NHD脱碳双塔并联装置有关生产问题的分析

2022-09-11

聚乙二醇二甲醚 (简称NHD) 是兖矿鲁南化肥厂与南京化学工业集团公司研究院、杭州化工研究所共同开发成功的一种新型、高效脱硫脱碳溶剂。NHD气体净化技术系脱除酸性气体的物理吸收新工艺。2003年, 投资27亿元的兖矿国泰化工有限公司年产20万吨醋酸和24万吨甲醇项目的气体净化都采用NHD脱硫脱碳, 并于2005年顺利投产, 实现了当年投产, 当年见效的可喜效果。2007年7月, 兖矿国泰化工有限公司在原产20万吨醋酸的基础上, 又对系统进行10万吨扩产改造, 脱碳系统主要增加脱碳塔一台, 氨冷器一台, 脱碳泵两台, 新增的这些设备与原来的设备并联使用, 取得了良好的效果。经过近几年的摸索、实践, 系统目前已经达到了年产35万吨醋酸的生产能力。

一、NHD溶剂的脱碳机理

NHD溶剂具有良好的脱硫脱碳性能, 是一种优良的物理吸收溶剂, 在一定的温度和压力条件下, 对CO2气体有很强的吸收能力, 对脱水、脱油也具有一定的功效。

NHD法脱碳过程具有典型的物理吸收特征。CO2在NHD溶剂中的溶解度能较好地服从亨利定律, 它们随压力升高、温度降低而增大。因此, 宜在高压、低温下进行CO2的吸收过程。当系统压力降低、温度升高时, 溶液中溶解的CO2气体释放出来, 实现溶剂的再生过程。

二、双塔并联装置的生产应用及优点

兖矿国泰化工有限公司在10万吨醋酸扩产改造中, 考虑到原系统中的大部分设备具备10万吨扩产的需要, 因此, 只对系统中不能满足扩产需求的部分进行改造, 经过上海设计院的反复论证, 决定在原脱碳系统的基础上增加脱碳塔一台、脱碳泵两台台、氨冷器一台, 并与系统中原有的脱碳塔并联使用即可满足扩产需要。2007年7月, 扩产部分顺利并入系统, 新老两脱碳塔并联使用, 双塔后的气体中CO2含量完全达到了醋酸生产的要求, 随着系统的安全稳定运行, 双塔并联的优点总结如下:

1. 脱碳系统阻力减小。

原系统在入工段气量达到18000m3/h时, 脱碳塔的压差达到15KPa, 而在双塔并联使用后, 在入工段气量达到28000 m3/h时, 两脱碳塔的压差基本维持在3 KPa左右。

2. 脱碳塔的拦液次数大大减少。

原来单塔运行时, 脱碳塔的压差较高, 系统的小幅波动经常会导致脱碳塔拦液现象。而双塔并联后, 双塔的压差都较小, 并联使用一年来, 两塔均未出现拦液现象。

3. 脱碳系统安全稳定运行的周期增加。

由于是双塔并联运行, 系统的小波动不会造成脱碳塔后指标不合格而导致系统停车。由于两台脱碳塔各自有独立的脱碳泵供液, 即使是因为某一台脱碳泵跳车, 也只能是系统减量, 单塔运行, 绝不会导致系统停车。

三、双塔并联装置的生产问题的分析

1. 双塔并联过程中过气量不均匀的问题

两脱碳塔的有关数据如下表所示:

可以看出, 两塔的塔径、填料体积、填料使用时间、出入口管总长度都不一样, 造成两塔的阻力大小不一样, 所以, 在生产过程中, 由于两塔的气体管路未设置流量指示仪表, 生产阶段只能依靠两塔出入口的阀门开度来判断经过两塔的气量, 但由于以上因素影响, 造成两塔的过气量不均匀, 塔后指标的控制较为困难。

经过一段时间的实践和总结, 笔者对两塔过气量不均的问题有了进一步的认识, 目前对两塔过气量不均的问题, 笔者认为只有结合两塔的压差、两塔塔顶及塔底的温度、两塔塔后CO2含量等的数据对比综合考虑, 才能使塔后指标基本控制在指标范围内。

2. 溶液中的水平衡与温度问题

NHD溶剂对水蒸气具有很强的吸收能力。由于原料气温度一般控制在40℃以内, 气体中相对带入水气较多, 虽然二氧化碳气及气提塔放空气能带走一部分水分, 但带入水分远大于带出水分, 因此脱碳溶液中水含量呈累积上升趋势。为保证正常的工艺生产需要, 必须设立给脱碳溶液脱除水分的脱水装置, 保证NHD溶剂中的水质量分数不大于3%。兖矿国泰化工有限公司就采用N2气提再生的NHD脱碳装置, 因其能达到自身的水平衡, 故没设脱水装置。

同时, 操作温度对水含量的影响就较为明显。温度越低, NHD对CO2的吸收效果越好, 但温度越低, 溶液中的水分越不容易被气提, 溶液中的水含量就会逐渐升高。水含较高时, NHD对CO2的吸收能力就要降低, 因此, 选择一个合理的温度控制范围对溶液中水平衡的控制就尤为重要。

3. 高位低压闪蒸槽的压力问题

高位低压闪蒸槽的压力控制对溶液的再生效果尤为关键。压力过高, 脱碳富液在高位低压闪蒸槽内的停留时间大大减少, 且闪蒸的效果差, 溶液的再生效果降低, 进而影响NHD对CO2的再次吸收能力;压力过低时, 虽然有利于闪蒸, 由于高位低压闪蒸槽的液位主要由操作压力控制, 因此, 低压操作会造成高位低压闪蒸槽内的液位升高, 造成CO2管线带液严重, 甚至在管线内形成封堵而影响系统生产。