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氨对低温甲醇洗系统运行的影响及调控措施

[日期:2022-10-14] 来源:《中氮肥》2022年第5期  作者: [字体: ]

谢辉

(安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽 临泉236400

 

[摘  要]目前煤化工装置广泛采用低温甲醇洗工艺脱硫脱碳,低温甲醇洗系统内存在氨是普遍现象,由此会对系统的运行产生多方面的影响。安徽晋煤中能化工股份有限公司三期低温甲醇洗系统20215月出现了一次较长时间的净化气硫含量跑高事件,当时系统减负荷维持生产,起初对原因的分析停留在工况波动上,仅对系统吸收控制指标进行了调整,效果不明显;后组织技术人员进行综合排查与分析,确认净化气硫含量跑高为循环甲醇中氨含量偏高所致。经讨论,中能化工从减少各种途径氨带入量和增大系统氨排出量两方面着手控制系统内氨含量,最终通过采取一系列调控措施使低温甲醇洗系统工况恢复了正常,并基于此次事件总结了日常生产中低温甲醇洗系统生产管理的要点。

[关键词]低温甲醇洗系统;工艺流程;净化气硫含量高;氨含量;氨的形成;氨进入途径;影响;调控措施

[中图分类号]TQ113.26+4.3   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202205-0015-04

 

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安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称中能化工)有3套低温甲醇洗系统,均采用大连理工大学低温甲醇洗工艺,其主要任务是对变换气进行脱硫脱碳,并副产CO2用作航天炉气化装置粉煤进料载气和尿素装置的原料气。

三期低温甲醇洗系统是中能化工600 kt/a合成氨原料路线调整节能技术改造项目”(简称三期项目) 配套的变换气脱硫脱碳系统,于20205月投运。三期项目主工艺系统流程为,航天炉粉煤加压气化制取的粗合成气,经可控移热变换系统将粗合成气中的CO转化为CO2,同时将变换气中的有机硫化物转化为易于吸收脱除的H2S等,变换气经热量回收和洗氨处理后进入低温甲醇洗系统进行脱硫脱碳,净化气经冷量回收后送往液氮洗系统、氨合成系统。

三期项目变换系统设置有变换气脱氨塔和变换冷凝液汽提塔。变换气脱氨塔主要用于将变换气中夹带的少量气态氨洗涤脱除,以减少变换气带入低温甲醇洗系统的氨量。变换冷凝液汽提塔主要利用蒸汽(1.3 MPa)汽提作用处理变换系统各分离器内产生的冷凝液和脱氨塔产生的洗涤液,经汽提后,液相溶解的游离氨经液面传质作用进入气相排出系统,汽提后的废液返回气化灰水系统循环利用;日常生产中会定期对变换冷凝液汽提塔处理后的废液进行pH测定和氨氮含量分析,以知晓汽提塔的汽提效果,减少气化灰水的含氨量。

三期项目低温甲醇洗系统投运以来运行稳定,净化气和CO2产品气硫含量等主要工艺参数优于设计值。但三期项目低温甲醇洗系统20215月出现过一次较长时间的净化气硫含量跑高事件,经多方排查和分析后,确认为低温甲醇洗系统循环甲醇氨含量偏高所致,随即据系统运行的实际情况制定了相应的调控措施,通过近2周的工艺调整,低温甲醇洗系统工况恢复正常。以下对有关情况作一介绍。

1  低温甲醇洗系统工艺流程简介

中能化工三期项目低温甲醇洗系统采用大连理工的九塔流程(如图1),包括H2S/CO2吸收塔、闪蒸塔、循环甲醇闪蒸塔、气提/CO2解吸塔、常温气提塔、热再生塔、甲醇/水分离塔、排放气洗涤塔。变换气中的H2SCO2分别在H2S/CO2吸收塔的H2S吸收段和CO2吸收段被贫甲醇洗涤吸收,完成吸收的富硫甲醇和富碳甲醇分别进入中压闪蒸塔,闪蒸出甲醇富液中溶解的气体后进入气提/CO2解吸塔进行CO2闪蒸和惰性气气提(为降低气提/CO2解吸塔的负荷和充分回收CO2气,富碳甲醇去气提/CO2解吸塔前抽出一股经循环甲醇闪蒸塔后再去气提/CO2解吸塔);富甲醇经闪蒸和气提后去往常温气提塔,在常温气提塔内用惰性气进一步气提甲醇溶液中残留的CO2气,以降低热再生系统的负荷;经常温气提后的甲醇去往热再生塔加热再生后得到的贫甲醇循环使用;系统各点排放气送往排放气洗涤塔,排放气在排放气洗涤塔内经水洗后排入大气;甲醇/水分离塔用以处理尾气洗涤水及系统各分离器产生的含醇冷凝液等。

2  低温甲醇洗系统净化气硫含量跑高事件

20215月中旬,三期项目低温甲醇洗系统出现一次净化气硫含量跑高事件,分析显示净化气中硫含量达0.22×10-6(净化气硫含量指标为0.1×10-6以下),而正常生产时该指标一般仅为0.04×10-6。由于硫化物为氨合成催化剂的毒物,可造成其永久失活,为确保氨合成催化剂的使用寿命,当时系统被迫减负荷生产——净化气总量由11×104 m3/h(标态,以下无特别说明处均为标态)减至9.5×104 m3/h,之后再减至8.8×104 m3/h维持生产,减量生产给三期项目的产量和物料消耗带来了较大的影响。起初对净化气硫含量跑高原因的分析停留在工况波动上,仅对系统吸收控制指标进行了调整,效果不明显;在减负荷维持生产期间,中能化工组织技术人员进行综合排查与分析,最终确认净化气硫含量跑高的主要原因为循环甲醇中氨含量偏高。

3  氨的形成与氨进入低温甲醇洗系统的途径

正常生产过程中,由于气化副反应、变换副反应、循环甲醇氨冷器泄漏以及各种物料带入等,不同形式的氨或铵盐会被带入低温甲醇洗系统,尤以气化副反应产生量居多。

航天炉粉煤加压气化制取粗合成气的过程中,在气化炉内高温高压的环境下,煤中含氮元素的有机物分子以及气化氛围下氮气分子结构会被破坏,在与其他物质被破坏后的化学基团结合时,会有少量的气态氨形成,这在以氮气作为粉煤输送载气时较为显著,氮气和二氧化碳分别作为粉煤输送载气时所产粗合成气(干气)组分(摩尔分数)的对比见表1。可以看出,煤气化阶段粗合成气中氨总量并不大,但以氮气为输煤载气和以二氧化碳为输煤载气相比,两者产气中氨含量相差达6倍之多,即在粉煤气化阶段氮气作为输煤载气对粗合成气中氨含量的影响更为显著,因此,条件允许时应尽量避免选择氮气作为粉煤输送载气。

更多内容详见《中氮肥》2022年第5

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