PSA脫碳與PC脫碳的比較

1、PC脫碳與PSA脫碳運(yùn)行總結(jié)石 鋒 馬中霞 王群祥（山東?；⑴d化工有限公司 青州 262500） 1 概述山東?；⑴d化工有限公司目前已具備年產(chǎn)120 kt氨醇、150kt尿素的生產(chǎn)能力?，F(xiàn)有兩套脫碳裝置，一套為1997年投產(chǎn)的碳丙脫碳裝置（以下簡(jiǎn)稱PC脫碳），設(shè)計(jì)能力50kt/a，實(shí)際通過(guò)的最大氣量為36000Nm3/h（60kt/a）；一套為配套“12·15”技改工程新增的變壓吸附脫碳裝置（以下簡(jiǎn)稱PSA脫碳），設(shè)計(jì)能力70kt/a，該裝置2004年6月投入運(yùn)行，到目前為止處理最大氣量42000 Nm3/h。兩套脫碳裝置并聯(lián)運(yùn)行，滿足了合成氨-尿素生產(chǎn)的需要。 2 脫碳裝置技術(shù)

2、及運(yùn)行2.1 PC脫碳裝置2.1.1工藝過(guò)程PC脫碳由吸收和再生兩大部分組成，CO2含量為26%的變換氣通過(guò)吸收塔后，形成合格的凈化氣供合成氨生產(chǎn)使用，吸收了CO2的碳丙液經(jīng)減壓在解吸塔中解吸出CO2，形成濃度98%的CO2氣體供尿素生產(chǎn)使用。2.1.2主要設(shè)備一覽表設(shè) 備 名 稱規(guī) 格 型 號(hào)數(shù)量（臺(tái)）吸收塔2800×35532（mm） 1再生塔3800×31960（mm） 1閃蒸洗滌塔3000/1200/700×25777（mm） 1變換氣分離器1000×5656(mm) 1凈化氣分離器1000×5656(mm) 1洗滌塔1400×

3、;22584(mm)1脫碳泵DJ720-60×5 Q=720m3/h 功率=850Kw 1200D1-43×7 Q=280m3/h 功率=440Kw 1200D1-43×7 Q=280m3/h 功率=360Kw 2多級(jí)離心泵 DG6-25×12Q=6.3m3/h 功率=18.5Kw 1氣體風(fēng)機(jī)9-26-12NO6.3功率= 45Kw3真解風(fēng)機(jī)L53LD 功率=55Kw22.1.3生產(chǎn)運(yùn)行生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表（2006年3月中旬）項(xiàng) 目 設(shè)計(jì)參數(shù) 運(yùn)行參數(shù)變換氣組成/（V）H2 49.99 53.1N216.67 16.3CO229.56 25.8CO2.833

4、.2CH4 0.951.6變換氣壓力/MPa(表壓) 1.75 1.85變換氣溫度/ 35 22變換氣量（m3/h，標(biāo)態(tài)） 30000 31900凈化氣中CO2含量/% 1.0 0.67產(chǎn)品CO2氣純度/% 98.5 98.8碳丙液溫度/ 35 17.2碳丙液流量（m3/h） 720 720產(chǎn)品CO2輸送壓力/MPa 0.01 0.0140.0162.2 PSA脫碳裝置2.2.1工藝過(guò)程變壓吸附脫碳裝置由提純段和凈化段組成，工藝過(guò)程如下圖所示。回收氣提純段變 換少量放空氣凈化系凈化氣凈化段凈化氣逆放放空氣真空放空逆放解析氣真空解析氣CO2產(chǎn)品氣CO2含量約26%的變換氣通過(guò)提純段后，形成濃度9

5、8.5%的CO2產(chǎn)品氣供尿素生產(chǎn)使用；出提純段的中間氣進(jìn)入凈化段，將CO2凈化至0.2%供合成氨生產(chǎn)使用。提純段共13臺(tái)吸附塔，采用了3塔吸附8次均壓流程，動(dòng)力設(shè)備配套1臺(tái)2BEC-40和1臺(tái)2BEC-42型真空泵，真空度-0.06MPa。提純段PSA工藝主要步驟為吸附、均壓降、提純、逆放、抽真空、二段氣升壓、均壓升、終升等，每臺(tái)吸附塔在1次循環(huán)中需經(jīng)歷23個(gè)步驟，操作過(guò)程在入塔原料氣溫度下運(yùn)行。 凈化段共10臺(tái)吸附塔，采用2塔吸附6次均壓流程，動(dòng)力設(shè)備配套1臺(tái)2BEC-40和1臺(tái)2BEC-50型真空泵，真空度-0.072MPa。凈化段PSA工藝主要步驟為吸附、均壓降、逆放、抽真空、均壓升、終

6、升等，每臺(tái)吸附塔在1次循環(huán)中需經(jīng)歷18個(gè)步驟，操作過(guò)程也在入塔原料氣溫度下進(jìn)行。2.2.2技術(shù)特點(diǎn)自從二段法PSA脫碳工藝首先在湖北宜化集團(tuán)投入運(yùn)行后，幾年來(lái)該技術(shù)得到了較快的發(fā)展，工藝流程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，H2、N2、CO2等氣體回收率進(jìn)一步提高，降低了項(xiàng)目投資和運(yùn)行費(fèi)用。我公司42000m3/h（標(biāo)態(tài)）變換氣PSA脫碳裝置技術(shù)特點(diǎn)如下。兩段吸附壓力均選用1.71.9MPa在已投用的二段法PSA脫碳生產(chǎn)裝置中，有的裝置第一段和第二段吸附壓力均為0.7MPa，有的裝置第一段選用0.7MPa而第二段選用1.7MPa，但氣體回收率均不十分令人滿意。而兩段吸附壓力均為1.71.9MPa時(shí)，氫氣回收率可提高

7、0.51%，氮?dú)饣厥章士商岣?3%，CO回收率可提高45%。采用均壓流程代替置換流程隨著變壓吸附技術(shù)研究的深入和不斷改進(jìn)，針對(duì)置換流程較復(fù)雜、控制難度大等不足，選用運(yùn)行更可靠的均壓流程可以簡(jiǎn)化工藝流程，取消2臺(tái)置換氣壓縮機(jī)和3臺(tái)置換氣緩沖罐，降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用。置換流程是將部分產(chǎn)品CO2氣循環(huán)使用，用置換氣壓縮機(jī)將該部分氣體輸送至吸附塔內(nèi)，對(duì)塔內(nèi)死空間的H2、N2進(jìn)行置換以提高CO2產(chǎn)品氣的純度。而均壓流程是利用均壓降的吸附塔內(nèi)吸附劑所吸附的高濃度C02對(duì)自身塔內(nèi)死空間的H2、N2等雜質(zhì)進(jìn)行置換，以提高自身吸附塔內(nèi)的C02產(chǎn)品氣純度，而被置換出的H2、N2等氣體進(jìn)入其他均升吸附塔，作為該塔的

8、均壓升氣體，即在提高CO2產(chǎn)品氣純度的同時(shí)最大限度地回收H2、N2等氣體。在置換流程中，由于CO2產(chǎn)品氣輸送起始?jí)毫Ω?，為了減小CO2產(chǎn)品氣負(fù)荷的波動(dòng)，必須通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、氣柜、緩沖罐等設(shè)備以達(dá)到穩(wěn)定輸送的目的。而均壓流程的CO2產(chǎn)品氣輸送起始?jí)毫Φ?，通過(guò)簡(jiǎn)單的緩沖貯罐和調(diào)節(jié)伐即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸送。 無(wú)氣體返回脫碳前工序凈化段的部分解吸氣回收至提純段，部分解吸氣放空，整套裝置經(jīng)過(guò)自身處理解吸氣，完全沒(méi)有解吸氣回收至脫碳前系統(tǒng)，且能達(dá)到較高的有效氣體高回收率。吸附塔數(shù)量配置合理與其他的二段法PSA脫碳技術(shù)相比，本裝置吸附塔的數(shù)量有所增加，但由于配置合理，工藝流程得以優(yōu)化，在保證有效的均壓次

9、數(shù)滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，使投資費(fèi)用降低，因此比其它二段法PSA脫碳裝置運(yùn)行更為穩(wěn)定，且CO2純度和H2、N2、CO的收率更高，運(yùn)行的電耗更低。經(jīng)比較，吸附塔數(shù)量配置與脫碳裝置內(nèi)其它設(shè)備的配套完全滿足投資節(jié)省、運(yùn)行費(fèi)用低、工藝指標(biāo)符合生產(chǎn)要求的技改目標(biāo)?？墒∪プ儞Q氣脫硫工段PC脫碳工藝一般要求變換氣中的H2S脫除到10-20mg/m3（標(biāo)態(tài)）以下進(jìn)入脫碳系統(tǒng)，否則易在吸收塔中析出大量單質(zhì)硫沉積在填料層，造成吸收塔的堵塞，影響脫碳效果。而PSA脫碳工藝允許進(jìn)入系統(tǒng)的變換氣中H2S300 mg/m3（標(biāo)態(tài)），甚至H2S含量在500-600 mg/m3(標(biāo)態(tài))時(shí)，也未對(duì)裝置運(yùn)行造成影響，從而可省去變換氣

10、脫硫工段。2.2.3主要設(shè)備一覽表設(shè) 備 名 稱規(guī) 格 型 號(hào)數(shù)量（臺(tái)）提純段吸附塔2200×6794（mm）13凈化段吸附塔2400×6839（mm） 10氣水分離器1600×5770（mm）1過(guò)濾器2600×7100（mm）1混合器緩沖器2000×11333（mm）1CO2中間緩沖罐2600×14000（mm）2產(chǎn)品CO2貯罐2600×16820（mm）1提純段真空泵2BEC-40 80Nm3/min2 2BEC-42 132Nm3/min 1凈化段真空泵2BEC-50 140Nm3/min1 2BEC-40 80Nm3

11、/min1泵站CB100×232.2.4生產(chǎn)運(yùn)行生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)表（2006年3月中旬）項(xiàng) 目 設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行參數(shù)變換氣組份/H2 53.153.2N215.116.3CO227.425.8CO3.43CH41.01.7變換氣壓力/MPa(表壓) 1.7-1.91.75變換氣溫度/ 4032變換氣H2S含量（mg/m3，標(biāo)態(tài)） 30085處理變換氣量（mg/m3，標(biāo)態(tài)） 42000 42300H2回收率/% 99.599.5N2回收率/% 9594.4CO回收率/% 94 94.3凈化氣中CO2含量/% 0.20.6產(chǎn)品CO2氣純度/% 98.598.5產(chǎn)品CO2輸送壓力/MPa 0.01

12、0.014-0.016產(chǎn)品CO2回收率/% 7059.1噸氨電耗/kWh 51 23.34噸氨循環(huán)水/m3 3.7 2.873 氣體成份的回收率3.1 PC脫碳當(dāng)PC脫碳處理氣量31900Nm3/h時(shí)、變換氣進(jìn)吸收塔壓力1.85MPa(表壓)、PC貧液Q=720m3/h溫度18時(shí)，閃蒸氣壓力（表壓）與對(duì)應(yīng)的流量數(shù)據(jù)如下表。壓 力(MPa)0.320.330.340.350.360.370.380.390.400.410.420.43流量(Nm3/h)181418081804171817101690166715551434135913321250我公司運(yùn)行的PC脫碳閃蒸氣壓力為0.36-0.38

13、MPa，則閃蒸氣流量取1690Nm3/h，氣體成份 %（V）：H2N2COCO2CH4變換氣53.116.33.225.81.6閃蒸氣21.910.83.661.91.8H2的回收率：1-（1690×21.9%）÷（31900×53.1%）=97.8%N2的回收率：1-（1690×10.8%）÷（31900×16.3%）=96.5%CO的回收率：1-（1690×3.6%）÷（31900×3.3%）=94.2%CO2的回收率：1-（1690×61.9%）÷（31900×25.8

14、%）=87.3%CH4的回收率：1-（1690×1.8%）÷（31900×1.6%）=94%說(shuō)明：因PC脫碳凈化氣出口、產(chǎn)品氣出口未安裝流量計(jì)，只能以閃蒸氣計(jì)算PC脫碳的回收率，以上回收率中含混解氣、氣提氣中的成份，僅供參考。3.2 PSA脫碳當(dāng)PSA壓力1.75MPa、處理氣量42300Nm3/h時(shí)，凈化氣流量為30700Nm3/h ，產(chǎn)品氣流量為6550 Nm3/h。氣體成份%（V）H2N2COCO2CH4變換氣53.216.3325.81.7凈化氣72.921.23.90.61.4產(chǎn)品氣98.5H2的回收率：30700×72.9%÷（42

15、300×53.2%）=99.5%N2的回收率：30700×21.2%÷（42300×16.3%）=94.4%CO的回收率：30700×3.9%÷（42300×3%）=94.3%CO2的回收率：6550×98.5%÷（42300×25.8%）=59.1% CH4的回收率：30700×1.4%÷（42300×1.7%）=59.8%說(shuō)明：因回收的CO2氣體生產(chǎn)尿素有剩余，所以在操作中加大了CO2氣體的放空量。4 主要物料消耗及經(jīng)濟(jì)效益4.1 水、電消耗2006年3月對(duì)PC

16、脫碳和PSA脫碳進(jìn)行了生產(chǎn)考核，噸氨水、電消耗數(shù)據(jù)如下：水(m3)電（kWh）P C 脫碳27104.44PSA脫碳2.8723.344.2 碳丙消耗2005年共產(chǎn)合成氨113795噸，PC脫碳產(chǎn)氨49764噸，消耗碳丙液48噸，則噸氨碳丙消耗為0.96kg，按碳丙液10元/kg計(jì)算，噸氨費(fèi)用為：10×0.96=9.6（元）。4.3吸附劑消耗PSA脫碳裝填氧化鋁35.143m3、硅膠335.366m3，合計(jì)161.2萬(wàn)元，吸附劑設(shè)計(jì)壽命15年，按使用壽命10年、年產(chǎn)7萬(wàn)噸氨醇計(jì)，噸氨消耗吸附劑費(fèi)用為1612000÷10÷70000=2.3（元）。4.4、噸氨費(fèi)用比

17、較 按電費(fèi)0.32元/kWh計(jì)算，PC脫碳噸氨費(fèi)用：0.32×104.44+9.6=43.02（元）PSA脫碳噸氨費(fèi)用：0.32×23.34+2.3=9.77（元）僅此兩項(xiàng)，PSA脫碳比PC脫碳噸氨費(fèi)用節(jié)省43.02-9.77=33.25（元），按年產(chǎn)7萬(wàn)噸氨醇計(jì)算，則PSA脫碳年節(jié)約費(fèi)用33.25×70000=232.75（萬(wàn)元）。5 結(jié)束語(yǔ)5.1 PC脫除CO2是一種物理吸收法，工藝技術(shù)成熟，具有能耗較低，溶液性質(zhì)穩(wěn)定，不易降解等特點(diǎn)。二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始，在中小型氮肥廠得到較多的應(yīng)用，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行正常，但部分1.7MPa壓力操作的裝置凈化氣中CO2含量較高，在無(wú)聯(lián)醇的生產(chǎn)工藝中，致使銅洗負(fù)荷增大，個(gè)別廠只能串氨洗裝置降低CO2含量。5.2 我公司PSA脫碳因聯(lián)醇生產(chǎn)的需要，提高了凈化