專利名稱：一種熱鉀堿脫除二氧化碳工藝的改進(jìn)方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于氣體凈化領(lǐng)域，尤其涉及一種熱鉀堿脫除二氧化碳的工藝，是對(duì)催化熱碳酸鉀溶液從工業(yè)原料混合氣體中脫除二氧化碳工藝流程的改進(jìn)。
而我國(guó)大多數(shù)合成氨生產(chǎn)流程中合成原料氣變換工序的操作壓力比較低(以煤為原料的變換氣壓力≤2.2MPa(絕)，以天然氣或重油為原料的變換氣壓力≤1.8MPa(絕))，所以變換后氣體中水蒸汽分壓也比較低，約為0.4-0.55MPa(絕)，相應(yīng)的蒸汽飽和溫度為145-155℃。而國(guó)外典型的以天然氣為原料，變換工序操作壓力在3.0MPa(絕)左右的變換后氣體中水蒸汽分壓約為0.8-0.9MPa(絕)，相應(yīng)的蒸汽飽和溫度為170-176℃。由于各種流程變換工序操作溫度比較接近，單位體積變換氣所攜帶的熱量多少以及品位高低主要由水蒸汽分壓決定。因?yàn)樽儞Q氣是熱鉀堿溶液再生的主要熱源，也就是說我國(guó)大多數(shù)中氮廠變換操作壓力較低，供脫碳溶液再生的熱量不僅數(shù)量少、而且品位低；同時(shí)由于煤和重油為原料的合成氨變換氣中的CO2相當(dāng)于天然氣為原料的合成氨變換氣中CO2含量的140-180％，因此往往由于變換氣熱量不足，必須補(bǔ)充蒸汽才能滿足溶液再生的需要，這樣能量消耗比較大，效率也比較低。所以，對(duì)于合成原料氣變換工序壓力比較低的情況，如何減少外供蒸汽用量、降低能耗、提高效率，是一個(gè)迫切需要解決的實(shí)際問題。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是提供一種熱鉀堿脫除二氧化碳工藝的改進(jìn)方法，使溶液再生熱耗顯著降低。技術(shù)方案本發(fā)明的一種熱鉀堿脫除二氧化碳的低供熱源的工藝，采用″中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化″的流程，其特征在于二氧化碳吸收系統(tǒng)中二次脫碳吸收塔采取上、下兩段，上段進(jìn)低溫貧液，下段進(jìn)高溫貧液的分流優(yōu)化操作法，上段低溫貧液分流比例范圍是15-65％，上段低溫貧液的溫度范圍是60-85℃，下段高溫貧液溫度范圍是100-115℃。不僅可以減少貧液冷卻的熱量損失，還可以降低出口脫碳凈化氣中CO2殘留量。
其中脫碳吸收富液的組成是碳酸鉀20-35％(重量)，一種或多種催化劑總重為0.5-5.0％(重量)，緩蝕劑(V2O5)0.2-1.0％(重量)，溶液溫度范圍是95-120℃，溶液再生度范圍是1.65-1.95。
本發(fā)明也可以在“低供熱源變壓再生”工藝中實(shí)施。
圖面說明

圖1為采用本發(fā)明的變壓再生工藝流程圖，圖2為″中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化″的流程中采用分流優(yōu)化操作的流程圖。
實(shí)施例一某合成氨廠是以煤為原料采用″中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化″的凈化流程，在增產(chǎn)節(jié)能改造中，要求生產(chǎn)能力從年產(chǎn)合成氨10萬噸增加到12萬噸，采用變壓再生流程，如圖1。新制作一次吸收塔1，原來較小的一次吸收塔改制成加壓再生塔3，增加噴射器5，貧液閃蒸槽6，加壓再生塔的變換氣煮沸器7以及溶液接力泵。流程如下從飽和熱水塔出來壓力2.1MPa，溫度146℃的中變氣經(jīng)管線進(jìn)入加壓再生塔變換氣煮沸器7，干氣量為2795Kmol/h，其中CO2含量29.8％(體積)，水蒸汽處于飽和，分壓0.436MPa(絕)，煮沸貧液后出來經(jīng)管線，進(jìn)入常壓再生塔變換氣煮沸器8加熱半貧液后經(jīng)管線去變換氣脫硫(變脫)。從變脫回來經(jīng)管線、換熱器加熱后經(jīng)管線進(jìn)分離器再經(jīng)管線進(jìn)一次吸收塔1，在塔內(nèi)填料段與塔頂部、中部進(jìn)塔的催化熱鉀堿溶液逆流接觸吸收CO2，出口氣中CO2含量降到1％，經(jīng)管線去低溫變換爐，從低變爐回來的工藝氣從管線進(jìn)入加壓再生塔變換氣煮沸器煮沸貧液，出來經(jīng)管線進(jìn)入常壓再生塔變換氣煮沸器加熱半貧液，再經(jīng)管線進(jìn)入低變氣冷卻器和分離器，經(jīng)管線進(jìn)入二次吸收塔2，在塔內(nèi)填料段和塔頂?shù)蜏刎氁汉椭胁扛邷刎氁耗媪鹘佑|吸收CO2，出塔的凈化氣中CO2含量為0.1％左右，經(jīng)管線去甲烷化爐。二次吸收塔2底出來的吸收富液經(jīng)管線由接力泵泵入一次吸收塔1的頂部或第二段填料入口，一次吸收塔底出來的吸收富液經(jīng)管線進(jìn)入加壓再生塔3頂部的閃蒸段，閃蒸后的溶液分兩部分，其中大部分經(jīng)管線進(jìn)入常壓再生塔4汽提段和塔底煮沸器8進(jìn)一步解吸再生形成半貧液；少部分則從集液盤降液管流入加壓再生塔中部的汽提段及塔底煮沸器7煮沸形成貧液。壓力0.16MPa(絕)，溫度115℃的貧液出塔經(jīng)管線進(jìn)入貧液閃蒸槽6，閃蒸出來的約5000Kg/h蒸汽經(jīng)管線進(jìn)入常壓再生塔底部供半貧液汽提再生，閃蒸后貧液溫度降低到105℃后經(jīng)管線、貧液泵，一部分由管線直接進(jìn)入二次吸收塔中部，另一部分經(jīng)貧液冷卻器降溫后進(jìn)入塔頂部入口；從常壓再生塔底出來溫度99℃的半貧液經(jīng)管線、半貧液泵進(jìn)入一次吸收塔頂。加壓再生塔3頂出來的壓力為0.15MPa(絕)的再生氣作為動(dòng)力氣進(jìn)入亞音速噴射器5去抽吸常壓再生塔頂部出來再生氣使常壓再生塔頂壓力維持在0.1002-0.102MPa(絕)微正壓，噴射出來的全部再生氣經(jīng)冷卻器、分離器由管線送到尿素工段。
在本流程中雖然作為溶液主要供熱源的中溫變換氣溫度只有146℃，其中水蒸汽含量?jī)H20.7％，與國(guó)外典型流程供熱條件相差很大，由于采用了本發(fā)明的技術(shù)使兩個(gè)再生塔產(chǎn)生壓差和溫差，不僅工藝氣熱量得到充分利用，而且貧液閃蒸槽6每小時(shí)可提供5噸蒸汽給半貧液再生，同時(shí)貧液溫度降低了，使貧液冷卻器減少了熱損失。噴射器的抽吸作用增大了常壓再生塔的解吸推動(dòng)力，也減少了汽提蒸汽的需要量。采用本發(fā)明之后，該廠脫碳溶液再生熱耗從1050Kcal/nm3CO2降到750Kcal/nm3CO2，外供蒸汽量大幅度減少。
實(shí)施例二、某合成氨廠是以煤為原料，采用″中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化″的凈化流程。原設(shè)計(jì)規(guī)模是年產(chǎn)合成氨6萬噸，經(jīng)過改造達(dá)到10萬噸/年的生產(chǎn)能力。其中脫碳系統(tǒng)在原有設(shè)備條件下，通過改變熱鉀堿溶液催化劑組成，并進(jìn)行全流程模擬計(jì)算優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)。除溶液組成、循環(huán)量、操作條件優(yōu)化之外，對(duì)進(jìn)入二次吸收塔的貧液分配及溫度控制進(jìn)行優(yōu)化，以減少出塔凈化氣中CO2殘留量和降低再生系統(tǒng)熱耗為目標(biāo)做模擬計(jì)算，最后根據(jù)塔設(shè)備及現(xiàn)有裝置條件選定優(yōu)化操作方案，如圖2。從管線來的貧液溫度108℃流量250m3/h，經(jīng)貧液泵后，其中43.3％經(jīng)冷卻器冷卻到80℃進(jìn)入二次吸收塔2頂部入口，余下56.7％的108℃貧液經(jīng)管線直接進(jìn)入二次吸收塔第二段填料上部新增加的溶液分部器9上。分流優(yōu)化操作與原來全部的貧液冷卻到85℃相比，不僅可減少貧液冷卻造成的熱損失，約合每小時(shí)節(jié)約蒸汽4250Kg；而且出塔凈化氣中CO2殘余量也從原來0.3％降低到0.2％左右。綜合其它參數(shù)的優(yōu)化效果，不但實(shí)現(xiàn)了在原有設(shè)備條件下脫碳系統(tǒng)能力滿足合成氨從6萬噸/年增加到10萬噸/年的需要，而且溶液再生熱耗也從1250Kcal/nm3CO2降低到1050Kcal/nm3CO2，同時(shí)凈化氣中CO2殘余量也減少了。
表權(quán)利要求
1.一種熱鉀堿脫除二氧化碳的工藝，采用″中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化″的流程，其特征在于二氧化碳吸收系統(tǒng)中二次脫碳吸收塔采取上、下兩段，上段進(jìn)低溫貧液，下段進(jìn)高溫貧液的分流優(yōu)化操作法，上段低溫貧液分流比例范圍是15-65％，上段低溫貧液的溫度范圍是60-85℃，下段高溫貧液溫度范圍是100-115℃。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于其中脫碳吸收富液的組成是碳酸鉀20-35％(重量)，一種或多種催化劑總重為0.5-5.0％(重量)，緩蝕劑(V2O5)0.2-1.0％(重量)，溶液溫度范圍是95-120℃，溶液再生度范圍是1.65-1.95。
全文摘要
一種熱鉀堿脫碳工藝，是對(duì)現(xiàn)有熱鉀堿脫除二氧化碳工藝的改進(jìn)，其特征在于采用“中溫變換、一次脫碳、低溫變換、二次脫碳、甲烷化”的流程，二次脫碳吸收塔采取上、下兩段，上段進(jìn)低溫貧液和下段進(jìn)高溫貧液的分流優(yōu)化操作，具有使原工藝流程熱耗大幅度降低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/14GK1403185SQ01142120
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者王祥云 申請(qǐng)人:南化集團(tuán)研究院