(江苏晋煤恒盛化工股份有限公司，江苏 新沂 221400)

江苏晋煤恒盛化工股份有限公司是以煤炭为主要原料生产农用化肥的企业，1958年建厂，现已形成年产500 kt合成氨、800 kt尿素、300 kt甲醇的生产能力。2007年投资兴建了200 kt/a低压甲醇系统，开车运行后发现，变换后的净化气中CO2含量不好控制，达不到设计要求(≤3.3%)，只能控制在3.6%左右；变压吸附脱碳真空泵出口放空气中CO2浓度低，造成有效气损失大。为提高装置生产效率，针对其暴露出来的问题，进行了技术改造。

1 变压吸附脱碳装置简介

由于流程中的煤气压缩机二段出口压力偏低，变压吸附脱碳装置运行时吸附压力只有0.65 MPa左右，达不到设计运行压力0.75～0.85 MPa。吸附压力低，为保证净化气中CO2浓度满足甲醇产量的要求，只能缩短吸附时间，导致吸附塔吸附时间不够，CO2吸附不饱和，造成真空泵出口放空气中CO2浓度低，有效气损失大。加之装置吸附塔数量偏少，均压次数不够，造成抽真空前吸附塔内的剩余压力比较高，抽真空后吸附塔内压力最低只能达到-0.07 MPa，达不到设计要求(≤-0.08 MPa)，导致吸附塔再生不完全，影响下一循环的吸附效果。

变压吸附脱碳装置包括9个吸附塔、79台程控阀、4台2BEC-52型水环式真空泵、2台回收压缩机。装置的处理气量为62 000 m3/h，操作弹性为20 000～68 000 m3/h。其工艺流程如图1所示。

图1 变压吸附脱碳装置工艺流程简图

9个吸附塔由79台程控阀、2个调节阀通过管线相连。当其中2个吸附塔进行吸附操作时，其余7个吸附塔处于循环过程的不同阶段。9个吸附塔循环操作，达到连续处理原料气和输出产品气的目的。每个吸附塔在一次循环中都必须经历吸附(A)、压力均衡降1(1L)、压力均衡降2(2L)、压力均衡降3(3L)、压力均衡降4(4L)、压力均衡降5(5L)、压力均衡降6(6L)、压力均衡降7(7L)、回收(H)、抽真空(U) 、压力均衡升7(7R)、压力均衡升6(6R)、压力均衡升5(5R)、压力均衡升4(4R)、压力均衡升3(3R)、压力均衡升2(2R)、压力均衡升1(1R)及最终升压(FR)等18个步骤。

2 变压吸附脱碳装置技术改造方案

改造后装置包括12个吸附塔(增加3台)、130台程控阀(增加51台)、4台2BEC-52型水环式真空泵、2台回收压缩机、2台置换压缩机(增加)。装置的处理气量为62 000 m3/h，操作弹性为20 000～68 000 m3/h。设计运行压力 0.65～0.70 MPa(据压缩机出口压力而定)，改造后的工艺流程如图2所示。

图2 改造后变压吸附脱碳装置工艺流程简图

12个吸附塔由130台程控阀、2个调节阀通过管线相连。当其中2个吸附塔进行吸附操作时，其余10个吸附塔处于循环过程的不同阶段。12个吸附塔循环操作，达到连续处理原料气和输出产品气的目的。每个吸附塔在一次循环中都必须经历吸附(A)、压力均衡降1(1L)、压力均衡降2(2L)、压力均衡降3(3L)、压力均衡降4(4L)、压力均衡降5(5L)、压力均衡降6(6L)、压力均衡降7(7L)、压力均衡降8(8L)、压力均衡降9(9L)、压力均衡降10(10L)、回收(H)(同时置换) 、抽真空(U) 、压力均衡升10(10R)、压力均衡升9(9R)、压力均衡升8(8R)、压力均衡升7(7R)、压力均衡升6(6R)、压力均衡升5(5R)、压力均衡升4(4R)、压力均衡升3(3R)、压力均衡升2(2R)、压力均衡升1(1R) 及最终升压(FR)等24个步骤。

本变压吸附脱碳置换装置是在原脱碳装置的基础上增加3个吸附塔和一套置换系统形成的。采用置换系统的目的是为了进一步提高变压吸附脱碳装置有效气的回收率，同时还可以将抽真空放空气中的CO2浓度大大提高。

3 改造效果

改造后装置运行情况为，原料气流量60 000～66 000 m3/h，原料气压力0.65～0.70 MPa，吸附压力0.62～0.66 MPa，原料气成分(平均值)H258.2%、CO 23.5%、CO214.0%、N23.0%、CH40.9%、O20.4%，抽真空放空气成分(平均值)CO295.5%、CO 2.3%、O21.0%，真空泵出口气中CO2浓度2.5%(平均值)。

依据上述数据，对变压吸附脱碳装置进行物料衡算。假定H2、CO、N2、CH4、O2的回收率分别为99.5%、98.5%、99.0%、98.0%、90.0%，则净化气总量为60 000×(0.582×0.995+0.235×0.985+0.03×0.99+0.009×0.98+0.004×0.90)÷0.975=52 473 m3/h，净化气中CO2为52 473×0.025=1 311 m3/h；由于本装置没有其他放空气，只有抽真空放空气，则抽真空放空气总量为60 000-52 473=7 527 m3/h，抽真空放空气中CO2的量为60 000×0.14-1 311=7 089 m3/h，抽真空放空气中CO2浓度为7 089÷7 527=94.2%。

通过上述计算数据可以看出，只要我们分析的抽真空放空气中CO2平均浓度达到94.2%以上，就能证明本装置H2的回收率已达99.5%、CO的回收率已达98.5%。而我们分析的抽真空放空气中CO2平均浓度实际为95.5%，这充分证明了本变压吸附脱碳置换装置完全达到并超过了设计要求(设计要求：H2回收率≥99.5%，CO回收率≥98%)。

4 结 语

综上所述，本变压吸附脱碳置换装置的应用是非常成功的，大大提高了装置有效气的回收率，H2回收率由99%提高到99.5%，CO回收率由96%提高到98.5%，这就意味着甲醇产量将提高1.2%以上，每年多产甲醇2 000 t左右。同时，由于原来排放到大气中的抽真空放空气中CO2浓度达到生产液体CO2的要求，并将放空气送往一清洁生产项目生产液体CO2，减少了温室气体的排放。因此，本次变压吸附脱碳装置的改造，既达到了节能降耗的目的，又起到了环保综合治理的效果，给公司带来了较好的经济效益和社会效益。