專利名稱：一種合成氨脫碳工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到化工工藝領(lǐng)域，具體指一種合成氨脫碳工藝。
背景技術(shù)：
熱鉀堿工藝(Hot potassium carbonate process)是世界上廣泛使用的一種二氧化碳脫除方法。在熱鉀堿工藝中，碳酸鉀溶液吸收二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鉀；C02在碳酸鉀水溶液中的吸收過程是一種可逆反應(yīng)。溶液的再生則是將已吸收二氧化碳的碳酸氫鉀溶液加熱分解，釋放二氧化碳再生成碳酸鉀。反應(yīng)方程式如下所示:C02+K2C03+H20 <■■- 2KHC03+Q 式(I)由于該反應(yīng)進行得十分緩慢，必須加入某些物質(zhì)作為活化劑對反應(yīng)起到催化作用，大幅度提高反應(yīng)過程的傳質(zhì)速率和溶液的吸收能力。最常見的活化劑為有機胺。有機胺加速熱鉀堿吸收CO2的機理為:首先，CO2與有機胺反應(yīng)形成復合物:C02+RR , NH — RR , NC0CT+H+ 式(2 )形成的復合物水解:RR , NHCOO^H2O <~ ~- HCO3^RR ,NH 式(3 )離子瞬間平衡:
Η++0Γ -- H2O 式(4)在以上的反應(yīng)歷程中，式(3)的反應(yīng)速率最為緩慢，換言之有機胺吸收C02反應(yīng)的控制步驟在于氨基甲酸酯的水解反應(yīng)。早期開發(fā)的有機胺活化劑，如二乙醇胺因其在水溶液中與碳酸氫根形成較為穩(wěn)定的氨基甲酸鹽，其水解反應(yīng)(3)不能迅速的進行，在臨近界面的反應(yīng)帶中有機胺被消耗生成氨基甲酸鹽，造成有效活化劑濃度的下降和催化作用的降低。傳統(tǒng)的熱鉀堿法，根據(jù)多年的操作實際來看，合成氣凈化度不高，溶液再生度不好，提高生產(chǎn)負荷較困難。針對現(xiàn)有需改造裝置而言，由于吸收塔、再生塔及塔底再沸器等關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計裕量小，若改為MDEA脫碳工藝則需要增加的設(shè)備較多，改造投資大，并且受現(xiàn)有設(shè)備、管道等的限制，改為MDEA后效果并不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種CO2吸收能力強、溶液吸收和傳質(zhì)效率高、節(jié)約能耗且凈化度高的合成氨脫碳工藝用活化劑及脫碳工藝。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該合成氨脫碳工藝，其特征在于包括下述步驟:上游工序送來的220 240°C、2 3MPa的變換氣經(jīng)過淬冷水泵噴水冷卻降溫至170 180°C后，進入CO2再生塔塔底再沸器與再生塔底溶液換熱，降溫至125 135°C ;進入變換氣/富液換熱器換熱出吸收塔的富液，溫度降至約115 120°C，經(jīng)變換氣鍋爐給水換熱器溫度降至70 80°C后，進入變換氣分離器分離出冷凝水，氣相部分進入CO2吸收塔塔底，在CO2吸收塔內(nèi)與從CO2吸收塔塔頂部進塔的加有消泡劑的200 210t/h的貧液以及從CO2吸收塔塔中部進塔的1150 1180t/h的半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，CO2吸收塔塔頂出口送出的凈化氣中CO2體積含量降到0.1%以下，經(jīng)CO2吸收塔頂分離器氣液分離后去甲烷化爐；從CO2吸收塔塔底出來的壓力2.4 2.8MpaG、溫度為110 120°C的富液經(jīng)水力透平回收能量，壓力降至0.6 1.0MpaG ;進入變換氣/富液換熱器換熱后送入富液閃蒸塔進行一級閃蒸，閃蒸出溶解在富液中的大部分H2和CO，閃蒸汽進入閃蒸汽洗滌塔經(jīng)來自CO2吸收塔中部的18 22m3/h的半貧液洗滌掉其中的CO2后，送燃氣管網(wǎng)利用；從富液閃蒸塔底部送出的閃蒸后的富液加入消泡劑進入CO2再生塔頂部的閃蒸段，在0.04 0.06MpaG壓力下進行二級閃蒸，閃蒸出含有CO2和水蒸氣的閃蒸汽從CO2再生塔的頂部送出，經(jīng)CO2再生塔冷凝器冷凝后進入塔頂回流罐，再經(jīng)過CO2產(chǎn)品冷卻器冷卻以及CO2洗滌塔的洗滌后，作為CO2產(chǎn)品送出；CO2再生塔上部的閃蒸段閃蒸出的溶液部分進入CO2再生塔下部的氣提段進一步解吸再生形成半貧液，另一部分與從CO2再生塔汽提段塔底送出的第一部分貧液匯流，經(jīng)半貧液泵增壓后，進入CO2吸收塔的中段；200 210t/h溶液進入CO2再生塔的氣提段后，在CO2再生塔塔底再沸器中與所述變換氣換熱后被煮沸形成貧液，從汽提段的底部送出；壓力0.04 0.08MpaG、 溫度約120°C的出CO2再生塔汽提段的第二部分貧液經(jīng)貧液鍋爐給水換熱器冷卻后，經(jīng)貧液泵加壓，再經(jīng)貧液冷卻器冷卻至68°C之后，進入CO2吸收塔上段；從CO2再生塔汽提段塔底送出的第一部分貧液與第二部分貧液的流量比為5 6:1o較好的，所述CO2吸收塔包括相互串聯(lián)的上塔和下塔，所述上塔的塔徑為2000 2500mm，上塔內(nèi)的填料分為三段，各段填料的高度分別為4500 5000mm，并且相鄰的填料段之間設(shè)有液體分布器；各段填料又包括高度為280 320mm的上段和下段，其中上段填料由不銹鋼材質(zhì)的厚度0.80mm的鮑爾環(huán)散堆形成，所述下段為由碳鋼材質(zhì)的50#鮑爾環(huán)散堆形成；所述CO2吸收塔的下塔塔徑為3300 3700mm，下塔中所填充的填料也分為三段，每段填料高度為6500 6800mm，并且相鄰的填料段之間設(shè)有液體分布器；下塔內(nèi)位于上方的兩段填料為50#碳鋼鮑爾環(huán)，下方填料段為50#不銹鋼鮑爾環(huán)。吸收塔中填料和分布器的設(shè)置能夠有效提高通量、降低壓降，并提高傳質(zhì)效率，降低凈化氣中CO2殘留量。所述的CO2再生塔由相互串聯(lián)的上塔和下塔組成，其中，所述上塔塔徑為3000 3300mm,上塔內(nèi)的填料分為三段，每段填料高度6800 7000mm，并且相鄰段之間設(shè)有液體分布器；其中位于上方的填料段采用厚度為0.17mm的不銹鋼JKB-250Y規(guī)整填料，位于下方的兩填料段采用厚度為1.50mm的聚丙烯50 #階梯環(huán)。CO2再生塔中填料的設(shè)置能夠有效提高通量、降低壓降，并提高傳質(zhì)效率，為增產(chǎn)創(chuàng)造條件。
為了提高脫碳效果，脫碳溶液中含有2.5 3.5wt%，位阻胺活化劑，所述活化劑為二乙醇胺和位阻胺的混合物，兩者的重量比為3 5:1。所述脫碳液即為整個流程中所使用的洗滌液，根據(jù)其中所溶解的CO2量的不同又分為貧液、半貧液和富液。較好的，所述的位阻胺為2-氨基-2-甲基-1-丙醇。所述的規(guī)整填料為金屬孔板波紋填料。所述的液體分布器為槽盤式氣液分布器。在兩段填料層之間設(shè)置槽盤式氣液分布器，起到液體收集與再分布的作用。在每段填料床層下部使用散裝填料支撐裝置，以使汽液對流流動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的工藝流程充分利用了系統(tǒng)內(nèi)所產(chǎn)生的熱量來進行換熱，通過整個網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)置以及增設(shè)的富液換熱器，不僅能使溶解到富液中50%以上H2、C0閃蒸出來，而且利用從再沸器出來低變氣與吸收塔出塔的富液換熱，一方面減少低變氣鍋爐給水換熱器的負荷，確保進入吸收塔內(nèi)的氣體溫度< 75°C，另一方面也提高了富液溫度，有利于溶液的閃蒸和再生。本申請所提供的工藝流程相較于現(xiàn)有技術(shù)，凈化氣中CO2殘留量從IOOOppm降低到600ppm以下，同時由于閃蒸的作用，CO2產(chǎn)品中氫氣含量降低到0.5%以下，并且能夠充分利用流程內(nèi)的熱量，節(jié)能降耗效果好。


圖1為本發(fā)明實施例的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合圖1實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖1所示，先介紹下該合成氨脫碳工藝中所使用的設(shè)備結(jié)構(gòu):CO2吸收塔6包括相互串聯(lián)的上塔61和下塔62，上塔的塔徑為2300mm，上塔內(nèi)的填料分為三段，各段填料的高度均為4850mm，并且相鄰的填料段之間設(shè)有液體分布器(圖中未示出)；各段填料又包括高度為300mm的上段和高度為4550mm的下段；其中，上段的填料由不銹鋼材質(zhì)的厚度0.80mm的鮑爾環(huán)散堆形成，下段的填料為由碳鋼材質(zhì)的50#鮑爾環(huán)散堆形成。CO2吸收塔下塔的塔徑為3500mm，下塔中所填充的填料也分為三段，各段填料高度的為6650mm,相鄰的填料段之間也設(shè)有液體分布器(圖中未不出)；下塔內(nèi)位于上方的兩段填料為50#碳鋼鮑爾環(huán)，下方的填料段為50#不銹鋼鮑爾環(huán)。CO2再生塔11由相互串聯(lián)的上塔111和下塔112組成，其中，所述上塔塔徑為3100mm,上塔內(nèi)的填料分為三段，各段填料的高度6900mm，并且相鄰段之間設(shè)有液體分布器；其中位于上方的填料段采用厚度為0.17mm的不銹鋼JKB-250Y金屬孔板波紋規(guī)整填料，位于下方的兩填料段采用厚度為1.50mm的聚丙烯50 #階梯環(huán)。CO2吸收塔和CO2再生塔中所使用的液體分布器均為槽盤式氣液分布器。本實施例在富液閃蒸塔塔頂設(shè)置閃蒸氣壓力指示/調(diào)節(jié)回路，該回路包括壓力變送器、壓力調(diào)節(jié)閥及泄壓閥。當塔頂壓力達到0.9MPa(G)時，壓力高報警，同時開啟泄壓閥泄壓；當壓力為0.9MPa(G)時，泄壓閥關(guān)閉。 富液閃蒸塔的塔底設(shè)置有液位調(diào)節(jié)回路，通過塔底管線上的液位調(diào)節(jié)閥，保證塔底的液位穩(wěn)定。裝置正常運行后，向預裝在裝置內(nèi)的脫碳液中加入活化劑，活化劑的加入量為脫碳溶液重量的3.wt%。本實施例中的活化劑為二乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的混合物，兩者的重量比為4:1。隨著裝置的運行，脫碳液和活化劑均會有一定的消耗，可對脫碳液中活化劑的濃度進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果及時補加。具體工藝流程如下:來自低溫變換爐的230.0°C, 2.655Mpa G的變換氣進入本工序，經(jīng)過淬冷水泵I噴水冷卻降溫至177°C，進入CO2吸收塔塔底的CO2再生塔再沸器2與CO2再生塔底溶液換熱，降溫至約132°C ;進入變換氣/富液換熱器3換熱出吸收塔的富液，溫度降至約118°C，經(jīng)變換氣鍋爐給水換熱器4溫度降至75V，再經(jīng)變換氣分離器5分離出冷凝水后進入CO2吸收塔6塔底，在塔內(nèi)與從塔頂部進塔的加有消泡劑的205t/h的貧液以及塔中部進塔的1166t/h的半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，使塔頂出口凈化氣中CO2含量降到0.1%以下，經(jīng)CO2吸收塔頂分離器7氣液分離后去甲烷化爐；從CO2吸收塔6塔底出來的壓力2.60MpaG,溫度約115°C的富液經(jīng)水利透平8回收能量，壓力降至0.8MpaG ；經(jīng)過變換氣/富液換熱器3，進入富液閃蒸塔9進行一級閃蒸，閃蒸出溶解在富液當中的大部分H2和CO，閃蒸汽進入閃蒸汽洗滌塔10經(jīng)來自CO2吸收塔下段的汽提塔的流量為20m3/h的半貧液洗滌掉其中的CO2后，送燃氣管網(wǎng)利用；閃蒸后的富液加入消泡劑后送至CO2再生塔11的閃蒸段111，在0.05MpaG壓力下進行二級閃蒸，閃蒸出CO2和水蒸氣的閃蒸汽從CO2再生塔11頂部送出，進入CO2再生塔冷凝器12冷凝后進入塔頂回流罐13進行氣液分離，分離出的氣相進入CO2產(chǎn)品冷卻器14冷卻后送至CO2洗滌塔15再次洗滌后，作為CO2產(chǎn)品送出。CO2洗滌塔15底部送出的液相經(jīng)第二 CO2再生塔回流泵16送回塔頂回流罐13。從塔頂回流罐13底部送出的液相經(jīng)第一 CO2再生塔回流泵17C02從再生塔11的頂部送入CO2再生塔循環(huán)使用。CO2再生塔上段閃蒸出的部分溶液出塔后分為兩部分，一部分進入CO2再生塔下段的氣提段進一步解吸再生形成半貧液；約205t/h溶液進入CO2再生塔11下段氣提段后，流向塔底的液相先進入CO2再生塔再沸器2中煮沸形成貧液后送出。出汽提段的貧液也分成第一部分和第二部分。出閃蒸段的另一部分半貧液與從汽提段底部送出的第一部分貧液會流，經(jīng)過半貧液泵18增壓后，進入CO2吸收塔6的中段；出汽提段的壓力0.06MpaG、溫度約120°C的第二部分貧液經(jīng)貧液鍋爐給水換熱器19冷卻后，經(jīng)貧液泵20加壓，再經(jīng)貧液冷卻器21冷卻至68°C之后，進入CO2吸收塔上段，作為洗漆液。本實施例中，在CO2洗滌塔洗滌水進口管上加一根DN40的脫鹽水管22，在CO2洗滌塔補水，既能及時向工藝內(nèi)補水，還能減少脫碳液中活化劑的損耗。工藝中幾個控制點的控制情況如下:a.入吸收塔 變換氣溫度:75°C，通過調(diào)整低變氣鍋爐給水換熱器的水量進行控制。b.入吸收塔貧液溫度:68°C，通過調(diào)整貧液冷卻器的循環(huán)水量進行控制。c.入吸收塔貧液流量:205t/h，通過調(diào)節(jié)閥組調(diào)整貧液泵出口流量。d.入吸收塔半貧液流量:1166t/h，通過調(diào)節(jié)閥組調(diào)整泵出口流量。e.閃蒸塔塔頂壓力:0.8MpaG，通過壓力自調(diào)回路調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度進行控制。f.再生塔塔頂壓力:表壓0.05MpaG，通過壓力自調(diào)回路調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度進行控制。g.各點液位均由液位自調(diào)回路控制。h.貧液再生度:fc=0.25，通過調(diào)整供給再生塔底變換氣煮沸器的熱量，以保證溶液再生質(zhì)量。1.碳酸鉀、活化劑、緩 蝕劑按時進行分析，根據(jù)分析結(jié)果定量補充。
權(quán)利要求
1.一種合成氨脫碳工藝，其特征在于包括下述步驟: 上游工序送來的220 240°C、2 3MPa的變換氣經(jīng)過淬冷水泵(I)噴水冷卻降溫至170 180°C后，進入CO2再生塔塔底再沸器(2)與再生塔底溶液換熱，降溫至125 135°C;進入變換氣/富液換熱器(3)換熱出吸收塔的富液，溫度降至約115 120°C，經(jīng)變換氣鍋爐給水換熱器(4)溫度降至70 80°C后，進入變換氣分離器(5)分離出冷凝水，氣相部分進入CO2吸收塔(6)塔底，在CO2吸收塔內(nèi)與從CO2吸收塔塔頂部進塔的加有消泡劑的200 210t/h的貧液以及從CO2吸收塔塔中部進塔的1150 1180t/h的半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，CO2吸收塔塔頂出口送出的凈化氣中CO2體積含量降到0.1%以下，經(jīng)CO2吸收塔頂分離器(7)氣液分離后去甲烷化爐； 從CO2吸收塔(6)塔底出來的壓力2.4 2.8MpaG、溫度為110 120°C的富液經(jīng)水力透平(8)回收能量，壓力降至0.6 1.0MpaG ;進入變換氣/富液換熱器(3)換熱后送入富液閃蒸塔(9)進行一級閃蒸，閃蒸出溶解在富液中的大部分H2和CO，閃蒸汽進入閃蒸汽洗滌塔(10)經(jīng)來自CO2吸收塔中部的18 22m3/h的半貧液洗滌掉其中的CO2后，送燃氣管網(wǎng)利用； 從富液閃蒸塔(9)底部送出的閃蒸后的富液加入消泡劑進入CO2再生塔(11)頂部的閃蒸段，在0.04 0.06MpaG壓力下進行二級閃蒸，閃蒸出含有CO2和水蒸氣的閃蒸汽從CO2再生塔(11)的頂部送出，經(jīng)CO2再生塔冷凝器(12)冷凝后進入塔頂回流罐(13)，再經(jīng)過CO2產(chǎn)品冷卻器(14)冷卻以及CO2洗滌塔(15)的洗滌后，作為CO2產(chǎn)品送出； CO2再生塔(11)上部的閃蒸段閃蒸出的溶液部分進入CO2再生塔(11)下部的氣提段進一步解吸再生形成半貧液，另一部分與從CO2再生塔(11)汽提段塔底送出的第一部分貧液匯流，經(jīng)半貧液泵(18)增壓后，進入CO2吸收塔(6)的中段； 200 210t/h溶液進入CO2再生塔(12)的氣提段后，在CO2再生塔塔底再沸器(2)中與所述變換氣換熱后被煮沸形成貧液，從汽提段的底部送出； 壓力0.04 0.08MpaG、溫度約120°C的出CO2再生塔(11)汽提段的第二部分貧液經(jīng)貧液鍋爐給水換熱器(21)冷卻后，經(jīng)貧液泵(22)加壓，再經(jīng)貧液冷卻器冷(23)卻至68°C之后，進入CO2吸收塔上段； 從CO2再生塔(11)汽提段塔底送出的第一部分貧液與第二部分貧液的流量比為5 6:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氨脫碳工藝，其特征在于:所述CO2吸收塔包括相互串聯(lián)的上塔和下塔，所述上塔的塔徑為2000 2500mm，上塔內(nèi)的填料分為三段，各段填料的高度分別為4500 5000mm，并且相鄰的填料段之間設(shè)有液體分布器；各段填料又包括高度為280 320mm的上段和下段，其中上段填料由不銹鋼材質(zhì)的厚度0.80mm的鮑爾環(huán)散堆形成，所述下段為由碳鋼材質(zhì)的50#鮑爾環(huán)散堆形成； 所述CO2吸收塔的下塔塔徑為3300 3700mm，下塔中所填充的填料也分為三段，每段填料高度為6500 6800mm，并且相鄰的填料段之間設(shè)有液體分布器；下塔內(nèi)位于上方的兩段填料為50#碳鋼鮑爾環(huán)，下方填料段為50#不銹鋼鮑爾環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成氨脫碳工藝，其特征在于:所述的CO2再生塔由相互串聯(lián)的上塔和下塔組成，其中，所述上塔塔徑為3000 3300mm，上塔內(nèi)的填料分為三段，每段填料高度6800 7000mm，并且相鄰段之間設(shè)有液體分布器；其中位于上方的填料段采用厚度為0.17mm的不銹鋼JKB-250Y規(guī)整填料，位于下方的兩填料段采用厚度為1.50mm的聚丙烯50 #階梯環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的合成氨脫碳工藝，其特征在于:脫碳溶液中含有2.5 3.5wt%，位阻胺活化劑，所述活化劑為二乙醇胺和位阻胺的混合物，兩者的重量比為3 5:1o
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成氨脫碳工藝，其特征在于:所述的位阻胺為2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨脫碳裝置節(jié)能型苯菲爾脫碳工藝改造，其特征在于:所述的規(guī)整填料為金屬孔板波紋填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氨脫碳 工藝，其特征在于:所述的液體分布器為槽盤式氣液分布器。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種合成氨脫碳工藝，其包括下述步驟上游工序送來的變換氣經(jīng)換熱后進入CO2吸收塔，與進入CO2吸收塔的貧液以及半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，送出的凈化氣，經(jīng)氣液分離后去甲烷化爐；從CO2吸收塔塔底出來的富液換熱后送入富液閃蒸塔進行一級閃蒸，閃蒸出大部分H2和CO，從富液閃蒸塔送出的閃蒸后的富液進入CO2再生塔的閃蒸段進行二級閃蒸，氣相從閃蒸塔頂部送出，液相進入CO2再生塔的氣提段進一步解吸再生形成半貧液，進入CO2再生塔塔底再沸器(2)中與變換氣換熱后被煮沸形成貧液，從汽提段的底部送出，進入CO2吸收塔上段。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明脫碳效果好，CO2產(chǎn)品中氫氣含量降低到0.5%以下，并且能夠充分利用流程內(nèi)的熱量，節(jié)能降耗效果好。
文檔編號C01C1/12GK103214009SQ201310095288
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者吳婷婷, 陳建華, 顧英 申請人:中石化寧波工程有限公司, 中石化寧波技術(shù)研究院有限公司, 中石化煉化工程(集團)股份有限公司