脱碳系统阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青岛科技大学山东青岛277527)

脱碳系统阻力增加原因及消除方法

李小玲

(青岛科技大学山东青岛277527)

0 前言

兖矿鲁南化肥厂年产240kt合成氨装置采用德士古气化装置制取水煤气，其压力为3.8MPa，净化装置采用中变串低变全变换、聚乙二醇二甲醚(NHD)脱硫、脱碳、甲烷化精制的工艺流程。脱硫塔出口气中φ(H2S)控制在≤5×10－6，脱碳塔出口气中φ(CO2)控制在≤0.3%，入合成氨系统气体中φ(CO+CO2)控制在≤10×10－6，配入中压氮气，达到工艺指标要求后送往合成氨系统。

脱碳系统采用NHD物理吸收法，利用NHD溶液在－10℃左右时对CO2的选择性吸收，使脱硫气中φ(CO2)由35.7%降到0.3%以下，满足甲烷化前对CO2含量的要求。吸收CO2的NHD溶液经高压闪蒸、低压闪蒸和氮气汽提后，CO2被全部解吸出来，循环使用;低压闪蒸气中φ(CO2)≥98.5%，可满足尿素生产的需要。

1 改进前脱碳系统工艺流程

改进前脱碳系统工艺流程见图1。来自脱硫系统的脱硫气分2路并联进入气体换热器A和气体换热器B管程，与壳程气体换热后，温度降至2℃左右进入脱碳塔，气体自下而上与从塔顶来的NHD溶液逆流接触，气体中的CO2被溶液吸收。从塔顶出来的净化气中φ(CO2)＜0.3%，经进塔气分离器除去少量雾沫夹带的NHD后，净化气进入气体换热器A壳程，温度升至25℃左右，净化气去甲烷化系统。脱碳系统低压闪蒸气中φ(CO2)≥98.5%，进入气体换热器B壳程与管程脱硫气换热升温后送尿素装置。

图1 改进前脱碳系统工艺流程

2 脱碳系统阻力增加原因分析及危害

2.1 原因分析

(1)流程设置不合理。脱硫系统自开车以来，脱硫气流量达到100000m3/h时，脱碳系统阻力高达0.2MPa。经现场测量分析，脱碳系统阻力主要集中在气体换热器。利用检修机会将2台气体换热器封头拆下发现列管及管箱内大面积结冰。由于脱碳系统操作温度较低，脱硫气为上进上出，容易使脱硫气中所带的水无法及时排出，导致在列管内的积水、结冰。

(2)气量分配不均。由于气体换热器A为脱硫气与脱碳气换热、气体换热器B为脱硫气与CO2气进行换热，脱硫气温度为30℃左右，脱碳气及CO2气温度均在－14℃左右。由于气量及气体成分差异，脱硫气通过2台气体换热器进口阀进行换热气量控制。由于此前没有操作经验，脱硫气进口阀未能调节均衡，造成其中1台气体换热器温度低于0℃，导致列管内水逐渐结冰，直至列管堵死，阻力增大。

(3)操作原因。系统在大减量低气量运行中，负荷降低但氨冷冻制冷效果较好，NHD贫液温度过低(－17℃)，长期运行后，造成气体换热器A和气体换热器B出口脱硫气温度都低于0℃，造成气体换热器管程结冰，阻力增加。

2.2 危害

(1)换热管堵塞造成阻力增大，气体换热器换热面积缩小，影响产能。

(2)由于换热器列管堵塞，经气体换热器换热后的脱硫气温度较高，导致进塔气分离器分离出的水较少，而直接带入脱碳系统，进而造成脱碳系统水含量高，溶液水平衡失调，严重影响系统加量及脱碳指标。

(3)脱碳系统水含量应严格控制在3%(质量分数)左右。由于溶液水平衡失调，脱碳系统水含量明显增高。脱碳系统多为碳钢设备，脱碳塔填料为碳钢扁环。气体中含有硫化物，在过多水的作用下，碳钢设备、管线及填料腐蚀严重，影响设备使用寿命，威胁安全生产。腐蚀的铁锈积存在塔填料层、管线、阀门内，造成全系统阻力增加;另外，铁锈积存在溶液中，溶液过滤器冲洗次数相对增加，造成溶液损失，消耗增加。

3 解决措施

(1)改变气体流程，预防列管内积水。将气体换热器出口封头旋转180°，使脱硫气出口由原来的上进上出改为上进下出。流程改变后，将气体换热器管程进口端适当抬高，防止列管内积水、结冰。

改进后脱碳系统工艺流程见图2。

图2 改进后脱碳系统工艺流程

(2)制定操作方案，规范操作。气量正常时，汽提塔塔底贫液温度控制在－12～－14℃，气体换热器A入口脱硫气阀全开，用气体换热器B入口脱硫气阀调节，使气体换热器A和气体换热器B出口脱硫气温度均在0℃以上，且温差＜2.5℃，定时排放脱碳塔前进塔气分离器内积水，提高脱碳汽提氮气流量，保证脱碳溶液水含量稳定。系统大幅减量时，及时调节气氨压力，及时调节气体换热器A和气体换热器B入口脱硫气阀，适当提高NHD贫液温度。

(3)系统不停车，利用系统大幅减量时对气体换热器进行在线疏通。系统大幅减量后，对全系统进行相应调整，记录气体换热器脱硫气进出口压差。用现场气氨阀逐渐提高气氨压力和脱碳系统温度，提温过程应缓慢，必须保证脱碳指标合格，即送往尿素装置的CO2气体纯度应合格;当脱碳气温度提高至0℃以上，即具备疏通效果，此时如果各项指标均正常，则可进一步提高气氨压力，直至气氨阀关闭，可加快疏通进程。气体换热器前后压差明显降低，说明疏通成功，当压差降到一定程度不再下降时，说明疏通完毕，系统可恢复至正常生产负荷。

4 效益分析

全部利用现有材料，施工费6000元。改造后，系统阻力由原0.23MPa降低至0.11MPa，系统可多加量6000m3/h，约增产合成氨3.3t/h;按吨氨效益100元、满负荷生产合成氨150d计，年效益为118万元左右。脱碳溶液水含量高，设备、填料腐蚀造成溶液污染，则冲洗过滤器次数增多，产生的废水量也增加。改造后，有利于减少废水排放量，降低其处理费用，减轻操作人员的劳动强度。

2013-11-05)