刘 辉，王辛龙，杨秀山
（四川大学化学工程学院，四川 成都610065）
［摘 要］ 云南云天化股份有限公司云峰分公司合成氨装置设有2套脱碳系统（并联运行），分别为DETA催化热钾碱法脱碳系统和NHD脱碳系统。简介热钾碱法脱碳工艺和NHD脱碳工艺的工艺原理、工艺流程，对云峰公司的热钾碱法脱碳系统与NHD脱碳系统的能耗情况、运行费用及生产控制要素进行对比分析，得出NHD脱碳工艺较热钾碱法脱碳工艺能耗低且在目前的工艺条件下还有优化空间的结论，并指出实际生产中应合理调整2套脱碳系统的运行负荷以实现其更高效、经济运行。
［关键词］ 合成氨装置；热钾碱法脱碳工艺；NHD脱碳工艺；运行情况；生产控制；优化改进计划
［中图分类号］ TQ113.26+4［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）02-0036-04
1 概 述
云南云天化股份有限公司云峰分公司（简称云峰公司）合成氨装置始建于1966年，1971年12月建成投产。原设计合成氨产能为45 kt/a；1976—1978年开展合成氨装置挖潜改造，完成“4.5填平补齐”技改工程，经填平补齐，合成氨装置产能由45 kt/a提升至60 kt/a；1984—1986年开展联醇技改，合成氨装置从纯氨工艺改造成联醇工艺，粗甲醇产能为15 kt/a；1994年10月完成合成氨装置“6改10” 技改工程，合成氨产能由60 kt/a提升至100 kt/a，且为配合磷铵工程液氨使用需求，在“6改10” 技改的同时增加了热钾碱脱碳系统；1998年为配合双硝工程液氨使用需求，又增加了NHD（聚乙二醇二甲醚）脱碳系统。NHD脱碳系统设计能力为80 kt/a，变换气处理量45 000 m3/h；DETA催化热钾碱法脱碳系统设计能力为60 kt/a，变换气处理量30 246 m3/h；2套脱碳系统并联运行，运行压力均为2.7 MPa，经脱碳系统处理后要求净化气中CO2含量在1.0%以下。现2套脱碳系统长周期、稳定运行，消耗控制良好。
2 脱碳工艺分类及原理
湿法脱碳按脱碳机理分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法3类。
物理吸收法是利用溶剂分子官能团对不同分子聚合力的不同而选择性地吸收；吸收剂的吸收能力仅与被溶解气体的分压成正比，减压闪蒸或惰性气气提即可使溶剂再生。物理吸收法按脱碳溶液的不同又分为水洗法、碳丙法（PC法）、聚乙二醇二甲醚法（Selexol法）、NHD法、低温甲醇洗等。水洗法是最古老的方法，因其吸收能力差、电耗高、H2和N2损失大，现已基本不用。碳丙法（PC法）是典型的物理吸收法，因其再生能耗低使用广泛，但其存在循环量大、溶剂损失大、CO2回收率低、溶剂析硫易引起系统堵塞［1］的缺点。NHD法是南化公司研究院开发的与Selexol法相似的净化工艺，其主要优点为：总能耗低，气体洁净度高，溶剂损失少，H2和N2溶解损失少；具有脱除CO2和硫化物的双重功能；溶剂化学稳定性好、不发泡、不降解、对碳钢设备无腐蚀。
化学吸收法是以碱性溶剂为吸收剂，使碱性溶剂与CO2反应生成不稳定的化合物而吸收CO2，当富液温度升高、压力降低时，生成的化合物分解释放出CO2而使溶剂获得再生。
2.1 DETA催化热钾碱法脱碳工艺原理
DETA（二乙烯三胺）催化热钾碱法以K2CO3水溶液为溶剂、DETA为液相催化剂、钒（KVO3）为缓蚀剂，吸收液在CO2吸收塔内与CO2 含量为26%～30%的变脱气逆流接触，脱除气体中的CO2；吸收了CO2的K2CO3溶液，减压后在CO2再生塔内进行加热汽提再生，之后循环使用［2］。
DETA催化热钾碱法吸收脱除CO2的过程是一个化学吸收过程，K2CO3水溶液吸收CO2的反应分以下几步进行：
更多内容详见《中氮肥》2019年第2期