低供热源的变压再生工艺制造技术

一种低供热源的变压再生工艺，是对现有热钾碱脱除二氧化碳工艺的改进，其特征在于溶液再生系统采用由加压再生塔的加压闪蒸段与加压汽提段和常压汽提塔以及亚音速喷射器和贫液闪蒸槽组成的变压再生流程，对于“中温变换、一次脱碳、低温变换、二次脱碳、甲烷化”的流程，二次脱碳吸收塔采取上、下两段，上段进低温贫液和下段进高温贫液的分流优化操作，具有使原工艺流程热耗大幅度降低的特点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体净化领域，尤其涉及一种低供热源的变压再生工艺，是对催化热碳酸钾溶液从工业原料混合气体中脱除二氧化碳工艺流程的改进。加入各种催化剂的碳酸钾溶液被广泛地用于合成氨和制氢工业原料气、城市煤气和天然气等混合气体中脱除二氧化碳的生产过程。其工艺流程通常为，气体混合物与催化热碳酸钾溶液在吸收塔中逆流接触，二氧化碳及其它酸性杂质气体被溶液吸收，达到工艺气允许的杂质残留量后送往下工序。吸收了二氧化碳的富液则进入再生塔顶部，由于该溶液中的二氧化碳分压高于气相二氧化碳分压而发生闪蒸，闪蒸后的溶液在再生塔中蒸汽汽提作用下进一步释放出二氧化碳达到工艺指标后泵回吸收塔循环使用，汽提蒸汽是由原料气体在变换反应后带入的热量或外供蒸汽热源在再生塔底部溶液煮沸器中加热溶液使之沸腾蒸发产生的蒸汽。由于此流程能耗高，国内外针对不同温度、压力和组成的混合气体专利技术了各种工艺流程来改进热钾碱脱除二氧化碳工艺，英国专利1484050、美国专利4160810、4198378、4702898报导了各种节能流程，但以上文献报导中合成原料气变换工序的压力都比较高。而我国大多数合成氨生产流程中合成原料气变换工序的操作压力比较低(以煤为原料的变换气压力≤2.2MPa(绝)，以天然气或重油为原料的变换气压力≤1.8MPa(绝))，所以变换后气体中水蒸汽分压也比较低，约为0.4-0.55MPa(绝)，相应的蒸汽饱和温度为145-155℃。而国外典型的以天然气为原料，变换工序操作压力在3.0MPa(绝)左右的变换后气体中水蒸汽分压约为0.8-0.9MPa(绝)，相应的蒸汽饱和温度为170-176℃。由于各种流程变换工序操作温度比较接近，单位体积变换气所携带的热量多少以及品位高低主要由水蒸汽分压决定。因为变换气是热钾碱溶液再生的主要热源，也就是说我国大多数中氮厂变换操作压力较低，供脱碳溶液再生的热量不仅数量少、而且品位低；同时由于煤和重油为原料的合成氨变换气中的CO2相当于天然气为原料的合成氨变换气中CO2含量的140-180％，因此往往由于变换气热量不足，必须补充蒸汽才能满足溶液再生的需要，这样能量消耗比较大，效率也比较低。所以，对于合成原料气变换工序压力比较低的情况，如何减少外供蒸汽用量、降低能耗、提高效率，是一个迫切需要解决的实际问题。本专利技术的目的就是针对变换压力较低的合成氨混合原料气的温度、压力和组成条件，给出一种低供热源变压再生工艺，对现有热钾碱脱除二氧化碳工艺进行改进，尽可能地充分利用变换气带入的热量，使溶液再生热耗显著降低，从而大幅度减少外供蒸汽用量，甚至不需要外供蒸汽。本专利技术是对现有热钾碱脱除二氧化碳工艺的改进，提供了一种低供热源的变压再生工艺，其特征是溶液再生系统采用由加压再生塔的加压闪蒸段与加压汽提段和常压汽提塔以及亚音速喷射器和贫液闪蒸槽组成的变压再生流程。加压再生塔塔顶压力范围是0.14-0.18MPa(绝)，以加压再生塔塔顶出来的CO2再生气作为亚音速喷射器的动力气来抽吸常压汽提再生塔，使常压再生塔塔顶压力范围在0.095-0.105MPa(绝)，在不允许出现负压时，塔顶压力范围在0.1002-0.102MPa(绝)；加压闪蒸段出口溶液再生度范围是1.50-1.70，分别流入两个再生塔的汽提段，根据供热源的品位高低和数量多少，入加压再生塔溶液分流比例范围是15-50％，入常压再生塔溶液分流比例范围是50-85％，加压再生塔分流的溶液量大于贫液循环量时，将从该塔中部或下部再分流部分溶液去常压再生塔，同时将热量也带到半贫液中去，保留下贫液所需要的溶液量，经煮沸再生进入贫液闪蒸槽闪蒸后形成贫液；常压汽提塔底出口半贫液温度范围是98-101℃，再生度范围是1.30-1.50，加压汽提段出口贫液温度范围是114-118℃，再生度范围是1.10-1.30，经贫液闪蒸槽闪蒸后的贫液温度范围是103-106℃，闪蒸出来的蒸汽供常压汽提塔使用。加压闪蒸段入口的脱碳吸收富液组成是碳酸钾20-35％(重量)，一种或多种催化剂总重为0.5-5.0％(重量)，缓蚀剂(V2O5)0.2-1.0％(重量)，溶液温度范围是95-120℃，溶液再生度范围是1.65-1.95。在变压再生流程中加压闪蒸段、加压汽提段和常压汽提段可以分别是填料塔、板式塔或者是其它增强汽液传质的塔结构形式，而喷射器则必须采用可调式亚音速喷射器，并且尽可能与变换气热源条件相匹配，本专利技术中的流程和操作参数就是依据造成加压再生塔和常压再生塔压力差别的可调式亚音速喷射器的设计要求来确定的。由于常压再生塔被抽吸，其塔底温度比加压再生塔塔底温度低15℃左右，为了充分利用变换气的热量，本专利技术流程中均采用两个变换气煮沸器，变换气在加压再生塔底变换气煮沸器中煮沸贫液之后再进入常压再生塔变换气煮沸器加热半贫液。在本专利技术中，对于″中温变换、一次脱碳、低温变换、二次脱碳、 甲烷化″的流程，二次吸收塔第二段填料上部新增加溶液分部器，二次脱碳吸收塔采取上、下两段，上段进低温贫液，下段进高温贫液的分流优化操作法，上段低温贫液分流比例范围是15-65％，上段低温贫液的温度范围是60-85℃，下段高温贫液温度范围是100-115℃，不仅可以减少贫液冷却的热量损失，还可以降低出口脱碳净化气中CO2残留量。实施本专利技术的效果有1、再生系统各点的操作温度、压力有显著的改变，加压再生塔塔顶温度为93-96℃，压力为0.14-0.18MPa(绝)，常压再生塔塔顶温度为89-91℃，压力为0.095-0.105MPa(绝)，加压再生塔塔底温度114-118℃，常压再生塔塔底半贫液温度98-101℃，贫液闪蒸后温度103-106℃。2、变换气的热量在再生系统得以充分利用，变换气在加压再生塔底煮沸后温度降到120℃左右，仍可以去常压再生塔底煮沸加热100℃左右的半贫液，使低品位热量也能用于溶液再生。3、通过贫液闪蒸槽，将带压的、高温的贫液从变换气煮沸器获取的热量闪蒸出来，给常压再生塔中半贫液汽提使用，由于热量的二次利用使半贫液再生需要外供的热量减少。4、通过可调式亚音速喷射器根据生产负荷，选择最佳的操作条件，充分利用吸收了变换气中CO2富液的闪蒸气保留的压力位能去引射常压再生塔，抽吸CO2，降低气相CO2分压，增大溶液解吸推动力，从而减少半贫液汽提蒸汽的需要量。5、由于上述效果，本专利技术使溶液再生热耗从1050-1250Kcal/nm3CO2降低到700-800Kcal/nm3CO2，节能效果显著(参见表1)。附图说明图1、图2为变压再生流程图，图3为″中温变换、一次脱碳、低温变换、二次脱碳、甲烷化″的流程中采用分流优化操作的流程图。以下为本专利技术的实施例。实施例一某合成氨厂是以煤为原料采用″中温变换、一次脱碳、低温变换、二次脱碳、甲烷化″的净化流程，在增产节能改造中，要求生产能力从年产合成氨10万吨增加到12万吨，采用变压再生流程，如图1。新制作一次吸收塔(1)，原来较小的一次吸收塔改制成加压再生塔(3)，增加喷射器(5)，贫液闪蒸槽(6)，加压再生塔的变换气煮沸器(7)以及溶液接力泵。流程如下从饱和热水塔出来压力2.1MPa，温度146℃的中变气经管线进入加压再生塔变换气煮沸器(7)，干气量为2795Kmol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热钾碱脱除二氧化碳的低供热源的变压再生工艺，由二氧化碳吸收系统和溶液再生系统两部分组成，其特征在于溶液再生系统采用由加压再生塔的加压闪蒸段与加压汽提段和常压汽提塔以及可调式亚音速喷射器和贫液闪蒸槽组成的变压再生流程，加压再生塔塔顶压力范围是０．１４－０．１８ＭＰａ（绝），以加压再生塔塔顶出来的ＣＯ↓［２］再生气作为亚音速喷射器的动力气来抽吸常压汽提再生塔，使常压再生塔塔顶压力范围在０．０９５－０．１０５ＭＰａ（绝），在不允许出现负压时，塔顶压力范围在０．１００２－０．１０２ＭＰａ（绝）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥云，
申请(专利权)人：南化集团研究院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]