NHD脱碳装置高压闪蒸槽改造总结

姚鹏飞

(山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400)

NHD脱碳装置高压闪蒸槽改造总结

姚鹏飞

(山西晋丰煤化工有限责任公司山西高平048400)

山西晋丰煤化工有限责任公司(以下简称晋丰公司)2套合成氨系统均采用NHD脱碳工艺。第2套NHD脱碳装置自2008年开车以来，低压闪蒸气中CO2含量一直偏低，在96%～97%(体积分数)，后通过提高高压闪蒸槽液位、提高系统压力以及降低高压闪蒸槽压力等办法来暂时提高低压闪蒸气中CO2含量，其体积分数最高也只能达到97%左右。利用小修机会打开低压闪蒸槽人孔，发现低压闪蒸槽溶液进口槽式液体预分布器被击穿，高压闪蒸槽富液夹气。为此，对NHD脱碳装置高压闪蒸槽内部结构进行改造，提高了富液解吸效果，使富液夹气现象得到了改善。

1 工艺流程

1.1 气体流程

从变换气脱硫工段来的压力为1.8MPa、含CO2体积分数为28%的气体经干法脱硫槽、变脱气水冷器、气水分离器后进入三气(变换气、净化气和低压闪蒸气)换热器，换热后再进入气水分离器;分离水分后的气体进入脱碳塔底部，气体自下而上与从上而下的－5～0℃的NHD溶液逆流接触以脱除CO2，塔顶出来的净化气经分离器分离夹带的液滴后进入三气换热器回收冷量，然后送往后工段。

1.2 液体流程

来自汽提塔塔底的贫液经脱碳泵加压后送往溶液氨冷器，温度降至－5～0℃，然后送往脱碳塔顶部;吸收CO2气体后的富液经涡轮泵回收能量后送往高压闪蒸槽(压力控制在约0.50MPa)，初步闪蒸出CO2，H2，N2后的NHD溶液减压后送往低压闪蒸槽(压力约0.02MPa)，闪蒸出的CO2送往尿素工段;低压闪蒸后的NHD溶液经U形管流入汽提塔顶部，用空气汽提出NHD溶液中残存的CO2气体，贫液经脱碳泵加压后进行下一个循环。

1.3 汽提空气流程

汽提空气由罗茨鼓风机抽引，经空气过滤器后进入空气换热器与汽提气换热回收冷量，然后进入空气分离器分离水分，再经п形管道从汽提塔底进入，自下而上对汽提塔顶来的NHD溶液进行汽提解吸;塔顶出来的汽提气经解吸气分离器分离夹带的液滴后进入空气换热器回收冷量，然后经罗茨鼓风机出口放空。

1.4 脱水流程

当NHD溶液含水质量分数＞3%时，从低压闪蒸槽U形管底引出部分NHD溶液，经溶液过滤器进入脱水系统。进入脱水系统的NHD溶液分2路:一路进脱水塔塔顶冷凝器壳程，与脱水塔出口高温气体换热后进脱水塔;另一路经溶液热交换器管程，与脱水塔底出来的NHD溶液换热，温度升高后进入脱水塔。进入脱水塔的NHD溶液与脱水塔中上升蒸汽逆流接触进一步换热后从脱水塔中部出来进入溶液蒸发器，在此用蒸汽将NHD溶液加热后再进入脱水塔。脱水塔顶部出来的气体经塔顶冷凝器管程与壳程的NHD溶液换热后，由塔顶引出进入脱水塔水冷器壳程，进一步冷却后进入冷凝液槽，冷凝液排地沟，不凝气放空。从脱水塔底部引出的NHD溶液经溶液热交换器壳程换热降温后，由溶液泵加压至0.4MPa，一部分送至板式换热器进一步冷却后送入汽提塔，另一部分送至溶液储槽;不合格的溶液返回脱水塔继续脱水。

2 运行中存在的问题及原因分析

2.1 NHD溶液起泡而使高压闪蒸槽液位失真

晋丰公司高压闪蒸槽液位计只能测量单一介质的液位。当NHD溶液起泡后，高压闪蒸槽内实际形成了NHD溶液和NHD泡沫2种不同密度的介质，此时液位计指示高度不能真实反映高压闪蒸槽内NHD溶液液位或泡沫的总高度，其失真程度取决于泡沫的高度和密度，即NHD溶液起泡严重程度。引起NHD溶液起泡的可能原因有物理性污染和化学性污染。由于NHD溶液受污染，污染物沉积于液位变送器的取压管中，导致液位显示不准。系统检修时，将高压闪蒸槽液体排空后，远传液位计仍显示有20%左右的液位;将远传液位计拆开后，发现有填料碎片和较多黑泥沉积在远传液位计的隔膜表面。

2.1.1 物理性污染

开车前，系统内未吹扫干净的焊渣、空气汽提时带入的灰尘、回收的NHD溶液带进的油污、由活性炭脱硫系统带入的活性炭粉末等都会对NHD溶液造成污染。因活性炭脱硫系统出现故障，原始开车后不久，有大量活性炭被带入到脱碳系统的溶液中，溶液污染严重。

2.1.2 化学性污染

NHD溶液在吸收CO2的同时，原料气中的H2S也会被NHD溶液吸收。虽然晋丰公司变脱气中H2S质量浓度≤5.1mg/m3，气体分压很低，但NHD吸收H2S的能力为吸收CO2的9倍，变换气带入的H2S进入NHD脱碳系统，“三气”(净化气、低压闪蒸气、汽提气)能将其中的3/4带出，剩余的1/4在汽提塔内经空气汽提后被氧化为单质硫。由于NHD溶液循环使用，随着时间的推移和变脱气中H2S含量偶尔超标，氧化生成的单质硫和粉尘等污染物会在NHD溶液中逐渐累积，溶液颜色逐渐由浅黄色变棕色直至墨色，NHD溶液污染严重。NHD溶液受污染后，虽溶液中的NHD本身性质未发生变化，但因单质硫、粉尘等固体颗粒的存在，NHD溶液的整体吸收能力降低、黏度增大，造成净化气中CO2含量偏高;这些颗粒物还会附着在填料表面和管道内壁上，特别是在进行热交换时，易堵塞换热器和氨冷器列管，降低换热效率。

2.2 高压闪蒸槽填料层偏低造成解吸不完全

因富液解吸主要是在填料层中进行的，传质面积小、溶液循环量偏大，造成停留时间短，也会引起富液夹气。

2.3 高压闪蒸槽底部出液管无破涡旋装置

若高压闪蒸槽底部出液管无破涡旋装置，会使出高压闪蒸槽富液夹气严重。在检修时发现，破涡旋装置已损坏，为此，决定利用系统大修机会对脱碳系统高压闪蒸槽进行改造，同时对溶液氨冷器、空气换热器进行疏通。

3 改造方案

改造前、后高压闪蒸槽结构示意见图1。

图1 改造前、后高压闪蒸槽结构示意

(1)将高压闪蒸槽外部保温材料全部去除，卸出内部填料，高压闪蒸槽填料栅板及工字钢梁向上提高500mm，重新焊接填料栅板支撑圈。

(2)远传液位变送器上限接口、高压闪蒸槽平衡孔同时向上提高500mm，原远传液位变送器上限接口和原平衡孔用盲板封死。

(3)新增卸料孔，具体位置参见图1。

(4)去除原气体除沫段填料栅板及填料压板，保留各支撑圈及工字钢梁。

(5)新增溶液进口，原溶液进口用盲板封死。原溶液预分布器、可拆式槽盘式分布器分别放置在原除沫段填料压板支撑圈、除沫段填料栅板支撑圈及工字钢梁上。

(6)原高压闪蒸槽填料压板、工字钢梁及填料压板支撑圈同时向上提高，具体位置参见图1。

(7)将高压闪蒸槽内填料更换为Φ25mm聚丙烯鲍尔环，进一步扩大传质面积;在高压闪蒸槽底部出液管口增设破涡旋装置。

(8)高压闪蒸槽、低压闪蒸槽溶液进口管均改为双向进液，即在原溶液预分布器基础上增加1根联通管线，并在联通管线正对处补焊加强板。施工结束后，恢复设备和管线的保温材料。

4 运行效果

改造后，在工况及其他参数基本相同的情况下，脱碳系统低闪气中CO2体积分数由96%～97%提高至98%以上。每班开启1次高闪气分离器导淋，只有极少量的NHD溶液，基本不存在雾沫夹带现象。每次系统检修时，打开低压闪蒸槽人孔未发现槽式液体预分布器破损现象。下一步计划将脱水装置中的陶瓷溶液过滤器位置改至溶液换热器后，以提高NHD溶液温度、降低溶液黏度，便于过滤，从而改善NHD溶液品质。

2014-02-09)