煙道氣二氧化碳回收裝置節能改造

郭祎民

（中海石油天野化工有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010070）

1 裝置概述

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

二氧化碳回收工段采用的是將轉化工序中轉化爐所產生的煙道氣和合成氨來的氣提氣，經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CO2壓縮機入口分離器分離水后，一部分送到甲醇裝置轉化工段，增加轉化氣中的CO2含量，增加甲醇產量。另一部分供給尿素裝置，增加尿素產量（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狀

CO2產量的高低，直接影響甲醇或化肥裝置的產能，對企業生產經營起著至關重要的作用。通過梳理影響二氧化碳產量的因素，為下一步采取能耗措施提供理論依據。

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

1）二氧化碳回收產能減少

化肥裝置進行節能改造后，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，原料氣減少導致二氧化碳回收工段CO2產量減少。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產量減少，為了提高產能，系統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）溶液循環系統的循環量控制高。為了降低再生塔運行溫度，二氧化碳回收系統溶液循環量控制高限運行。

（2）吸收塔入口煙氣風機運行負荷高，用于增加溶液循環系統負荷。

4）脫鹽水消耗增加

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

（2）溶液循環系統溫度高，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

3 采取的降耗措施

3.1 調整脫碳液及助劑配方

在原溶液的基礎上，減少容易對設備產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。根據溶液中各配方在不同濃度下的降解速度進行反復實驗，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，通過對工藝參數監控，新溶液能夠完全滿足生產，而且達到了預期效果，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使用，當溶液出現降解，1臺胺回收加熱器不能及時恢復溶液顏色時，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部堵塞和結垢，規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，進入二氧化碳壓縮機后，氣體和水、溶液經過四級冷凝、分離，CO2送到甲醇轉化爐，作為爐前補碳使用，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的分離器液送到機械過濾器過濾，去除雜質后，再回收到二氧化碳回收系統使用，實現節能、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液，冷凝液進行了二次使用，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等可燃氣體，這些氣體在整個工藝過程中，隨未反應的氨、鈍化空氣經中壓惰氣洗滌塔處理后排放，經尿素中壓惰氣洗滌后的混合氣體存在爆燃的風險。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

混合氣體中可燃氣分量：H2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，可燃氣組分：H2含量46.6%、CO 含量43%、CH4含量10.3%。

可燃氣最小含量：

去除氨后，可燃氣組分：H2含量46.6%、CO 含量43%、CH4含量10.3%。

混合氣體坐標為A0（可燃氣46.8%，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化爐尾氣，經二氧化碳回收裝置脫碳溶液來提純CO2實現的。

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 節能改造后二氧化碳回收運行能耗指標

5 結束語

二氧化碳回收裝置節能改造，不僅解決了企業的環保問題，也為公司的節能降耗工作做出了突出貢獻。降低了生產成本，為企業帶來了可觀的經濟效益，提高了企業的綜合競爭力。