专利名称：一种合成氨脱碳工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及到化工工艺领域，具体指一种合成氨脱碳工艺。
背景技术：
热钾碱工艺(Hot potassium carbonate process)是世界上广泛使用的一种二氧化碳脱除方法。在热钾碱工艺中，碳酸钾溶液吸收二氧化碳反应生成碳酸氢钾；C02在碳酸钾水溶液中的吸收过程是一种可逆反应。溶液的再生则是将已吸收二氧化碳的碳酸氢钾溶液加热分解，释放二氧化碳再生成碳酸钾。反应方程式如下所示:C02+K2C03+H20 <■■- 2KHC03+Q 式(I)由于该反应进行得十分缓慢，必须加入某些物质作为活化剂对反应起到催化作用，大幅度提高反应过程的传质速率和溶液的吸收能力。最常见的活化剂为有机胺。有机胺加速热钾碱吸收CO2的机理为:首先，CO2与有机胺反应形成复合物:C02+RR , NH — RR , NC0CT+H+ 式(2 )形成的复合物水解:RR , NHCOO^H2O <~ ~- HCO3^RR ,NH 式(3 )离子瞬间平衡:
Η++0Γ -- H2O 式(4)在以上的反应历程中，式(3)的反应速率最为缓慢，换言之有机胺吸收C02反应的控制步骤在于氨基甲酸酯的水解反应。早期开发的有机胺活化剂，如二乙醇胺因其在水溶液中与碳酸氢根形成较为稳定的氨基甲酸盐，其水解反应(3)不能迅速的进行，在临近界面的反应带中有机胺被消耗生成氨基甲酸盐，造成有效活化剂浓度的下降和催化作用的降低。传统的热钾碱法，根据多年的操作实际来看，合成气净化度不高，溶液再生度不好，提高生产负荷较困难。针对现有需改造装置而言，由于吸收塔、再生塔及塔底再沸器等关键设备的设计裕量小，若改为MDEA脱碳工艺则需要增加的设备较多，改造投资大，并且受现有设备、管道等的限制，改为MDEA后效果并不明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种CO2吸收能力强、溶液吸收和传质效率高、节约能耗且净化度高的合成氨脱碳工艺用活化剂及脱碳工艺。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:该合成氨脱碳工艺，其特征在于包括下述步骤:上游工序送来的220 240°C、2 3MPa的变换气经过淬冷水泵喷水冷却降温至170 180°C后，进入CO2再生塔塔底再沸器与再生塔底溶液换热，降温至125 135°C ;进入变换气/富液换热器换热出吸收塔的富液，温度降至约115 120°C，经变换气锅炉给水换热器温度降至70 80°C后，进入变换气分离器分离出冷凝水，气相部分进入CO2吸收塔塔底，在CO2吸收塔内与从CO2吸收塔塔顶部进塔的加有消泡剂的200 210t/h的贫液以及从CO2吸收塔塔中部进塔的1150 1180t/h的半贫液逆流接触脱除二氧化碳，CO2吸收塔塔顶出口送出的净化气中CO2体积含量降到0.1%以下，经CO2吸收塔顶分离器气液分离后去甲烷化炉；从CO2吸收塔塔底出来的压力2.4 2.8MpaG、温度为110 120°C的富液经水力透平回收能量，压力降至0.6 1.0MpaG ;进入变换气/富液换热器换热后送入富液闪蒸塔进行一级闪蒸，闪蒸出溶解在富液中的大部分H2和CO，闪蒸汽进入闪蒸汽洗涤塔经来自CO2吸收塔中部的18 22m3/h的半贫液洗涤掉其中的CO2后，送燃气管网利用；从富液闪蒸塔底部送出的闪蒸后的富液加入消泡剂进入CO2再生塔顶部的闪蒸段，在0.04 0.06MpaG压力下进行二级闪蒸，闪蒸出含有CO2和水蒸气的闪蒸汽从CO2再生塔的顶部送出，经CO2再生塔冷凝器冷凝后进入塔顶回流罐，再经过CO2产品冷却器冷却以及CO2洗涤塔的洗涤后，作为CO2产品送出；CO2再生塔上部的闪蒸段闪蒸出的溶液部分进入CO2再生塔下部的气提段进一步解吸再生形成半贫液，另一部分与从CO2再生塔汽提段塔底送出的第一部分贫液汇流，经半贫液泵增压后，进入CO2吸收塔的中段；200 210t/h溶液进入CO2再生塔的气提段后，在CO2再生塔塔底再沸器中与所述变换气换热后被煮沸形成贫液，从汽提段的底部送出；压力0.04 0.08MpaG、 温度约120°C的出CO2再生塔汽提段的第二部分贫液经贫液锅炉给水换热器冷却后，经贫液泵加压，再经贫液冷却器冷却至68°C之后，进入CO2吸收塔上段；从CO2再生塔汽提段塔底送出的第一部分贫液与第二部分贫液的流量比为5 6:1o较好的，所述CO2吸收塔包括相互串联的上塔和下塔，所述上塔的塔径为2000 2500mm，上塔内的填料分为三段，各段填料的高度分别为4500 5000mm，并且相邻的填料段之间设有液体分布器；各段填料又包括高度为280 320mm的上段和下段，其中上段填料由不锈钢材质的厚度0.80mm的鲍尔环散堆形成，所述下段为由碳钢材质的50#鲍尔环散堆形成；所述CO2吸收塔的下塔塔径为3300 3700mm，下塔中所填充的填料也分为三段，每段填料高度为6500 6800mm，并且相邻的填料段之间设有液体分布器；下塔内位于上方的两段填料为50#碳钢鲍尔环，下方填料段为50#不锈钢鲍尔环。吸收塔中填料和分布器的设置能够有效提高通量、降低压降，并提高传质效率，降低净化气中CO2残留量。所述的CO2再生塔由相互串联的上塔和下塔组成，其中，所述上塔塔径为3000 3300mm,上塔内的填料分为三段，每段填料高度6800 7000mm，并且相邻段之间设有液体分布器；其中位于上方的填料段采用厚度为0.17mm的不锈钢JKB-250Y规整填料，位于下方的两填料段采用厚度为1.50mm的聚丙烯50 #阶梯环。CO2再生塔中填料的设置能够有效提高通量、降低压降，并提高传质效率，为增产创造条件。
为了提高脱碳效果，脱碳溶液中含有2.5 3.5wt%，位阻胺活化剂，所述活化剂为二乙醇胺和位阻胺的混合物，两者的重量比为3 5:1。所述脱碳液即为整个流程中所使用的洗涤液，根据其中所溶解的CO2量的不同又分为贫液、半贫液和富液。较好的，所述的位阻胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。所述的规整填料为金属孔板波纹填料。所述的液体分布器为槽盘式气液分布器。在两段填料层之间设置槽盘式气液分布器，起到液体收集与再分布的作用。在每段填料床层下部使用散装填料支撑装置，以使汽液对流流动。与现有技术相比，本发明所提供的工艺流程充分利用了系统内所产生的热量来进行换热，通过整个网络的优化设置以及增设的富液换热器，不仅能使溶解到富液中50%以上H2、C0闪蒸出来，而且利用从再沸器出来低变气与吸收塔出塔的富液换热，一方面减少低变气锅炉给水换热器的负荷，确保进入吸收塔内的气体温度< 75°C，另一方面也提高了富液温度，有利于溶液的闪蒸和再生。本申请所提供的工艺流程相较于现有技术，净化气中CO2残留量从IOOOppm降低到600ppm以下，同时由于闪蒸的作用，CO2产品中氢气含量降低到0.5%以下，并且能够充分利用流程内的热量，节能降耗效果好。
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施例方式以下结合图1实施例对本发明作进一步详细描述。如图1所示，先介绍下该合成氨脱碳工艺中所使用的设备结构:CO2吸收塔6包括相互串联的上塔61和下塔62，上塔的塔径为2300mm，上塔内的填料分为三段，各段填料的高度均为4850mm，并且相邻的填料段之间设有液体分布器(图中未示出)；各段填料又包括高度为300mm的上段和高度为4550mm的下段；其中，上段的填料由不锈钢材质的厚度0.80mm的鲍尔环散堆形成，下段的填料为由碳钢材质的50#鲍尔环散堆形成。CO2吸收塔下塔的塔径为3500mm，下塔中所填充的填料也分为三段，各段填料高度的为6650mm,相邻的填料段之间也设有液体分布器(图中未不出)；下塔内位于上方的两段填料为50#碳钢鲍尔环，下方的填料段为50#不锈钢鲍尔环。CO2再生塔11由相互串联的上塔111和下塔112组成，其中，所述上塔塔径为3100mm,上塔内的填料分为三段，各段填料的高度6900mm，并且相邻段之间设有液体分布器；其中位于上方的填料段采用厚度为0.17mm的不锈钢JKB-250Y金属孔板波纹规整填料，位于下方的两填料段采用厚度为1.50mm的聚丙烯50 #阶梯环。CO2吸收塔和CO2再生塔中所使用的液体分布器均为槽盘式气液分布器。本实施例在富液闪蒸塔塔顶设置闪蒸气压力指示/调节回路，该回路包括压力变送器、压力调节阀及泄压阀。当塔顶压力达到0.9MPa(G)时，压力高报警，同时开启泄压阀泄压；当压力为0.9MPa(G)时，泄压阀关闭。 富液闪蒸塔的塔底设置有液位调节回路，通过塔底管线上的液位调节阀，保证塔底的液位稳定。装置正常运行后，向预装在装置内的脱碳液中加入活化剂，活化剂的加入量为脱碳溶液重量的3.wt%。本实施例中的活化剂为二乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇的混合物，两者的重量比为4:1。随着装置的运行，脱碳液和活化剂均会有一定的消耗，可对脱碳液中活化剂的浓度进行检测，根据检测结果及时补加。具体工艺流程如下:来自低温变换炉的230.0°C, 2.655Mpa G的变换气进入本工序，经过淬冷水泵I喷水冷却降温至177°C，进入CO2吸收塔塔底的CO2再生塔再沸器2与CO2再生塔底溶液换热，降温至约132°C ;进入变换气/富液换热器3换热出吸收塔的富液，温度降至约118°C，经变换气锅炉给水换热器4温度降至75V，再经变换气分离器5分离出冷凝水后进入CO2吸收塔6塔底，在塔内与从塔顶部进塔的加有消泡剂的205t/h的贫液以及塔中部进塔的1166t/h的半贫液逆流接触脱除二氧化碳，使塔顶出口净化气中CO2含量降到0.1%以下，经CO2吸收塔顶分离器7气液分离后去甲烷化炉；从CO2吸收塔6塔底出来的压力2.60MpaG,温度约115°C的富液经水利透平8回收能量，压力降至0.8MpaG ；经过变换气/富液换热器3，进入富液闪蒸塔9进行一级闪蒸，闪蒸出溶解在富液当中的大部分H2和CO，闪蒸汽进入闪蒸汽洗涤塔10经来自CO2吸收塔下段的汽提塔的流量为20m3/h的半贫液洗涤掉其中的CO2后，送燃气管网利用；闪蒸后的富液加入消泡剂后送至CO2再生塔11的闪蒸段111，在0.05MpaG压力下进行二级闪蒸，闪蒸出CO2和水蒸气的闪蒸汽从CO2再生塔11顶部送出，进入CO2再生塔冷凝器12冷凝后进入塔顶回流罐13进行气液分离，分离出的气相进入CO2产品冷却器14冷却后送至CO2洗涤塔15再次洗涤后，作为CO2产品送出。CO2洗涤塔15底部送出的液相经第二 CO2再生塔回流泵16送回塔顶回流罐13。从塔顶回流罐13底部送出的液相经第一 CO2再生塔回流泵17C02从再生塔11的顶部送入CO2再生塔循环使用。CO2再生塔上段闪蒸出的部分溶液出塔后分为两部分，一部分进入CO2再生塔下段的气提段进一步解吸再生形成半贫液；约205t/h溶液进入CO2再生塔11下段气提段后，流向塔底的液相先进入CO2再生塔再沸器2中煮沸形成贫液后送出。出汽提段的贫液也分成第一部分和第二部分。出闪蒸段的另一部分半贫液与从汽提段底部送出的第一部分贫液会流，经过半贫液泵18增压后，进入CO2吸收塔6的中段；出汽提段的压力0.06MpaG、温度约120°C的第二部分贫液经贫液锅炉给水换热器19冷却后，经贫液泵20加压，再经贫液冷却器21冷却至68°C之后，进入CO2吸收塔上段，作为洗漆液。本实施例中，在CO2洗涤塔洗涤水进口管上加一根DN40的脱盐水管22，在CO2洗涤塔补水，既能及时向工艺内补水，还能减少脱碳液中活化剂的损耗。工艺中几个控制点的控制情况如下:a.入吸收塔 变换气温度:75°C，通过调整低变气锅炉给水换热器的水量进行控制。b.入吸收塔贫液温度:68°C，通过调整贫液冷却器的循环水量进行控制。c.入吸收塔贫液流量:205t/h，通过调节阀组调整贫液泵出口流量。d.入吸收塔半贫液流量:1166t/h，通过调节阀组调整泵出口流量。e.闪蒸塔塔顶压力:0.8MpaG，通过压力自调回路调整调节阀的开度进行控制。f.再生塔塔顶压力:表压0.05MpaG，通过压力自调回路调整调节阀的开度进行控制。g.各点液位均由液位自调回路控制。h.贫液再生度:fc=0.25，通过调整供给再生塔底变换气煮沸器的热量，以保证溶液再生质量。1.碳酸钾、活化剂、缓 蚀剂按时进行分析，根据分析结果定量补充。
权利要求
1.一种合成氨脱碳工艺，其特征在于包括下述步骤: 上游工序送来的220 240°C、2 3MPa的变换气经过淬冷水泵(I)喷水冷却降温至170 180°C后，进入CO2再生塔塔底再沸器(2)与再生塔底溶液换热，降温至125 135°C;进入变换气/富液换热器(3)换热出吸收塔的富液，温度降至约115 120°C，经变换气锅炉给水换热器(4)温度降至70 80°C后，进入变换气分离器(5)分离出冷凝水，气相部分进入CO2吸收塔(6)塔底，在CO2吸收塔内与从CO2吸收塔塔顶部进塔的加有消泡剂的200 210t/h的贫液以及从CO2吸收塔塔中部进塔的1150 1180t/h的半贫液逆流接触脱除二氧化碳，CO2吸收塔塔顶出口送出的净化气中CO2体积含量降到0.1%以下，经CO2吸收塔顶分离器(7)气液分离后去甲烷化炉； 从CO2吸收塔(6)塔底出来的压力2.4 2.8MpaG、温度为110 120°C的富液经水力透平(8)回收能量，压力降至0.6 1.0MpaG ;进入变换气/富液换热器(3)换热后送入富液闪蒸塔(9)进行一级闪蒸，闪蒸出溶解在富液中的大部分H2和CO，闪蒸汽进入闪蒸汽洗涤塔(10)经来自CO2吸收塔中部的18 22m3/h的半贫液洗涤掉其中的CO2后，送燃气管网利用； 从富液闪蒸塔(9)底部送出的闪蒸后的富液加入消泡剂进入CO2再生塔(11)顶部的闪蒸段，在0.04 0.06MpaG压力下进行二级闪蒸，闪蒸出含有CO2和水蒸气的闪蒸汽从CO2再生塔(11)的顶部送出，经CO2再生塔冷凝器(12)冷凝后进入塔顶回流罐(13)，再经过CO2产品冷却器(14)冷却以及CO2洗涤塔(15)的洗涤后，作为CO2产品送出； CO2再生塔(11)上部的闪蒸段闪蒸出的溶液部分进入CO2再生塔(11)下部的气提段进一步解吸再生形成半贫液，另一部分与从CO2再生塔(11)汽提段塔底送出的第一部分贫液汇流，经半贫液泵(18)增压后，进入CO2吸收塔(6)的中段； 200 210t/h溶液进入CO2再生塔(12)的气提段后，在CO2再生塔塔底再沸器(2)中与所述变换气换热后被煮沸形成贫液，从汽提段的底部送出； 压力0.04 0.08MpaG、温度约120°C的出CO2再生塔(11)汽提段的第二部分贫液经贫液锅炉给水换热器(21)冷却后，经贫液泵(22)加压，再经贫液冷却器冷(23)却至68°C之后，进入CO2吸收塔上段； 从CO2再生塔(11)汽提段塔底送出的第一部分贫液与第二部分贫液的流量比为5 6:1。
2.根据权利要求1所述的合成氨脱碳工艺，其特征在于:所述CO2吸收塔包括相互串联的上塔和下塔，所述上塔的塔径为2000 2500mm，上塔内的填料分为三段，各段填料的高度分别为4500 5000mm，并且相邻的填料段之间设有液体分布器；各段填料又包括高度为280 320mm的上段和下段，其中上段填料由不锈钢材质的厚度0.80mm的鲍尔环散堆形成，所述下段为由碳钢材质的50#鲍尔环散堆形成； 所述CO2吸收塔的下塔塔径为3300 3700mm，下塔中所填充的填料也分为三段，每段填料高度为6500 6800mm，并且相邻的填料段之间设有液体分布器；下塔内位于上方的两段填料为50#碳钢鲍尔环，下方填料段为50#不锈钢鲍尔环。
3.根据权利要求1或2所述的合成氨脱碳工艺，其特征在于:所述的CO2再生塔由相互串联的上塔和下塔组成，其中，所述上塔塔径为3000 3300mm，上塔内的填料分为三段，每段填料高度6800 7000mm，并且相邻段之间设有液体分布器；其中位于上方的填料段采用厚度为0.17mm的不锈钢JKB-250Y规整填料，位于下方的两填料段采用厚度为1.50mm的聚丙烯50 #阶梯环。
4.根据权利要求3所述的合成氨脱碳工艺，其特征在于:脱碳溶液中含有2.5 3.5wt%，位阻胺活化剂，所述活化剂为二乙醇胺和位阻胺的混合物，两者的重量比为3 5:1o
5.根据权利要求4所述的合成氨脱碳工艺，其特征在于:所述的位阻胺为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
6.根据权利要求5所述的合成氨脱碳装置节能型苯菲尔脱碳工艺改造，其特征在于:所述的规整填料为金属孔板波纹填料。
7.根据权利要求5所述的合成氨脱碳 工艺，其特征在于:所述的液体分布器为槽盘式气液分布器。
全文摘要
本发明涉及到一种合成氨脱碳工艺，其包括下述步骤上游工序送来的变换气经换热后进入CO2吸收塔，与进入CO2吸收塔的贫液以及半贫液逆流接触脱除二氧化碳，送出的净化气，经气液分离后去甲烷化炉；从CO2吸收塔塔底出来的富液换热后送入富液闪蒸塔进行一级闪蒸，闪蒸出大部分H2和CO，从富液闪蒸塔送出的闪蒸后的富液进入CO2再生塔的闪蒸段进行二级闪蒸，气相从闪蒸塔顶部送出，液相进入CO2再生塔的气提段进一步解吸再生形成半贫液，进入CO2再生塔塔底再沸器(2)中与变换气换热后被煮沸形成贫液，从汽提段的底部送出，进入CO2吸收塔上段。与现有技术相比，本发明脱碳效果好，CO2产品中氢气含量降低到0.5%以下，并且能够充分利用流程内的热量，节能降耗效果好。
文档编号C01C1/12GK103214009SQ201310095288
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者吴婷婷, 陈建华, 顾英 申请人:中石化宁波工程有限公司, 中石化宁波技术研究院有限公司, 中石化炼化工程(集团)股份有限公司