郭祎民

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

1 裝置概述

中海石油天野化工有限責(zé)任公司甲醇裝置，是一套國內(nèi)自主設(shè)計，年產(chǎn)20萬噸生產(chǎn)裝置。本裝置設(shè)計單位是中國五環(huán)科技有限公司，由中化二建公司承建，裝置于2005年11月建成投產(chǎn)。其中CO2回收工段在甲醇生產(chǎn)中起著降低消耗、減少大氣污染的作用。

二氧化碳回收工段采用的是將轉(zhuǎn)化工序中轉(zhuǎn)化爐所產(chǎn)生的煙道氣和合成氨來的氣提氣，經(jīng)過二氧化碳回收裝置的三塔工藝及脫碳溶液、緩蝕劑和抗氧劑的混合溶液回收純度在99%以上的CO2，再經(jīng)CO2壓縮機(jī)入口分離器分離水后，一部分送到甲醇裝置轉(zhuǎn)化工段，增加轉(zhuǎn)化氣中的CO2含量，增加甲醇產(chǎn)量。另一部分供給尿素裝置，增加尿素產(chǎn)量（圖1）。

圖1 二氧化碳回收流程簡圖

2 二氧化碳回收工段能耗現(xiàn)狀

CO2產(chǎn)量的高低，直接影響甲醇或化肥裝置的產(chǎn)能，對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營起著至關(guān)重要的作用。通過梳理影響二氧化碳產(chǎn)量的因素，為下一步采取能耗措施提供理論依據(jù)。

由表1可以看出，二氧化碳回收裝置存在的問題是產(chǎn)能低、消耗高，產(chǎn)生這兩方面問題主要有以下幾方面原因：

1）二氧化碳回收產(chǎn)能減少

化肥裝置進(jìn)行節(jié)能改造后，輸送到二氧化碳回收裝置的氣提氣總量減少，從27 000m3/h 減少到10 000m3/h，原料氣減少導(dǎo)致二氧化碳回收工段CO2產(chǎn)量減少。但改造后，化肥裝置對CO2需求量減少，原供給量為1 300m3/h，現(xiàn)供給量600m3/h。但總碳量仍有500m3/h 缺口。

2）脫碳溶液消耗增加

（1）因二氧化碳回收工段CO2產(chǎn)量減少，為了提高產(chǎn)能，系統(tǒng)采取提高再生塔運行溫度，降低再生塔壓力的措施后，再生塔出口二氧化碳冷卻器CO2出口溫度上漲了10℃，從40℃上漲到50℃，CO2帶液量增加，脫碳溶液消耗增加。

（2）二氧化碳回收系統(tǒng)運行過程存在溶液降解，開胺回收加熱器再生降解溶液時，溶液存在損耗。

3）電量增加

（1）溶液循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)量控制高。為了降低再生塔運行溫度，二氧化碳回收系統(tǒng)溶液循環(huán)量控制高限運行。

（2）吸收塔入口煙氣風(fēng)機(jī)運行負(fù)荷高，用于增加溶液循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷。

4）脫鹽水消耗增加

（1）為了增加CO2產(chǎn)量，再生塔運行溫度控制高，CO2帶液量增加，引起水耗上漲。

（2）溶液循環(huán)系統(tǒng)溫度高，吸收塔頂部帶液量增加，水耗上漲。

表1 影響二氧化碳回收運行能耗指標(biāo)

3 采取的降耗措施

3.1 調(diào)整脫碳液及助劑配方

在原溶液的基礎(chǔ)上，減少容易對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕活性成分含量，降低了溶液的操作濃度，同時對助劑抗氧化劑、緩蝕劑添加了幾種抗腐蝕、抗氧化、抗降解的添加劑。根據(jù)溶液中各配方在不同濃度下的降解速度進(jìn)行反復(fù)實驗，最終確定了最佳溶液濃度配方（溶液暫命名為T-001脫碳劑）見表2，通過對工藝參數(shù)監(jiān)控，新溶液能夠完全滿足生產(chǎn)，而且達(dá)到了預(yù)期效果，溶液降解速度慢，CO2吸收效率高。

表2 TN-001脫碳劑與原溶液對比

3.2 提高降解溶液的恢復(fù)時間

為了加快降解溶液再生的速度，減少溶液消耗，利舊使用了一臺閑置換熱器，與原胺回收加熱器并聯(lián)使用，當(dāng)溶液出現(xiàn)降解，1臺胺回收加熱器不能及時恢復(fù)溶液顏色時，開啟另1臺同時再生溶液，提高了溶液的再生能力。同時，為避免胺回收加熱器內(nèi)部堵塞和結(jié)垢，規(guī)定每年清洗胺回收加熱器一次，保證兩臺胺回收加熱器有良好的再生效果。

3.3 回收CO2氣體攜帶的溶液和脫鹽水

回收提純后的CO2氣體攜帶部分水和溶液，進(jìn)入二氧化碳壓縮機(jī)后，氣體和水、溶液經(jīng)過四級冷凝、分離，CO2送到甲醇轉(zhuǎn)化爐，作為爐前補(bǔ)碳使用，水和溶液送到公用工程拌煤使用，不僅造成鍋爐煤耗上漲，還造成溶液和水的浪費。通過改造，將入二氧化碳壓縮機(jī)的分離器液送到機(jī)械過濾器過濾，去除雜質(zhì)后，再回收到二氧化碳回收系統(tǒng)使用，實現(xiàn)節(jié)能、減排、降耗的目的。

3.4 使用蒸汽冷凝液替代脫鹽水

甲醇裝置所有的蒸汽冷凝液經(jīng)冷卻器降溫后，回收到二氧化碳回收冷凝液槽，通過技改，將二氧化碳回收冷凝液配管到脫鹽水管線上，用冷凝液替代脫鹽水補(bǔ)液，冷凝液進(jìn)行了二次使用，降低了脫鹽水消耗。

3.5 回收化肥裝置酸性氣

因化肥裝置酸性氣過剩，多余的酸性氣直接排入大氣，排放掉對環(huán)境存在污染，而且也是一種能源浪費（表3）。

表3 酸性氣組分

（1）酸性氣的脫硫

酸性氣主要成分為CO2，其他成分有CO、H2、CH4、N2、硫化物等（見表3）。為避免對尿素裝置的管線和設(shè)備存在腐蝕，酸性氣需要脫硫處理，甲醇裝置閑置兩臺活性炭精脫硫槽可以使用。

（2）確定中壓放空氣爆炸極限

因酸性氣中含有一定量的CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w，這些氣體在整個工藝過程中，隨未反應(yīng)的氨、鈍化空氣經(jīng)中壓惰氣洗滌塔處理后排放，經(jīng)尿素中壓惰氣洗滌后的混合氣體存在爆燃的風(fēng)險。需計算混合氣體的爆炸極限（表4、表5）。

表4 三種氣體組分

根據(jù)原料氣中的氮氣量等于中壓放空氣中氮氣量，計算中壓放空總量為：27 000×1.26÷44.27=768nm3/h

表5 中壓放空混合氣組分

混合氣體中可燃?xì)夥至浚篐2含量45.3%；CO 含量41.8%；CH4含量10%；NH3含量2.9%。

在空氣中的爆炸極限：

在氧氣中的爆炸極限：

氧的最小含量：

去除氨后，可燃?xì)饨M分：H2含量46.6%、CO 含量43%、CH4含量10.3%。

可燃?xì)庾钚『浚?/p>

去除氨后，可燃?xì)饨M分：H2含量46.6%、CO 含量43%、CH4含量10.3%。

混合氣體坐標(biāo)為A0（可燃?xì)?6.8%，惰氣：44.3%，氧氣8.9%）

圖2 三成分系混合氣體爆炸極限圖

通過計算中壓放空混合氣的爆炸極限，投用酸性氣不存在爆炸風(fēng)險。

（3）酸性氣改造方案

酸性氣改造流程見圖3。

圖3 酸性氣改造流程

管徑計算。

已知條件：管長L=20m；壓力p1=0.2MPa；壓力p2=0.05MPa；Q=700m3/h；酸性氣密度ρ=1.35g/L，計算管道直徑D。

管道的比阻s=0.001 736÷D5.3

管道兩端的作用位差ΔH=Δp/（ρg）=150 000÷1.96÷9.81=7 801.29

流量Q=（ΔH/sL）（1/2），帶入數(shù)值：

為了避免酸性氣量有增加，選用DN80管線配管。

（4）實施效果

經(jīng)過改造，酸性氣中硫含量可控制到＜0.10×10-6，完全滿足化肥裝置使用要求。

改造前，尿素裝置用碳主要通過回收轉(zhuǎn)化爐尾氣，經(jīng)二氧化碳回收裝置脫碳溶液來提純CO2實現(xiàn)的。

改造后，尿素裝置每小時使用酸性氣量1 000m3/h，二氧化碳回收產(chǎn)碳量控制在4 800m3/h，就可以滿足甲醇、化肥兩套裝置的用碳需求，二氧化碳回收整體的運行能耗顯著降低。

4 節(jié)能效果

通過改造，二氧化碳回收裝置整體能耗降低，如表6所示。

表6 節(jié)能改造后二氧化碳回收運行能耗指標(biāo)

5 結(jié)束語

二氧化碳回收裝置節(jié)能改造，不僅解決了企業(yè)的環(huán)保問題，也為公司的節(jié)能降耗工作做出了突出貢獻(xiàn)。降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的綜合競爭力。