4月16日開(kāi)車(chē)投入正常生產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)有4年多時(shí)間了。合成氨實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到30萬(wàn)t/a，聯(lián)堿實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到80萬(wàn)t/a，液體二氧化碳設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力20萬(wàn)t/a。

合成氨工藝：華東理工大學(xué)四噴嘴水煤漿6.5 MPa氣化技術(shù)，耐硫變換，低溫甲醇洗，液氮洗，14 MPa氨合成，硫制酸WSA工藝。

聯(lián)堿工藝：大型外冷碳化塔制堿，81 m2帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾重堿，840 m3冷、鹽結(jié)晶器，φ3000輕灰爐、φ2800重灰爐，輕灰、重灰粉體流涼堿工藝等。

工廠(chǎng)還負(fù)責(zé)對(duì)昆山市開(kāi)發(fā)區(qū)供應(yīng)熱能蒸汽。

本文所述的全廠(chǎng)二氧化碳平衡和利用，不包括鍋爐燃料煤燃燒所產(chǎn)生的煙氣中的二氧化碳。文章討論內(nèi)容是化工原料煤所產(chǎn)生的CO2的平衡和利用。

2 合成氨低溫甲醇洗工藝脫除二氧化碳與回收

合成氨低溫甲醇洗工藝為大連理工大學(xué)大連佳純氣體凈化技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司“低溫甲醇洗、液氮洗工藝包”。其中低溫甲醇洗采用半貧液流程，目的是進(jìn)一步降低甲醇消耗和能耗，提高2#解吸塔CO2解吸氣回收率。

低溫甲醇洗工序生產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)2018年10月至2019年12月份，合成氨平均產(chǎn)量為 914.27 t/d，2#解吸塔回收CO2量平均為29 862 Nm3/h。工藝包設(shè)計(jì)要求是合成氨生產(chǎn)能力達(dá)到900 t/d時(shí)，2#解吸塔CO2回收保證值34 794 Nm3/h,實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果是，實(shí)際CO2回收量比工藝包設(shè)計(jì)值減少4 932 Nm3/h。

表1 低溫甲醇洗工序主要設(shè)備

表2 低溫甲醇洗工序2018年10月～2019年12月生產(chǎn)CO2統(tǒng)計(jì)

解吸塔CO2回收率工藝包為60%，實(shí)際解吸塔CO2回收率為50.0%，2#解吸塔CO2回收率偏差10%左右。

尾氣水洗塔后排放氣CO2濃度工藝包為76.37%，實(shí)際尾氣水洗塔后放空氣CO2濃度為82.9%，增加6.5% 。

3 液體二氧化碳生產(chǎn)

設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為食品級(jí)液體二氧化碳 20萬(wàn)t/a。

為降低液體二氧化碳生產(chǎn)原料氣CO2壓縮過(guò)程的電耗，我們盡可能提高進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)口的CO2濃度和壓力。

原料氣CO2供應(yīng)由低溫甲醇洗工序的2#解吸塔解吸的CO2氣和3#塔H2S濃縮塔頂部出口氣兩部分組成。因這兩部分CO2原料氣壓力不同，進(jìn)入CO2壓縮機(jī)前，設(shè)置一個(gè)集合槽(緩沖罐)，把3#H2S濃縮塔頂部出口氣0.03 MPa(G)通過(guò)液體二氧化碳生產(chǎn)裝置內(nèi)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，增壓到2#解吸塔解吸CO2壓力0.14 MPa(G),再進(jìn)入集合槽。集合槽出口CO2進(jìn)入CO2壓縮機(jī)壓縮到2.5 MPa(G)，壓縮后CO2氣經(jīng)冷卻、凈化產(chǎn)出食品級(jí)液體CO2。

圖1 液體二氧化碳生產(chǎn)原料氣CO2流程示意圖

液體CO2生產(chǎn)中制造成本的物耗成本主要是電耗。2016年4月20日國(guó)務(wù)院取消化肥生產(chǎn)優(yōu)惠電價(jià)，采用地方大工業(yè)電價(jià)，近年來(lái)全廠(chǎng)網(wǎng)購(gòu)電價(jià)基本穩(wěn)定，液體CO2生產(chǎn)電耗成本占物耗成本約為68%，所以，液體CO2生產(chǎn)要抓節(jié)電工作。

2018年液體CO2電耗為131.01 kW·h/t，2019年電耗為130.49 kW·h/t；2020年電耗為130.24 kW·h/t。與液體CO2生產(chǎn)其他的工藝流程相比較，2018年至2020年的三年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，節(jié)電量約為50 kW·h/t,節(jié)電27%左右，節(jié)能效果明顯。

表3 2019年～2020年液體CO2單位產(chǎn)品平均物耗表

4 全廠(chǎng)二氧化碳使用情況(二氧化碳支出)

表4 2018年10月～2019年12月共15個(gè)月全廠(chǎng)回收使用CO2統(tǒng)計(jì)

說(shuō)明：1.2018年10月～2019年12月共15個(gè)月聯(lián)堿產(chǎn)量969 456 t；液體CO2產(chǎn)量138 199 t。(2019年春節(jié)液體二氧化碳生產(chǎn)停產(chǎn)放假14天，減少產(chǎn)量約3 500 t)

2.合成氨低溫甲醇洗工序3#塔H2S濃縮塔出口尾氣放空閥沒(méi)有全關(guān)閉，以平衡塔內(nèi)壓力。所以3#塔H2S濃縮塔出口尾氣CO2只有部分抽送液體二氧化碳生產(chǎn)裝置，供液體CO2生產(chǎn)使用。

3.全廠(chǎng)二氧化碳回收利用率56.45%，其中：聯(lián)堿使用42.49%，液體二氧化碳使用13.95%。

全廠(chǎng)CO2使用中存在問(wèn)題是，生產(chǎn)液體CO2產(chǎn)品的原料氣CO2(含量V%：99%)不夠，主要原因：一是原設(shè)計(jì)聯(lián)堿60萬(wàn)t/a，2018年8月和2020年1月，聯(lián)堿新增9#、10#碳化塔投產(chǎn)，共有10座碳化塔可輪換作業(yè)，2018年10月至2019年3月共6個(gè)月聯(lián)堿產(chǎn)量403 788 t，實(shí)際達(dá)到年產(chǎn)能力80萬(wàn)t, 增加CO2用量6 250 Nm3/h；二是低溫甲醇洗工藝包2#解吸塔CO2回收率原設(shè)計(jì)為60%，2018年10月至2019年12月，共15個(gè)月生產(chǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果，實(shí)際回收率為50%，工藝包CO2回收量與實(shí)際回收量?jī)烧呦嗖顬? 932 Nm3/h左右。上述兩項(xiàng)影響CO2共計(jì)11 000 Nm3/h左右。

聯(lián)堿增產(chǎn)增加的CO2用量，擬采用低溫甲醇洗6#尾氣水洗塔出口CO2，濃度為83%，與2#解吸塔解吸氣CO299% 摻合，完全適用于聯(lián)堿生產(chǎn)，工藝示意圖如圖2。

圖2 技改工藝示意圖

5 技改后，全廠(chǎng)CO2使用情況

原則：我們要合理利用更多的低溫甲醇洗工序后產(chǎn)生的各種成分CO2氣。CO2被壓縮的壓力越高，壓縮功越大，應(yīng)盡可能選高濃度成分CO2氣。液體CO2生產(chǎn)時(shí)，CO2要求壓縮到2.5 MPa(g),進(jìn)行液化、凈化，所以盡可能使用CO299%的氣源。

1)聯(lián)堿合成氣CO2(聯(lián)堿行業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“合成氣”)可摻用合成氨低溫甲醇洗工序尾氣水洗塔出口氣生產(chǎn)。

聯(lián)堿原設(shè)計(jì)能力為純堿60萬(wàn)t/a，原設(shè)計(jì)富裕度能力10%，近年又增加9#、10#碳化塔后，聯(lián)堿生產(chǎn)能力已接近80萬(wàn)t/a，增加20萬(wàn)t/a能力，要消耗CO2量：250 Nm3/t堿×20萬(wàn)t/8 000 h=6 250 Nm3/h。

為此，我們要采取具體辦法解決增量CO2用量，并在合成氨低溫甲醇洗工序條件不變化的情況下予以平衡。

表5 2018年10月～2019年12月共15個(gè)月低溫甲醇洗工序6#尾氣水洗塔出口氣

我們采取合成氨低溫甲醇洗工序6#尾氣水洗塔出口氣約6 000 Nm3/h左右，摻合到聯(lián)堿合成氣CO2中，送聯(lián)堿生產(chǎn)純堿。

表6 聯(lián)堿合成氣摻合低溫甲醇洗工序尾氣水洗塔出口氣組成

2)低溫甲醇洗工序6#尾氣水洗塔出口水洗氣后增裝羅茨鼓風(fēng)機(jī)，2020年5月增裝羅茨鼓風(fēng)機(jī)投入使用，正常運(yùn)行為水洗氣量2 500～5 000 Nm3/h。全廠(chǎng)CO2實(shí)際使用情況較好：滿(mǎn)足液體二氧化碳生產(chǎn)對(duì)原料氣CO2要求；聯(lián)堿生產(chǎn)正常，聯(lián)堿合成氣CO2摻合低溫甲醇洗工序6#尾氣水洗塔出口水洗氣后，聯(lián)堿合成氣CO2濃度約94%左右，聯(lián)堿蒸汽煅燒爐爐氣CO2濃度90%～95%,聯(lián)堿合成氣與煅燒爐氣同時(shí)供給碳化制堿，制堿氣CO2濃度約93%左右，適用于碳化塔制堿作業(yè)。

目前，全廠(chǎng)化工原料煤所產(chǎn)生的CO2的回收利用率約為55%左右。我們進(jìn)一步加強(qiáng)全廠(chǎng)二氧化碳平衡工作，加大回收CO2量，減少CO2排放，在節(jié)能減排上做出努力。