乙二醇装置二氧化碳脱除系统改造优化.doc

乙二醇装置二氧化碳脱除系统改造优化 摘要 乙二醇装置在2008年12月通过对脱碳系统进行相应改造并优化二氧化碳吸收溶液配方，可以满足更换高性能催化剂后的二氧化碳脱除要求，改造后系统脱除二氧化碳能力大幅提高，反应器入口二氧化碳浓度由3.70%mol 下降至1.79%mol。根据二氧化碳脱除系统的标定数据，只要保证二氧化碳吸收溶液中各组分比例，即可使反应器入口二氧化碳浓度下降至2%mol以下。关键词 二氧化碳脱除；扩能；改造；优化1、概况乙二醇装置采用英荷SHELL公司专利技术，建成于1996年，原设计年产8万吨当量环氧乙烷（EOE），其中环氧乙烷最大生产能力为1.6万吨/年（年操作时间为7200小时）。2005年，在保持反应器及循环气压缩机能力不变的前提下，通过更换了燕化院的催化剂YS-7，对环氧乙烷吸收塔、环氧乙烷解吸塔、环氧乙烷精制塔等塔内件进行了改造，对部分机泵及冷换设备进行了扩能，将装置生产能力提至10.4万吨EOE/年（年操作时间为7200小时），其中环氧乙烷生产能力达4.0万吨/年。为了进一步挖掘装置潜力，增加产能、降低物耗，2008年通过更换了Shell高性能催化剂S-865A，同时采用华东理工大学化学工艺研究所的脱碳专有技术以降低氧化反应器进料气中二氧化碳的浓度，使装置能力进一步提高到13.33万吨EOE/年（年操作时间为8000小时）。本次环氧乙烷反应系统扩能二氧化碳脱除系统技术改造项目，是在充分吸收和消化原装置进口技术的基础上，为优化装置的资源配置，提高生产能力，提升装置运行技术经济指标而进行的技术改造。2、改造情况2.1改造背景环氧乙烷高性能银催化剂作为一种节能降耗新技术，其研究发展迅速，并已成功工业化应用。该催化剂应用条件要求反应器的入口CO2浓度小于2%，而目前的老装置普遍在4.5%以上，只能通过对二氧化碳脱除单元工艺技术进行攻关，才能满足应用高性能银催化剂的条件。目前国内还没有成熟的工艺技术，可与设计单位一起，通过技术开发研究和将其进行工业应用，并掌握自主知识产权。以往国内类似装置的改造，此部分均通过向国外专利商购买相关配方和第三活性组分，并由专利商负责提供相应的改造工艺包。本次装置改造本着首先要立足国内的原则，业主和国内的第三活性组分专利商华东理工大学化学工艺研究所（以下简称“华化所”）进行了技术交流，该所的脱碳工艺技术在合成氨装置脱碳系统改造上有较广的实际应用。华化所在对本装置的脱碳系统流程进行研究后表示通过添加其第三活性组分并对脱碳系统进行相应改造可以满足更换高性能催化剂后的CO2脱除要求。同时，二氧化碳脱除系统的改造是目前国内EO/EG装置挖潜改造所面临的共同问题，在本次乙二醇装置脱碳系统改造项目上能够实现国产化，对于我国整个乙二醇行业的发展具有很好的促进作用。2.2改造方案根据华化所提供的脱碳工艺技术，改造的方案如下：(1)采用活性碳酸盐溶液，约12m3，提高脱除二氧化碳的效率；(2)增加分流率，从20%上升至50%，即增加CO2吸收塔（C-201）的进料量，从67,190 Nm3/h增加到131,270 Nm3/h；(3)改造CO2吸收塔（C-201）和CO2解吸塔（C-202）；(4)新增循环气/贫碳酸盐液换热器（E-215）和贫/富碳酸盐溶液换热器（E-216A/B）；(5)新增循环气第二冷却器（E-206B）；(6)新增水分离罐（V-201B）；(7)新增碳酸盐溶液闪蒸罐（V-205）；(8)新增2台碳酸盐溶液闪蒸罐喷射泵（G-225A/B）；(9)配套的管线、特殊管件及仪表做相应改造或新增； 以下是装置二氧化碳脱除系统扩能改造，消除瓶颈需改造设备一览表：改造设备一览表分类序号位号设备名称数量设备型号规格改造方案塔1C-201C02吸收塔1360030030(T-T),N=3更换高性能规整填料2C-202C02解析塔1249020360(T-T),N=15浮阀更换规整填料换热器1E-206循环气第二冷却器1Dg14504000,F413m2新增与原E-206并联2E-215循环气/贫碳酸盐换热器1Dg10005500,F=320.6m2新增3E-216贫/富碳酸盐换热器2Dg15007000,F=1215m2新增罐1V201水分离罐130005000(T-T)新增与原V201并联2V205碳酸盐溶液闪蒸罐118006000(T-T)新增泵1J201/202碳酸盐溶液闪蒸罐喷射泵2动力蒸汽4.7t/h新增2.3改造前后脱碳能力对比改造前改造后催化剂类型YS-7S-865A催化剂平均选择性 %78.9（2年）81.9（2年）当量EOE能力（万吨/年）11.5613.33CO2脱除量 kmol/h177.39169.15分流率 wt%2650脱碳系统进料量 kg/h73000136000反应器入口的CO2浓度 mol%52注：1、年操作时间为8000小时2.、“改造后” 指更换催化剂后，充分利用现有设备余量，生产能力提高至原设计的150%。2.4改造前后装置生产能力对比改造前改造后催化剂类型YS-7S-865A催化剂平均选择性 %78.9（2年）81.9（2年）当量EOE能力（万吨/年）11.5613.33精EO（万吨/年）6（0）6（1.77）乙二醇（万吨/年）6.95（14.44）9.16（14.44）注：1、年操作时间为8000小时2、“改造后” 指更换催化剂后，充分利用现有设备余量，生产能力提高至原设计的150%。 3、括号内为工况二。2.5改造后实际效果二氧化碳脱除系统改造之后进行了性能考核标定，在二氧化碳吸收塔50%分流率时，反应器入口CO2浓度初期值平均值从原来的3.70%mol 下降至2.43%mol，没有达到技术协议的设计要求（反应器入口CO2浓度1.80%mol）。3、改造实施后的技术攻关31 技术攻关的过程3.1.1系统原溶液吸收的原理按华化所提供配方，在原脱碳系统碳酸钾溶液的基础上，利用偏硼酸钾吸收CO2能力比碳酸钾强的原理，往碳酸钾溶液添加第三活性组份偏硼酸钾，配制成高碱度和高硼酸盐的复合型CO2吸收液，从而达到提高脱碳系统脱除CO2的能力。3.1.2 脱碳系统二氧化碳吸收液存在的问题从装置标定和运行情况来看，华化所提供的配方，脱碳系统的二氧化碳吸收效果不理想，反应器入口二氧化碳浓度比设计值高35%，未能完全满足催化剂S865A的需要，催化剂的反应活性受到了抑制，以及选择性偏低。通过查阅相关的技术资料，乙二醇装置脱碳系统基本上不会使用这种高碱度和高硼酸盐的溶液来脱除二氧化碳。3.1.3 二氧化碳吸收溶液的改善通过查阅相关的技术资料，认真研究了钒对碳酸盐和硼酸盐复合溶液吸收二氧化碳的催化作用，确定了钒盐可提升碳酸盐和硼酸盐复合溶液吸收二氧化碳的能力。向脱碳系统的CO2吸收溶液添加钒盐，可以促进CO2吸收溶液对二氧化碳的吸收效果，降低反应器入口的二氧化碳浓度。3.1.4脱碳溶液的增效配方按实验室模拟装置数据，硼酸钾溶液中若添加0.2kmol/m3焦钒酸钾K4V2O7，溶液的脱碳容量可增加15-20%。K4V2O7制备方法为3.2技术攻关的实施3.2.1添加钒盐通过分析CO2吸收溶液的密度、总碱度、碳酸钾和硼酸盐的浓度，根据预定的钒盐浓度计算出钒盐的加入量。然后在原碳酸盐配制罐中按钒盐厂家提供的配制方法配制好第四组份-钒盐溶液，根据工艺系统工艺参数的变化情况，分批次在CO2吸收溶液中加入第四组份-钒盐溶液。3.2.2调整碳酸盐溶液的浓度如果碳酸盐溶液变得太稀时，就不能保持循环气中要求的C02浓度。反之，该溶液也不应太浓，防止碳酸盐可能在该系统中析出而堵塞，保持碳酸盐溶液的正常浓度的方法是保持各部位的液位恒定。3.2.3液位的控制调整C-201、V-202、V-208和C-202的液位正常控制在50%，V-201/V-201B的液位控制在20%。要注意V-201/V-201B的液位和电导率，避免由于系统发泡导致碳酸盐经V201/V-201B进入到循环气回路中造成污染催化剂事故。除C-202液位外，本系统各塔或容器液位较易控制稳定，C-202液位可通过调节直接蒸汽和间接蒸汽的比例来调节。3.2.4碳酸盐溶液中的乙二醇含量控制设计的碳酸盐溶液中乙二醇含量大约为8%wt，乙二醇有两种来源：一是C-201进料中的环氧乙烷在C-201中转化为乙二醇，因此，要保持环氧乙烷吸收塔塔顶气中尽可能低的环氧乙烷含量。另一种是加到C-202的直接工艺蒸汽中含有乙二醇，可通过增加去塔釜再沸器的间接蒸汽和减少进C-202的2PS蒸汽来降低。3.2.5异常情况原因及处理异常情况原因处理方法C-201塔顶气相出口CO2含量偏高1、C-201碳酸盐溶液进料流量低。2、贫碳酸盐中KHCO3偏高。3、系统发泡吸收效果下降。4、C-201中循环气进料量大。5、前部负荷高。6、反应剧烈。1、增大碳酸盐溶液进料的流量。2、增大直接和间接蒸气量，提高碳酸盐的浓度。3、加入适量消泡剂。4、调整C-201的循环气进料量。5、降负荷。6、调整氧化反应。C-201压差偏高1、碳酸盐溶液进料流量大。2、系统发泡。3、循环气量过大或突然下降。1、降低碳酸盐溶液进料流量。2、加消泡剂。3、调整循环气进料量。C-201液位高1、碳酸盐进料量大。2、塔釜出料量小。3、控制系统失灵4、C-201发泡严重。1、降低碳酸盐进料量。2、开大塔釜出料。3、手动调整并抢修控制系统4、加消泡剂。C-202塔釜碳酸盐浓度偏低1、C-202釜温下降。2、直接蒸汽量偏高。1、加大塔釜再沸器的蒸汽量。2、降低直接蒸汽加入量。V201/V201B底电导率高C201顶循环气带碳酸盐调整C201操作防止系统发泡3.3技术攻关的实施效果在现有CO2吸收溶液的基础上，添加了合适的第四活性组分“钒盐”，取得良好的二氧化碳吸收效果。在改善了二氧化碳吸收溶液后装