浅谈合成氨系统变压吸附脱碳扩能改造

李国昶

【摘要】：中国平煤神马集团蓝天化工股份有限公司遂平化工厂60kt/a合成氨系统2009年以前采用的是半脱碳（脱碳能力小）的形式，即变换气一部分经脱碳，一部分直接进入碳化塔生产碳酸氢铵，后因市场原因碳酸氢铵滞销，库存加大面临停产，公司决定在原来基础上再上一套变压吸附脱碳装置实行全脱碳，并对老脱碳系统进行改造，产品结构调整力度加大，并且原来的放空气进行了回收，抽真空气气体中二氧化碳的纯度的得到了提高，为生产食品级液态二氧化碳提供了优质原料气。

【关键词】变压吸附脱碳 吸附塔 改造 扩能 真空泵 压缩机

中图分类号： TB652 文献标识码：A 文章编号：

中国平煤神马集团蓝天化工股份有限公司遂平化工厂60kt/a合成氨系统2009年以前采用的是半脱碳（脱碳能力小）的形式，即变换气一部分经脱碳，一部分直接进入碳化塔生产碳酸氢铵，后因市场原因碳酸氢铵滞销，库存加大面临停产，公司决定在原来基础上再上一套变压吸附脱碳装置实行全脱碳，并对老脱碳系统进行改造，产品结构调整力度加大，并且原来的放空气进行了回收，抽真空气气体中二氧化碳的纯度的得到了提高，为生产食品级液态二氧化碳提供了优质原料气。

1 变压吸附脱碳工作原理

变压吸附脱碳工作原理是变压吸附脱碳以物理吸附为基础,利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量并且在一定的吸附压力下对被分离的气体混合物又有选择性吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组份，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附塔循环地变动所组合的各循环塔的压力就可以达到连续分离气体混合物的目的。

本装置就是采用变压吸附技术从变换气中脱除二氧化碳气体，即利用所采用的吸附剂加压时吸附原料气中的二氧化碳和水组份，难吸附的组份如氢气、氮气、一氧化碳、甲烷等作为产品气由吸附塔顶部引出，减压时被吸附的二氧化碳与水组份脱附，同时吸附剂获得再生，从而达到气体分离的目的。

2 原脱碳工艺流程及主要设备

（1）遂平化工厂原脱碳系统工艺流程是变换气（原料气）在其压力和温度下，进入水分离器，将水份分离掉，分离出的水通过低点排出。分离游离水后的变换气，进入吸附塔，脱去杂质组份的气体（产品气）则从吸附塔上端引出，送往碳化工段。

主要设备参数见表一

表1主要设备参数

设备名称规格型号 数量/台

吸附塔￠1600mm6

均压塔￠1600mm2

水分离器￠1200mm1

回收罐￠12001

油泵站CB-50-E 2

水环式真空泵 2BEA-303A-O2

煤气压缩机VHN-16/8-1 2

3运行及改造情况

该变压吸附脱碳装置于2000年11月开始兴建，2001年7月装置开始运行，当时主要为了解决生产中两氨不平衡的问题，即解决生产中氨水不足的问题，处理气量较小，且当时并未考虑抽真空气体中二氧化碳的纯度问题。当时的运行程序除了吸附、压力均衡降、压力均衡升、抽真空、回收、终充之外还有顺放和逆放两个过程，气体有一定的损失。为了满足现有生产需要加大处理气量，提高抽真空气体中二氧化碳的纯度，经设计单位多次研究提出技术改造方案，更该工艺流程，由原来的六塔吸附改成九塔吸附增大了处理气量，运行程序中的顺放和逆放过程也被改成了回收，减少了气体损失。更改真空泵型号和增加真空泵台数增加吸附塔抽空能力，添加少量高效脱碳吸附剂增强了吸附效果，提高了抽真空气体中二氧化碳的纯度。2009年底原变压吸附脱碳脱碳改造完成，2010年1月又新增一套九塔变压吸附脱碳装置，新变压吸附脱碳装置在老变压吸附脱碳装置基础之上采用最新工艺设计，均压采用塔与塔之间直接均压的设计减少了均压装置（均压罐）的投入且处理能力比老装置还大处理能力能达到30000m3/h以上。

老装置经过改造和扩能加之新增加的装置，这样整个系统就达到了全脱碳的能力，这样一来就加大了产品结构调节力度，即可全出碳酸氢铵又可全出液氨，也可既出碳酸氢铵又出液氨，可随时因市场对产品需求而进行调整各个产品的产量。通过运行我们也总结出了影响抽真空气体中二氧化碳的纯度的因素，a）吸附时间的长短，吸附时间越长则抽真空气体中二氧化碳的纯度越高，反之则越低。b）水压的高低，一次水压低，则真空泵用水量少真空度低导致抽真空气体中二氧化碳纯度偏低，反之则效果更佳。c）程控阀内塞磨损情况，若程控阀磨损严重则导致程控阀漏气影响真空度，进而影响二氧化碳纯度。d）回收压缩机活门完好情况，若回收压缩机活门漏气则导致回收压缩机打气量差二氧化碳纯度低，反之则经常保持活门完好也会改善二氧化碳纯度。改造完成后，加之运行情况的改善抽真空气体中二氧化碳纯度的提高也为新增加的食品级液态二氧化碳装置提供了优质的原料。既减少了二氧化碳的放空和对环境的污染，又增加了收入可谓一举三得。

4 经济效益

该装置总投资3000万元（包括原装置的改造和新增加的装置）全脱两装置同时满负荷运行，投入运行后两装置能满足生产要求，实际两装置总生产负荷可达40000m3/h,所有工艺指标优于设计指标，回收的高纯度二氧化碳送往液态二氧化碳装置，日回收达150000m3,每立方米按0.7元核算，一年可收回投资。与原来相比，日增加收入10万多元，经济效益可观。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。