脫碳系統阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青島科技大學山東青島277527)

脫碳系統阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青島科技大學山東青島277527)

0 前言

兗礦魯南化肥廠年產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全變換、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%，入合成氨系統氣體中φ(CO+CO2)控制在≤10×10－6，配入中壓氮氣，達到工藝指標要求后送往合成氨系統。

脫碳系統采用NHD物理吸收法，利用NHD溶液在－10℃左右時對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CO2含量的要求。吸收CO2的NHD溶液經高壓閃蒸、低壓閃蒸和氮氣汽提后，CO2被全部解吸出來，循環使用;低壓閃蒸氣中φ(CO2)≥98.5%，可滿足尿素生產的需要。

1 改進前脫碳系統工藝流程

改進前脫碳系統工藝流程見圖1。來自脫硫系統的脫硫氣分2路并聯進入氣體換熱器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%，經進塔氣分離器除去少量霧沫夾帶的NHD后，凈化氣進入氣體換熱器A殼程，溫度升至25℃左右，凈化氣去甲烷化系統。脫碳系統低壓閃蒸氣中φ(CO2)≥98.5%，進入氣體換熱器B殼程與管程脫硫氣換熱升溫后送尿素裝置。

圖1 改進前脫碳系統工藝流程

2 脫碳系統阻力增加原因分析及危害

2.1 原因分析

(1)流程設置不合理。脫硫系統自開車以來，脫硫氣流量達到100000m3/h時，脫碳系統阻力高達0.2MPa。經現場測量分析，脫碳系統阻力主要集中在氣體換熱器。利用檢修機會將2臺氣體換熱器封頭拆下發現列管及管箱內大面積結冰。由于脫碳系統操作溫度較低，脫硫氣為上進上出，容易使脫硫氣中所帶的水無法及時排出，導致在列管內的積水、結冰。

(2)氣量分配不均。由于氣體換熱器A為脫硫氣與脫碳氣換熱、氣體換熱器B為脫硫氣與CO2氣進行換熱，脫硫氣溫度為30℃左右，脫碳氣及CO2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臺氣體換熱器進口閥進行換熱氣量控制。由于此前沒有操作經驗，脫硫氣進口閥未能調節均衡，造成其中1臺氣體換熱器溫度低于0℃，導致列管內水逐漸結冰，直至列管堵死，阻力增大。

(3)操作原因。系統在大減量低氣量運行中，負荷降低但氨冷凍制冷效果較好，NHD貧液溫度過低(－17℃)，長期運行后，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，影響產能。

(2)由于換熱器列管堵塞，經氣體換熱器換熱后的脫硫氣溫度較高，導致進塔氣分離器分離出的水較少，而直接帶入脫碳系統，進而造成脫碳系統水含量高，溶液水平衡失調，嚴重影響系統加量及脫碳指標。

(3)脫碳系統水含量應嚴格控制在3%(質量分數)左右。由于溶液水平衡失調，脫碳系統水含量明顯增高。脫碳系統多為碳鋼設備，脫碳塔填料為碳鋼扁環。氣體中含有硫化物，在過多水的作用下，碳鋼設備、管線及填料腐蝕嚴重，影響設備使用壽命，威脅安全生產。腐蝕的鐵銹積存在塔填料層、管線、閥門內，造成全系統阻力增加;另外，鐵銹積存在溶液中，溶液過濾器沖洗次數相對增加，造成溶液損失，消耗增加。

3 解決措施

(1)改變氣體流程，預防列管內積水。將氣體換熱器出口封頭旋轉180°，使脫硫氣出口由原來的上進上出改為上進下出。流程改變后，將氣體換熱器管程進口端適當抬高，防止列管內積水、結冰。

改進后脫碳系統工藝流程見圖2。

圖2 改進后脫碳系統工藝流程

(2)制定操作方案，規范操作。氣量正常時，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入口脫硫氣閥調節，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℃，定時排放脫碳塔前進塔氣分離器內積水，提高脫碳汽提氮氣流量，保證脫碳溶液水含量穩定。系統大幅減量時，及時調節氣氨壓力，及時調節氣體換熱器A和氣體換熱器B入口脫硫氣閥，適當提高NHD貧液溫度。

(3)系統不停車，利用系統大幅減量時對氣體換熱器進行在線疏通。系統大幅減量后，對全系統進行相應調整，記錄氣體換熱器脫硫氣進出口壓差。用現場氣氨閥逐漸提高氣氨壓力和脫碳系統溫度，提溫過程應緩慢，必須保證脫碳指標合格，即送往尿素裝置的CO2氣體純度應合格;當脫碳氣溫度提高至0℃以上，即具備疏通效果，此時如果各項指標均正常，則可進一步提高氣氨壓力，直至氣氨閥關閉，可加快疏通進程。氣體換熱器前后壓差明顯降低，說明疏通成功，當壓差降到一定程度不再下降時，說明疏通完畢，系統可恢復至正常生產負荷。

4 效益分析

全部利用現有材料，施工費6000元。改造后，系統阻力由原0.23MPa降低至0.11MPa，系統可多加量6000m3/h，約增產合成氨3.3t/h;按噸氨效益100元、滿負荷生產合成氨150d計，年效益為118萬元左右。脫碳溶液水含量高，設備、填料腐蝕造成溶液污染，則沖洗過濾器次數增多，產生的廢水量也增加。改造后，有利于減少廢水排放量，降低其處理費用，減輕操作人員的勞動強度。

2013-11-05)