合成氨或制氢过程的二氧化碳脱除工艺 本发明涉及一种合成氨或制氢过程中的CO2脱除工艺。
在化肥生产过程中，CO2脱除方法有物理吸收法、化学吸收法和物理—化学吸收法三大类。物理吸收法是利用不同CO2分压下，CO2在溶液中溶解度的差异，采用加压吸收、减压或气提解吸再生等方式，将CO2从原料气中除去。本法再生不需加热，因而能耗较底，但CO2的脱净度较底，增加了后续工段的困难。化学吸收法是利用CO2和吸收液中的主要成分发生化学反应，形成较为牢固的化合物而除去CO2。其特点是吸收能力强，气体净化度高，但再生不仅需要减压或气提，还需要依靠加热，因而热量消耗较大，运行成本提高。物理—化学吸收法在溶液中既有物理溶解、又有化学反应，再生时既有减压解吸，又有加热分解，因此该法可有较高的CO2脱净度，但消耗的再生热量也相对较多。
我国目前的化肥生产厂家，在合成氨或制氢过程中，对于CO2脱除多采用物理吸收法，即建有一个物理吸收塔，工艺气体从塔的下部进入，与自塔上部进入的贫液进行加压吸收，气提解吸再生等，进而脱除CO2。由于CO2地脱净度低，因此多与后工段其他方法如氨洗法配合进一步脱除CO2。由于合成氨等新工艺的不断采用，生产能力成倍提高，但受制约的一个因素就是合成氨或制氢原料气中的CO2脱除能力明显不配套。为增加处理能力，可拆掉旧吸收塔，再扩建新塔，但这样做不仅资金需要量巨大，建设周期长，而且CO2的脱除效果也不会有明显提高。
本发明的目的就是提供一种可有效地解决上述问题的CO2脱除新工艺，以最大限度地利用现有设备，并与日益增长的化肥生产能力相配套，同时还要提高CO2的脱净度，以减少后续工段的困难。
本发明是这样实现的：保留现有的物理吸收塔，并且串并一套物理—化学吸收塔和再生塔。需脱除CO2的工艺气体，一部分进入物理吸收塔，另一部分进入物理—化学吸收塔的下部。经物理法吸收脱碳后的工艺气体从物理吸收塔的顶部被引到物理—化学吸收塔的中部，与经物理—化学法吸收脱碳后的工艺气体汇合，再与来自吸收塔上部的贫液反应脱碳。净化后的气体从吸收塔的顶部送出。由物理—化学吸收塔下部引出的富液经减压被送到再生塔的上部，经上塔气体气提后，从再生塔中部送出并成两路，一路作为半贫液被送到物理—化学吸收塔的中部，参予该吸收塔下塔的脱碳反应；另一路经换热器换热后，再送回再生塔的中部，经下塔气体气提后，部分吸收液被引出塔外送到再沸器，经再沸器加热成高温气体，送回再生塔的下部。再生塔下部的吸收液经该高温气体气提后，成为贫液，从塔底引出，经换热器和冷却器被送到物理—化学吸收塔的上部。经再生塔分离出的CO2气体通过再生塔的顶部被送出本工艺系统。
本发明的关键点在于，在现有物理吸收法的基础上串并一套规模适合并与之配套的物理—化学吸收(如N-甲基二乙醇胺法)装置，一方面将原物理吸收法残余的CO2利用化学吸收能力吸收完全，达到较高的脱净度；另一方面，利用已经吸收少量CO2的物理—化学吸收溶液的物理吸收能力，来吸收与物理吸收气体并联分流的工艺气体中的大部分CO2，从而达到即可提高CO2脱净度，又可提高整个系统生产能力的目的。同时由于本部分中物理—化学吸收溶剂的循环量比单独采用化学或物理—化学吸收法要少得多，这样就可以达到在增加较少投资和能耗的情况下，彻底解决原物理吸收法CO2脱净度低的问题，并相应增加了脱碳处理能力。
下面结合附图对本发明做进一步详述。
图1是本发明的工艺流程图。其中1为物理吸收塔，2为物理—化学吸收塔，3、10为分离器，4、5、9为冷却器，6为再生塔，7为换热器，8为再沸器。
需脱除CO2的工艺气体(如合成氨或制氢的原料气)分成A1和A2两部分，其中A1为物理吸收塔处理的气量，A2为物理—化学吸收塔下塔处理的气量。分流气体的比例可以根据生产要求来确定。两部分气体分别进入物理吸收塔1和物理—化学吸收塔2的下部，该两部分气体在两塔内分别与物理吸收法的贫液B1和物理—化学吸收法之半贫液C2进行气液接触，吸收掉气体A1和A2中的大部分CO2。脱除大部分CO2的气体A1从物理吸收塔1的顶部被引到物理—化学吸收塔2的中部，与已由半贫液吸收掉大部分CO2的气体A2汇合，继续上升，与经再生的物理—化学吸收液之贫液C1接触而除去全部气体中残余CO2，净化合格的气体E从吸收塔2的顶部送出。为进一步减少后工段的困难，净化气体E是先经冷却器4冷却，再经分离器3分离冷凝的水份后，送去后工段。分离器3分离出的冷凝水被送回吸收塔2的上部。
在本工艺中，物理吸收塔1上接入的贫液B1为物理吸收液，从吸收塔1下部引出的溶液B2是采用常规流程去再生。而物理—化学吸收塔2中的吸收液则是通过再生塔6实现再生的。具体是从吸收塔2下部引出的富液D经减压后被送到再生塔6的上部，在上塔中被下部上升之气体气提后，从再生塔6的中部送出并分为两路两部分，一部分作为半贫液C1送物理—化学吸收塔2的中部；另一部分C3在换热器7中与贫液换热(吸热)后，送回再生塔6的中部，在下塔中被下部上升之气体气提后，部分吸收液C4引出塔外，送再沸器8。经再沸器8加热成高温气体送回再生塔6的下部。再生塔6下部的吸收液经该高温气体气提后，成为贫液C1，从塔底引出，经换热器7回收热量再经冷却器5冷却后送到物理—化学吸收塔2的上部。
经再生塔再生过物理—化学吸收液后，所分离出的CO2气体F通过塔顶被送出。依据同样道理，所送出之CO2气体是先经冷却器9冷却，再经分离器10分离冷凝的水份后，送出本工艺系统。分离器10分离出的冷凝水被送回再生塔6的上部。
本发明的优点在于，当需扩大生产能力时，可在继续使用原物理吸收设备和吸收剂的情况下，串并联一套物理—化学吸收装置，使全部气体均可达到化学吸收法的净化度要求，同时又保持了原物理吸收法低能耗的优点。本发明与全部采用物理—化学法比较，可节省再生部分的蒸汽消耗(每吨氨可节约400公斤蒸汽)，对年产4万吨合成氨厂，每年可节约80万元。本发明与物理法相比，可减少溶液循环量，免除了用氨水法的二次净化，节省了氨耗及后处理费用。此外，还可节省一次性投资或改造费用40％左右。