碳酸丙烯酯脱碳脱硫技术的改进

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1、全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 1 7 碳酸丙烯酯脱碳脱硫技术的改进 梁锋 ( 南化集团研究院江苏南京2 1 0 0 4 8 ) 碳酸丙烯酯( 简称碳丙，缩写P C ) 脱碳脱硫技 术t 是剥用P C 这一极性有机溶剂对c O ：，H 。s 等多 种酸性气体的特殊亲和力来选择性脱除有关气体 中的酸性组份，P C 脱碳属典型的物理过程，具有能 耗低、工艺流程简单、运行可靠等优点，因此很快得 以普及和推广。目前，国内已有1 0 0 余家工厂应用 P C 法脱碳( 大多为中小型氨厂) ，包括替代水洗脱 碳、配尿素、配磷铵、联碱等类型，其开工装置数为 M D E A 法、N H

2、D 法脱碳总和的数倍。 P C 脱碳脱硫技术是由南化集团研究院负责开 发的，1 9 7 7 年5 月该项目被列为化工部科技发展计 划。我院从1 9 7 6 年开题研究，包括小试、模试、基础数 据测定、工业化试验、基础设计，1 9 7 9 年由化工部和 国家科外委化工专业组联合召开鉴定会通过( 鉴定 证书编号为( 7 9 ) 化部鉴字第2 7 号) 。1 9 7 9 年获化工部 科技成果奖，1 9 8 5 年获国家科技进步二等奖。 随着合成氨或尿素装置的改造和生产能力的提 高，P C 脱碳脱硫技术暴露的电耗高、成本高等缺点亦 越来越突出。为此，如何在原有脱碳装置的基础上，进 行优化改造，达到节能

3、降耗、节省投资、提高生产能力 之目的，这对于众多使用厂家来说十分迫切。9 0 年代 以来P C 脱碳脱硫技术已提高到一个新的阶段，我院 对该技术进行了改进、完善和发展，已工业应用的或 即将应用的最有吸引力的进展有以下几个方面。 I 塔器优化 P C 脱碳要达到低损耗、低电耗以及高净化度目 标是一项系统工程，必须采用几项或一项的技术改 造途径才能达到目的。塔器的优化包括塔填料、塔内 件、塔过程控制的技术改造改造后往往可提高2 0 5 0 或更高的生产能力( 或效率) 。改造主要由两 部分进行：一是脱碳塔气液分布器和填料的改造，具 体为设置全截面均匀分布的气体和液体分布器及再 分布器，塔底设置防涡

4、流器，部分或全部采用规整填 料 二是再生塔的改造由于传统设计中再生塔常解 段均为将淋降式，当系统硫含量高时受逆流及淋降 板开孔直径的限制，易造成溶液中单质硫积累结垢， 逐渐堵塞潍降板上的开孔，使其失效。故往往生产两 年后再生效果会明显不如以前。由此可见，必须对这 种结构彻底改造。具体办法是将常解段改为筛板或 填料塔型，并增设类似塔型的真空解析段，如采用低 温法脱碳最好将一级汽提改为二级汽提。 改造工作除了塔器以外。还应进行系统工艺优 化，具体内容有：调整溶剂泵的扬程，串联一台增 压泵；脱碳泵增设涡轮机回收装置；汽提流程由 正压气提改为负压气提或一级气提改为二级气提， 有利于提高贫度；采用P C

5、 溶剂半过滤或全过滤 方法，杜绝系统堵塞隐患；使用低温P C 技术，降 低原料气和循环溶剂的温度，提高P C 吸收c 0 2 能 力 使用P C 稀液回收改造等。 通过上述塔器优化，可取得显著效果。如某厂 原四院通用设计( 一版) 舍成氨能力2 5 k t a 配5 0 k t a 尿素的P C 脱碳装置，现脱碳能力可提高到4 0k t a 合成氨配8 0 k t a 尿素( 主要设备尺寸不变) ；原P C 脱碳装置为8 0k t a 台成氨能力，改造后可达到 i l O k t a 能力。 1 1 P C 高效回收技术 1 1 1 商效回收工艺依据 P C 溶剂损耗主要是气相夹带、化学降解和

6、操作 管理等因素所致。损耗的多少是影响操作成本的关 键性因素。为此，如何降低溶剂损耗是各厂关心的 重要问题。 目前对气流中P C 溶剂回收，一般是采用稀液 循环吸收，即传统工艺。其稀液体积分数为8 1 2 。由于水平衡要求，稀液只能长期处于较高体 积分数( 约1 0 ) 下操作，相应稀液中P C 蒸汽压也 较高。因此，它的最大回收率也只有6 0 左右。考 虑到随大量水雾及水汽带出的P C 以及其它因索， 如设备设计的缺陷等，效率则更低。 高效回收技术与国外的串联洗涤法原理相同， 采用大气液比折流型洗涤塔，利用清水或P C 分压 1 9 全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 很小

7、的稀液作为吸收液，由于吸收过程的推动力大 为增加，因此其吸收效率可达9 6 “以上，从而达到 大幅度降低工艺气体所夹带的P C 含量的目的的， 见图1 。 围1稀液中P C 体积分散与吸收效率的关系 1 1 2 工艺流程与主要参数 高效回收工艺流程见图2 。 用一小加压给水泵或从原锅炉给水泵引一小股 水至净化气洗涤塔上部，气液比控制在( 1 0 3 0 ) 1 0 3 经洗涤后气相中约9 0 体积分数的P C 溶于水 中，从净化气洗涤塔排出的水溶液称为清稀液，导人 中闪气洗涤塔顶部，吸收中闪气中P C 后，将这部分 水溶液分成两股，一股进入常解气洗涤塔上部，另一 股引人汽提气洗涤塔顶部。视全系

8、统水平衡情况。 其清稀液洗涤段气液比控制在适当范围之间，常解、 汽提回收装置均设两段，下段为稀液循环洗涤段，采 用稀液泵循环洗涤，至稀液P C 的体积分数达8 l O ，加入一定量于系统P C 溶剂中，并使系统中 P C 含水体积分数小于2 ，洗涤流出的清稀液与循 环液一并进入下段，洗涤后排人稀液贮槽供循环使 用。所以加入的清水与系统带出水量相当，因此整 个系统水可以维持平衡。 图2 高效回收工艺流程 1 一净化气洗涤塔, Z - - 中N 气洗嵌塔, 3 - - 常解气镜潦塔 4 一稀液泵# 5 一稀菠贮槽1 6 一汽提气洗涤塔 7 一再生塔a 8 - 内蒸檀J 9 一吸收塔 1 1 一3

9、。工艺特点 a ) 实践表明，采用大气液比高效气液传质设备， 如折流型泡罩板塔能满足这要求。 b ) 若严格控制原料气含水量，则系统水平衡决 定终洗段( 即清稀液洗涤段) 的气液比大小，对于高 湿度季节，如湿度大于8 0 时，气液比可取给定范 围的上限，这样系统承能平衡。 c ) 各P C 脱碳厂家可根据原传统回收工艺进行 改造，如仅对原稀液回收塔改造或整体改造，即可应 用本技术。 1 1 4结语 a ) P C 脱碳工艺过程溶剂的回收应着手从回收 工艺改造及操作管理人手，高效回收技术改造的投 资不大，半年内即可收回。 b ) 高效回收技术1 9 9 2 年工业化，1 9 9 3 年通过 南京

10、市科委组织的技术鉴定。1 9 9 4 年获江苏省科技 进步四等奖。自投运以来，操作简单稳定，效果良 好，吨氨气相P C 损耗均稳定低于0 1 k g ，具有广泛 的应用前景。 1 2 低温P C 脱碳技术 国外P C 法脱碳技术称为F l u o r 法，特点是吸收 温度低，一般为0 1 5 ，C 晓分压高。因此，溶剂 吸收c o ：能力较高，损耗较低；目前，国内P C 法普 遍采用常温吸收，一般为3 0 4 0 ，C O ：分压低。 因此，溶剂吸收C O z 能力较低。损耗较高。 纯C O 。在P C 溶剂中溶解度的关联式如下： l o gP c 0 2 = 1 9 3 2 + 0 9 2

11、1l o 朗一6 9 7 1 5 T ( 1 ) 式中 P c 0 2 c 0 2 分压，M P a ，范围在o 2 5 M P a 以内 口平衡溶解度m 3 ( 标) C O ：m 3P C 丁一吸收温度，K 在P c 0 2 为0 5 M P a 条件下，C 0 2 在P C 中的溶 解度与温度的关系见图3 。 T ， 围3C O z 在P C 中的溶解度与温度的关系 由( 1 ) 式和圈3 中看出，在C 晓分压不变条件 下，降低吸收温度，平衡溶解度增高。因此，为了在 较低的操作压力下获得需要的气体净化度、处理能 全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 1 9 力或降低溶剂循

12、环量、节省动力消耗等，吸收操作可 在低于常温的条件下进行，即“低温P C ”脱碳技术。 计算得知：在C O z 分压不变的条件下，吸收温度由 4 0 降到5 时C Q 平衡溶解度可提高1 0 0 “左 右；吸收温度由4 0 降到2 0 。则C 0 2 吸收能力将 提高4 5 左右。 实际证明“低温P C ”脱碳技术是完全可行的，它 所具有的吸收C O z 能力大、净化度高、溶剂损耗低、 利于扩大生产能力等优点。常规装置改为低温法， 必须使用氨冷技术，工艺设计应注意考虑水平衡、冷 量补充及原料气硫含量等问题。随着一些工厂的生 产能力的扩大，P C 脱碳这部分已成为扩产中的“瓶 颈”，采用低温P

13、C 脱碳技术是较佳的选择。因此， 必将有越来越多的厂家应用该技术。 2改良H S 技术 H S 技术是南化集团研究院的专利技术，它是 在P C 中加入少量( 小于3 ) 特殊的添加剂，达到一 次脱除原料气中C O ：和硫化物的方法，特点是脱硫 效率比P C 法提高数十倍，脱除C O 。效率一致。H S 技术1 9 9 3 年4 月开始工业化，1 9 9 4 年1 0 月通过化 工部主持的技术鉴定，1 9 9 5 年获化工部科技进步二 等奖，1 9 9 6 年获国家科技发明三等奖，并被国家科 委列为“国家级科技成果重点推广计划”项目。目 前，已有近3 0 家工厂应用，大多数厂取得了较好的 经济效

14、果。 改良H S 技术是在H S 溶剂的基础上，从调整、 筛选添加剂组分及工艺改良等几方面着手研究开发 出来的，其添加剂命名为L H s 一1 型脱硫催化剂。 2 1 改良H S 技术特点 与H S 技术相比具有以下特点；1 ) L H S l 型 脱硫催化剂的加人量小于1 # 2 ) 脱硫效率更高，如 常解C 0 2 气中H z S 含量小于5 1 0 一净化气中H 。 s 含量检不出；3 ) L H S 一1 添加荆经过预处理，溶液 牯性消失，活性加强；4 ) L H S 一1 添加剂能降低硫颗 粒的表面张力，硫分离更为有利；5 ) L H S 一1 添加剂 成本下降I 3 。 改良H S

15、 技术使用简单。对于已经采用P C 脱 碳的厂家，原装置不需作任何改变，只需在P C 溶剂 中加入L H S l 型脱硫催化剂，就能使原P C 脱碳 工艺过渡为改良H S 工艺。 在尿素生产中，采用改良H S 技术后可省去变 换气，常解C O t 气两道脱硫工序；在甲酵生产中，改 良H S 技术可在脱碳的同时，一次将各种硫化物脱 除至工艺指标以下，不需设置租脱硫、有机硫水解等 多道精脱硫装置。 2 2 技术经济效果 目前，国内应用P C 脱碳技术的厂家，特别是配 尿素、联醇型厂家，随着原料煤的成本上涨，已使用 或部分使用高硫煤、高硫焦炭等为制气原料，造成原 料气中的H 。s 和有机硫含量大幅上

16、升。为此，大多 采用了变换气湿法加干法脱硫工艺，对P C 脱碳系 统进行把关，以防脱碳系统出现硫堵，影响生产稳定 运行。 由于变换气湿法及干法脱硫工艺脱硫的净化度 不是很高，且脱有机硫( 主要为C O S ) 效率低，据词 查国内的湿式氧化法脱硫技术其脱除有机硫的效率 一般为4 0 以下。因此，对于配尿素型的P C 脱碳 系统，其常解c O z 在进人尿素C O z 压缩机前仍需采 用干法脱硫，尽管常解C O ：中H 。s 含量并不是特别 高，但由于常解C O 。中C O z 含量大于9 8 ，造成干 法脱硫效果不是很理想，脱硫剂更换频繁。在这种 情况下，使用L H s 一1 型脱硫催化剂就尤为适合，由 于变换气进P C 脱碳系统的H ：s 含量已不是很高， 加上L H S 一1 本身所具有的特性，加人L H S l 后 P C 脱碳系统根本不会形成硫堵，并且完全去掉常解 C O 。