NHD脫碳高閃氣資源化利用節(jié)能技改效果分析

董亮

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，安徽 合肥 230000）

某公司合成氨裝置采用NHD 脫碳工藝，將變換氣中的CO2脫至含量＜0.2%，送到甲烷化工段。NHD富液再生流程分三步：吸收了CO2的富液從吸收塔底流出，通過減壓至高閃槽，高閃的壓力為0.5 MPa 左右，高閃氣中含有CO2、N2、CH4和H2等氣體，送回壓縮機(jī)進(jìn)口。從高閃槽底部出來的富液進(jìn)入低閃槽，在30～90 kPa的壓力下繼續(xù)閃蒸，閃蒸出低閃氣含有CO2≥98.5%，將其送往尿素、純堿裝置作為原料。從低閃槽出來的富液，加壓送往氣提塔，與鼓風(fēng)機(jī)來的空氣充分接觸，氣提出殘存的CO2回系統(tǒng)循環(huán)使用，氣提氣放空。該工藝中的高閃氣含CO2約為64%，直接送回壓縮機(jī)，相當(dāng)于這部分CO2氣一直在壓縮機(jī)循環(huán)，既降低了壓縮機(jī)的有效氣進(jìn)氣流量，減少了合成氨的產(chǎn)量，又增加了壓縮機(jī)電耗，電價(jià)按0.65 元/度，液氨效益按800 元/噸（售價(jià)按4 000元/噸，成本按3 200元/噸）計(jì)，年損失約251萬元，因而迫切需要尋找一個(gè)吸收CO2、降低電耗、增加效益的解決途徑。

該公司的三聚氰胺生產(chǎn)裝置為低壓兩步法工藝，又稱干捕再精制工藝。整個(gè)裝置分為粗制、精制兩個(gè)工段。原料尿素以顆粒形式風(fēng)送進(jìn)流化床反應(yīng)器，在稍高于常壓和380℃～390℃溫度下，經(jīng)催化劑作用，生成氣態(tài)三聚氰胺，反應(yīng)器以純氨氣作載氣，反應(yīng)所需熱量由熔鹽系統(tǒng)提供。從流化床頂部出來的氣流進(jìn)入熱氣過濾器，濾去催化劑粉末等固體雜質(zhì)。過濾后的氣體進(jìn)入幾臺(tái)串聯(lián)的干式捕集器，熱氣體與捕集器壁外的空氣進(jìn)行熱交換而被冷卻，析出三聚氰胺粗品，自然沉集于捕集器底部。經(jīng)捕集三聚氰胺后的氣體從最后一個(gè)干捕器進(jìn)入幾個(gè)串聯(lián)的氨水吸收塔，用氨水噴淋吸收尾氣中的CO2。脫出CO2后的氣體主要含NH3，經(jīng)水冷器和干燥器脫出其中的水分后，再經(jīng)載氣壓縮機(jī)壓縮后作流化床載氣。三聚氰胺粗品經(jīng)溶解、過濾及離子交換除去雜質(zhì)，以及重結(jié)晶、離心分離、氣流干燥后得到三聚氰胺成品。按三聚氰胺年產(chǎn)1 萬噸計(jì)，副產(chǎn)洗塔液約為4.5 m3/h，碳酸銨濃度約為650 g/L［1］，作為副產(chǎn)品出售200元/m3。由于1 m3洗塔液含氨230 kg左右，而液氨價(jià)格為4 000元/噸，外賣極不合算。洗塔液儲(chǔ)罐容積約為500 m3，副產(chǎn)一旦出現(xiàn)賣不掉的情況，系統(tǒng)只能減負(fù)荷甚至被迫停車［2］。

公司碳酸氫銨生產(chǎn)裝置原工藝為變換氣脫碳生產(chǎn)碳酸氫銨，變換氣經(jīng)碳化主塔與預(yù)碳化液逆流接觸，生成碳酸氫銨懸浮物，取出至稠厚器，經(jīng)離心機(jī)分離制得合格的碳酸氫銨產(chǎn)品。主塔尾氣（CO2：4%～8%）進(jìn)入固定副塔，與濃氨水逆流接觸，進(jìn)一步吸收主塔尾氣中的CO2，使CO2含量降至1.0%以下，再由綜合塔軟水洗滌尾氣中的NH3和CO2，出口氣體為合格的原料氣，之后送至壓縮工段，但因碳酸氫銨市場(chǎng)價(jià)格低虧損而停車。

綜合考慮高閃氣的成份、壓力，三胺洗塔液的成份，結(jié)合碳酸氫銨的生產(chǎn)工藝條件，同時(shí)綜合考慮全系統(tǒng)氨平衡、水平衡，經(jīng)核算用于生產(chǎn)碳酸氫銨較為經(jīng)濟(jì)合理。公司決定利用現(xiàn)有碳化裝置，用三胺洗塔液脫除NHD 脫碳高閃氣中的CO2，從而提高壓縮機(jī)有效氣進(jìn)氣量，增加合成氨產(chǎn)量，同時(shí)副產(chǎn)碳銨增加效益，解決碳酸氫銨裝置閑置虧損的問題［3］。

1 技術(shù)改造

1.1 物料平衡

為確定各部分工藝條件，做好系統(tǒng)平衡，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行物料平衡計(jì)算如下：

計(jì)算基準(zhǔn)：

（1）1 萬噸/年三胺，副產(chǎn)洗塔液4.5 m3/h，分析（NH4）2CO3濃度為650 g/L。

（2）高閃氣成份及數(shù)量：按半水煤氣量48 000 Nm3/h，高閃氣量1 833.28 Nm3/h（干基），詳見表1。

表1 高閃氣成份及數(shù)量

以1 m3洗塔液按水平衡計(jì)算碳銨產(chǎn)量，物料損失不計(jì)，需補(bǔ)充高閃氣CO2量為435.56 Nm3，再按高閃氣CO2量1 308.05 Nm3/h，倒算出所用洗塔液量為70.55 m3/天，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 高閃氣及洗塔液系統(tǒng)NH3、CO2物料衡算

1.2 改造后工藝流程

流程改造主要將原高閃氣出氣管線和碳酸氫銨尾氣送壓縮機(jī)管線相連通，三胺洗塔液作為母液送碳化塔［4］，改造后流程見圖1。

圖1 改造后流程示意圖

流程改造說明：

（1）高閃氣送碳酸氫銨新增管線：高閃氣區(qū)域增上一道出氣閥1，一道近路閥2。

（2）合成氨廠送凈化開車管線與高閃氣送壓縮機(jī)管線在高閃氣近路閥后連通，并加一連通閥7，閥前加放空閥8。

（3）高閃氣送碳酸氫銨新配管線：碳酸氫銨區(qū)域加一道連通閥3，閥前加放空閥4。

（4）碳酸氫銨出氣送壓縮機(jī)管線，在原系統(tǒng)送壓縮機(jī)三段進(jìn)口閥前加一連通閥5；與合成氨廠送凈化開車管線加一連通閥6，閥前加倒淋。

2 投資及效益

2.1 工程投資

因碳酸氫銨停車較久，部分設(shè)備及管道更換，本次改造增加高閃氣出氣管線和碳酸氫銨尾氣送壓縮機(jī)管線相連通，三胺洗塔液與碳化塔連接管線等，投資見表3。

表3 技改投資匯總表

2.2 效益分析

（1）高閃氣脫除CO2后增加產(chǎn)氨效益（CO2氣量為1 308 Nm3/h，合成氨半水煤氣耗按3 300m3/噸，氨價(jià)按4 000元/噸，成本按3 200元/噸）計(jì)：

1 308/3 300×24＝9.5噸氨/天，折3 139噸氨/年

3 139 噸氨/年×（4 000-3 200）元/噸氨＝2 511 200元/年

（2）生產(chǎn)碳酸氫銨效益（三胺洗塔液外賣價(jià)格200元/m3，碳銨價(jià)格600元/噸，碳銨成本測(cè)算為450元/噸）：

碳銨年產(chǎn)量：146.12噸/天×330天＝4.82萬噸/年

效益：4.82萬噸×（600－450）元/噸＝723萬元

（3）年使用三胺洗塔液70.55 噸/天×330 天＝2.33萬噸

按市場(chǎng)價(jià)折合：2.33萬噸×200元/噸＝466萬元

綜合經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)見表4。

表4 經(jīng)濟(jì)效益表

3 總結(jié)

技術(shù)改造投運(yùn)后，三胺洗塔液全部綜合利用，實(shí)際日產(chǎn)碳銨為146 噸，合成氨產(chǎn)量由日產(chǎn)400 噸提高到409.5 噸，與計(jì)算一致。實(shí)踐證明，將合成氨NHD 脫碳高閃氣進(jìn)行資源化利用，充分發(fā)揮了合成氨、碳酸氫銨和三胺裝置的聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，降低了碳酸氫銨的生產(chǎn)成本，保證了三聚氰胺穩(wěn)定生產(chǎn)，提高了合成氨產(chǎn)量，確保了三胺環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。本次改造有利于企業(yè)降本增效，符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、鼓勵(lì)資源綜合利用技術(shù)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的產(chǎn)業(yè)政策。