干法脫碳替代濕法脫碳技術對比及應用分析

張佩蘭

(河南神馬尼龍化工有限責任公司 ,河南平頂山 467013)

干法脫碳替代濕法脫碳技術對比及應用分析

張佩蘭

(河南神馬尼龍化工有限責任公司 ,河南平頂山 467013)

對干法變壓吸附脫碳技術與濕法脫碳技術進行了簡述,采用實際運行數(shù)據(jù)從技術、經(jīng)濟、運行、環(huán)保等方面進行對比分析,通過采用技術替代的工程應用闡明了干法 (變壓吸附)技術替代傳統(tǒng)濕法脫碳的優(yōu)勢和推廣價值。

干法脫碳 ;濕法脫碳 ;技術替代

某化工公司制氫裝置擔負著對三套主要生產(chǎn)裝置供應純氫的任務。該裝置采用富氧造氣技術將焦炭轉(zhuǎn)化為半水煤氣,通過栲膠脫硫、變換、HS脫硫脫碳、變壓吸附氫精制工藝得到純氫送往后序工段。為了配合公司的擴產(chǎn)要求,制氫裝置 HS脫硫脫碳工序處理變換氣能力要求從21 000 Nm3/h提高到36 000 Nm3/h,生產(chǎn)能力提高了 71.4%。在經(jīng)過詳盡、細密、慎重的工藝路線分析和對比后,確定了用干法變壓吸附技術替代 HS法脫硫脫碳技術的改造方案。該項目于 2007年9月 28日一次投料試車成功,通過近幾年的穩(wěn)定、長周期生產(chǎn)應用,完全體現(xiàn)了干法變壓吸附脫碳替代濕法脫碳技術的優(yōu)越性和在同行業(yè)的推廣價值。

1 工藝技術及應用的對比

1.1 HS濕法脫碳脫硫工藝及應用

HS法脫硫脫碳技術是在碳丙脫碳的基礎上加入 HS添加劑,使其成為集脫碳、脫硫能力于一體的凈化技術,其工藝流程分三種:氣體流程即變換氣的吸收、分離、洗滌;溶液流程即貧液、富液的吸收、閃蒸、解吸等再生;回收流程即溶液洗滌、回收。

1.2 工業(yè)應用過程中存在問題

①硫堵問題:該問題比較突出,表現(xiàn)在吸收塔、再生塔、溶液冷卻器、過濾液冷卻器等設備,硫堵情況嚴重,平均 5～6個月需清塔一次,否則不能保證系統(tǒng)連續(xù)運行一年。塔堵除影響系統(tǒng)生產(chǎn)外,清塔勞動強度高、溶液損失大,并造成環(huán)境污染;②消耗問題:該工序溶液消耗指標偏高,為此設有凈化氣、閃蒸氣、常解氣、汽提氣、洗滌回收設施,因氣相夾帶較高,效果不佳。設備運行也有泄漏,主要溢出點為:閃蒸槽安全閥 (超壓)、吸收塔進氣管 (失壓)、再生槽底部人孔 (檢修不當)、清液槽 (壓濾機漏液大);③腐蝕問題:碳丙對生產(chǎn)控制系統(tǒng)精密儀表的潛在腐蝕,如引發(fā)調(diào)節(jié)閥故障帶來數(shù)次系統(tǒng)停車,損失巨大;④環(huán)保問題:因氣相夾帶放空和泄漏,氣味難聞,影響空氣質(zhì)量和職工的操作環(huán)境。

1.3 變壓吸附脫碳技術及應用

1.3.1 變壓吸附脫碳原理及工藝方案

變壓吸附 (PSA)的基本原理是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性,通過周期性的壓力變換過程實現(xiàn)氣體的分離或提純。

變壓吸附脫碳技術采用 10-3-4/P工藝:原料氣進入水分離器除去游離水后送入由 10個吸附塔組成的PSA-CO2/R系統(tǒng),PSA采用 10-3-4&R/V流程 10-3-4&P/V工藝流程,凈化氣在穩(wěn)定的流量和壓力0.95～1.0MPa下輸出直接進入后工序。同時工藝設計考慮了利用氫精制工序解吸氣提高裝置整體回收率的工藝方案,即設計了聯(lián)氫流程。在真空泵循環(huán)水流程的設計上實現(xiàn)了循環(huán)水的重復利用,使真空泵用水直接節(jié)約 40m3/h。

干法脫碳裝置需要處理最大變換氣量為36 000 Nm3/h,氫氣回收率保證值≥99.0%;產(chǎn)品氣中 CO2含量≤3.0%,產(chǎn)品氣中總硫含量≤3×10-6(其中 H2S≤1×10-6,有機硫 ≤2×10-6);聯(lián)氫流程提高系統(tǒng)氫氣回收率≥3%。

1.3.2 工業(yè)應用

該裝置于 2007年9月 28日一次投料試車成功,在近幾年運行時間內(nèi),生產(chǎn)穩(wěn)定,各項技術指標都達到了設計指標,動設備運行平穩(wěn),沒有出現(xiàn)任何故障,滿足長周期運行條件。因制氫整體能力受限,處理變換氣量不具備在 100%負荷下運行,只是在80%～90%運行,產(chǎn)品的合格率一直保持 100%。

2 在操作和環(huán)保方面對比分析

變壓吸附脫碳替代傳統(tǒng)濕法碳丙脫碳后,自動化程度高、操作簡單 。

2.1 操作方面

①徹底解決硫堵清塔問題,避免了清塔勞動強度高、溶液損失大和環(huán)境污染問題的發(fā)生;②徹底消除濾布更換的費用和工人勞動強度;③徹底解決因泄漏、氣相夾帶造成的消耗高問題,而變壓吸附消耗僅為電、汽消耗;④避免了碳丙對生產(chǎn)控制系統(tǒng)精密儀表和后工序的潛在腐蝕威脅,消除了引發(fā)停車的可能性;⑤PSA脫碳自動化程度高,開停車操作方便,日常維護量少,減少了操作人員的勞動強度;⑥開車迅速,能夠切換,能夠穩(wěn)定長周期運行;⑦與濕法脫碳相比,變壓吸附流程簡單,操作安全性更大。

2.2 環(huán)保方面

現(xiàn)場環(huán)境大為改觀,消除了空氣中碳丙氣味,杜絕了溶液的現(xiàn)場泄漏,有利于廣大職工的身心健康。

3 在經(jīng)濟效益方面對比分析

3.1 HS脫硫脫碳工序?qū)嶋H運行費用統(tǒng)計

以每年8000 h計。①碳丙消耗:112 t/a,單價:7000元 /t,費用:78.4萬元;②HS消耗:2t/a,單價:20 000元 /t,費用:4萬元;③濾布消耗 36套 /a,單價:1200元 /套,費用:4.3萬元;④電費:電機總功率 1175 kW,9.40×106kW·h/a,費用:359.6萬元 (單價:0.45元 /(kW·h),電耗以電機額定功率的0.85計);⑤過濾液冷卻器清理費:臺班費 9600元 /a,化學清洗 4萬元 /a。更換墊片 2.4萬 /a),費用總計:7.36萬元;⑥每年均攤聚丙烯填料更換費用 40萬元,總計:473.39萬元。

3.2 干法脫碳運行費用

以每年8000 h計。①電耗:單價0.45元 /kW·h,電耗以電機額定功率的0.85計。電功率 662 kW,5.296×106kW·h/a,費用 202.6萬元 /a;②儀表空氣:1.20×106Nm3/a,費用 10萬元 /a;③年吸附劑折舊費 30萬元,總計:242.6萬元。因此變壓吸附脫碳完全替代濕法脫碳其運行費用每年可節(jié)省230.8萬元,故采用該技術優(yōu)于脫碳 HS濕法脫碳。

4 變壓吸附脫碳技術產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

4.1 改造前后比較

裝置改造前后產(chǎn)品氫與半水煤氣對比見表1。

表1改造后該值與去年同期相比情況

可以看出:變壓吸附脫碳裝置完全投用后,產(chǎn)品氫 /半水煤氣比去年同期值高,甚至比更換 800#吸附劑后還要高出0.017,按目前的負荷半水煤氣17 000 Nm3/h計,可多產(chǎn)氫氣 289 Nm3/h,氫氣成本按 1.17元 /Nm3計,年創(chuàng)經(jīng)濟效益 338.1萬元。

4.2 聯(lián)氫流程運行效益

變壓吸附脫碳設計的聯(lián)氫流程,使部分原本排放到火炬的解吸氣中的氫氣得到了回收利用,可在原有基礎上提高系統(tǒng)氫氣回收率≥3.05%。以回收率提高 3%,現(xiàn)有負荷產(chǎn)氫量 10000 Nm3/h計算,每小時多產(chǎn)氫氣 300 Nm3,每年效益為 280.8萬元。真空泵用水為循環(huán)使用 (極少量外排),較泵用水直排更為經(jīng)濟,年節(jié)約水費 64萬元。綜上分析,PSA脫碳裝置投用后,按目前負荷及氫氣成本 1.17元/Nm3計算,直接年創(chuàng)造經(jīng)濟效益 682.9萬元。

5 結(jié)論

變壓吸附脫碳技改估算總投資約 920萬元。通過脫碳裝置改造,年直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益 682.9萬元,不到 1.4年收回投資,經(jīng)濟效益預測完全可行。同時提高回收率,擴大生產(chǎn)能力,減少環(huán)境的污染,穩(wěn)定了生產(chǎn),為企業(yè)增加效益,完全具有在同行業(yè)借鑒和推廣的價值。

TQ028.8

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1003-3467(2010)16-0104-02

2010-07-18

張佩蘭 (1972-),女,工程師,從事化工工藝技術及項目建設工作,電話:13781823081。