合成氨系统中碳丙脱碳工艺的改进

合成氨系统中碳丙脱碳工艺的改进

郭云建

（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉 236400）

摘要：在合成氨或尿素生产行业中，其合成氨系统特别是用于生产尿素的合成氨系统，广泛采用碳酸丙烯脂脱除二氧化碳(Co 2 )工艺，通称碳丙脱碳工艺，具有工艺简单、生产稳定的优点，而脱碳泵是碳丙脱碳工艺中的主要用电设备，功率大、能耗高，但是，现有的碳丙脱碳工艺装置构成简单且设置不合理，只设置一个常压中储槽，脱碳塔内的压力远高于中储槽内的压力，使得脱碳泵必须符合一定的扬程要求才能保证系统的正常循环运行，当系统压力为1.8MPa时，脱碳泵扬程必须达到250米，当系统压力为2.1MPa时，脱碳泵扬程必须达到280米，当系统压力为2.7MPa时，脱碳泵扬程必须达到350米，因此，如年产50万吨氨醇的配套碳丙脱碳装置，一般都采用3台各为1600千瓦小时的大功率多极脱碳离心泵，每砘合成氨的电力能耗大于100千瓦小时，这种因装置构成不合理而无法甩掉高能耗设备的现状，直接导致了生产能耗过大，因而大大增加了生产成本，尽管在其中设置了涡轮泵能量回收环节，但效果甚微。

关键词：合成氨；尿素生产；碳丙脱碳

随着合成氨系统工业的不断升级和改造,传统工业在节省、和提高工能上都越来越依赖电子的控制调节正在集中制的头场地车间相对于一开始末楼安装，这个控制系统可以使节能做到更佳。这个系统以连续进料的方式和催化膜接触, 在特定压力和温度的条件下进行吸收,同时改变烃蒸馏,压力变化率, 浓度变化率, 温度变化率等参数, 实现节能的目的。

一、工艺流程
工艺流程由三部分组成: 压缩、冷却、吸收。

1. 压缩: 丙烷和氨在压缩机的帮助下被压缩到高压。
2. 冷却: 在冷却器中压缩后的气体被冷却到指定的温度。
3. 吸收: 在吸收塔中, 通过吸收剂的帮助将压缩冷却后的气体中的氨和二氧化碳吸收, 从而得到纯度较高的氢气。

二、设备需求
用于提取减压的有用到高效的压力喷射器的清洗过滤器和降压稳定装置为，改善通过洗涤液泵排放污染和带来碱性设备调整好生产的重新工的绿外，还要考虑到为了能够将气体中的二氧化碳吸收干净，需要使用到二氧化碳吸收塔。

三、操作条件
在操作过程中需注意以下几点：

1. 为了保证吸收效果，需要控制吸收塔的压力。
2. 控制好进入吸收塔的二氧化碳的量。
3. 控制好吸收剂的量，使其能充分吸收二氧化碳。
4. 控制好洗涤器的洗涤液量，防止污染环境。

四、安全措施
为保证工艺流程的正常运行以及操作人员的安全，需要采取以下措施：

1. 安装安全报警装置，当出现异常情况时，装置会发出警报并自动停机。
2. 在易燃易爆区域，应使用防爆电器设备，并定期检查其可靠性。
3. 在生产现场设置防火墙、防爆墙等安全设施。
4. 对操作人员进行定期培训，提高他们的安全意识以及操作技能水平。
5. 对工艺流程进行定期检查，确保其正常运行。
6. 对设备进行定期维护保养，确保其使用寿命及安全性。
7. 在生产现场设置应急通道及应急器材，以便在突发事件发生时及时作出反应，防止事态扩大化。

五、技术方案分析
本次改进的技术方案是，该装置由程序控制系统、5个变压中储槽、气相管道和分支管道、液相管道和分支管道、自动开关阀、程序控制系统组成，5个变压中储槽上端分别连接有气相管道及其分支管道，在气相管道之间、分支管道之间、气相管道与分支管道之间设置有自动开关阀，净化气均压管道与变换气管道通过自动开关阀与气相管道相连；变压中储槽下方分别连接有液相管道及其分支管道，在液相管道之间、分支管道之间、液相管道与分支管道之间分别设置有自动开关阀，贫液管道、富液管道通过自动开关阀与液相管道相连。在保证脱碳塔和气提塔液位高于变压中储槽顶部的工艺条件下，贫液由气提塔自然流入变压中储槽后，程序控制系统按工艺流程和技术要求向自动开关阀发出开、关动作指令，由5个变压中储槽、相关管道与自动开关阀之间按程序要求完成冲贫液、冲均压、富液反冲置换、压液至闪蒸槽、回收或放空五个工作程序，使变压中储槽内的压力提升至与脱碳塔等压，再变为与闪蒸槽等压，实现一个工作循环，这样就极大地缩短了脱碳泵的扬程，脱碳泵的实际扬程只需略高于脱碳塔的高度，实际扬程≤50米即可达到工作要求，因此可采用小功率脱碳泵，在年产量相同的情况下，本次改进较现有碳丙脱碳工艺装置可节省电能70％-80％。
由于本次改进的合理设置和有效运行，使变压中储槽与脱碳塔内的压力相等，从而可采用小功率脱碳泵完成同样碳丙液的循环流量，本次改进与现有技术相比的优点是，可显著降低生产能耗，从而降低生产成本；适应我国节能减排政策要求，有利环保。
六、附图说明
附图为本次改进合成氨系统中碳丙脱碳工艺的提变压节能装置结构图。


七、具体实施方式
在图中，5个变压中储槽1～5上端分别连接有气相管道6及其分支管道，在气相管道6之间、分支管道之间、气相管道6与分支管道之间设置有包括1-2、1-3、1-5在内的自动开关阀，净化气均压管道7、变换气管道8通过自动开关阀与气相管道6相连；变压中储槽1～5下方分别连接有液相管道9及其分支管道，在液相管道9之间、分支管道之间、液相管道9与分支管道之间分别设置有包括1-1、1-4、1-6、1-7在内的自动开关阀，贫液管道10、富液管道11通过自动开关阀与液相管道9相连。在保证脱碳塔12、气提塔13的液位高于变压中储槽1～5顶部的工艺条件下，程序控制系统17按工艺流程和技术要求向自动开关阀发出开、关动作指令，从而完成五个相互衔接的工艺过程，实现一个工作单循环，其碳丙脱碳的工艺过程为：

第一步，冲贫液，通过程序控制系统17使自动开关阀1-1开启，自动开关阀1-2开启，其它自动开关阀处于关闭状态，此时来自气提塔13的贫液注满变压中储槽1。
第二步，冲均压，此时通过程序控制系统17使自动开关阀1-1关闭，自动开关阀1-2关闭，自动开关阀1-3开启，这时变压中储槽1与脱碳塔12等压，自动开关阀1-4开启，由小功率脱碳泵14为脱碳塔12提供与系统等压的贫液。
第三步，富液反冲置换，当变压中储槽1的液位被抽至控制低点时，通过程序控制系统17使自动开关阀1-4关闭，自动开关阀1-3也关闭，自动开关阀1-5开启，自动开关阀1-6也开启，来自脱碳塔12的富液注满变压中储槽1，将其中的净化气置换出来进入变换气管道8。
第四步，压液至闪蒸槽15，富液注满变压中储槽1后，通过程序控制系统17使自动开关阀1-5关闭，自动开关阀1-6也关闭，自动开关阀1-7开启，根据碳丙液吸收二氧化碳(C O2 )的特点，自动开关阀1-7开启后将造成变压中储槽1与闪蒸槽15等压，这时大量二氧化碳(C O2 )等气体析出，将变压中储槽1中的碳丙液压至闪蒸槽15中，本装置中设置的通过自动开关阀与气相管道6相连的均压管线16，根据工艺条件可做均压使用。
第五步，回收或放空，此时通过程序控制系统17使自动开关阀1-2开启，其它自动开关阀关闭，回收变压中储槽1中的闪蒸气或放空。
本装置也同样适合高扬程、高能耗，用作洗涤或吸收的工业系统的节能改造。