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含醇富氢弛放气冷冻分离回收改造小结

[日期:2019-10-15] 来源:《中氮肥》2019年第5期  作者: [字体: ]

王光明,翟琛,王锋,刘华伟

(陕西陕化煤化工集团有限公司,陕西 渭南714100

 

      [摘  要] 陕西陕化煤化工集团有限公司100 kt/a 1,4-丁二醇(BDO)系统设计加氢反应器富氢弛放气和BDO出料槽富氢弛放气经火炬系统焚烧排放,不仅造成弛放气中H2的浪费,而且弛放气中醇类物的排放还造成环境污染。通过对该弛放气进行分析及试验,确定可采用冷冻分离技术将弛放气中的H2与杂醇分离,并对将弛放气回收至BDO系统变压吸附装置入口或回收至合成氨系统变换工段入口2个方案进行比较,最终确定将弛放气中的H2回收至合成氨系统,实现“变废为宝”。回收装置投运后,减少弛放气放空量约400 m3/h,年节约标煤718.336 t,实现了节能减排、降耗增效。

[关键词]  1,4-丁二醇系统;BDO加氢反应器富氢弛放气;BDO出料槽富氢弛放气;冷冻分离;回收改造;经济效益

[中图分类号]  TQ223.16+2[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932201905-0050-02

 

1  含醇富氢弛放气的来源及改造背景

陕西陕化煤化工集团有限公司(简称陕化集团)现有产品产能主要为200 kt/a磷酸二铵、600 kt/a合成氨、920 kt/a尿素和100 kt/a 1,4-丁二醇及其下游产品。其中,1,4-丁二醇系统采用美国英威达公司的炔醛法合成技术,其工艺路线为:原料电石与水反应生成乙炔,原料甲醇经催化氧化生成甲醛,乙炔与甲醛经催化合成1,4-丁炔二醇(BYD);变压吸附装置来的原料H21,4-丁炔二醇经高压催化加氢生成粗1,4-丁二醇,未完全反应的H2从加氢反应器顶部排出,气液分离后的气相经压缩增压后,作为循环氢返回加氢反应器继续参与反应。

原始设计中,为保证返回1,4-丁二醇系统的这部分循环氢气的纯度,在气液分离器顶部将部分气体作为弛放气排出,送入火炬系统焚烧后放空,此股弛放气即为BDO加氢反应器富氢弛放气,放空量约100 m3/h,压力30.0 MPa、温度110 ℃,其中H2含量较高,有少量醇类物质。此外,粗1,4-丁二醇进入BDO精制工段经BDO出料槽闪蒸分离后,得到的液相为产品BDOBDO纯度约99.7%(体积分数),气相则排至火炬系统焚烧排放,此股弛放气即为BDO出料槽富氢弛放气,排放量约300 m3/h,压力0.6 MPa、温度110 ℃,其H2含量约50%。近年来,环保形势日趋严峻,有必要对1,4-丁二醇系统的含醇富氢弛放气进行回收利用,以减少废气排放、回收有效组分,降低系统的生产成本,提升企业的经济效益。

2  含醇富氢弛放气的组分

BYD经过催化剂选择性加氢后的生成物中,除了主要目标产物BDO外,还会有其他的副产物,由于各组分沸点不同,低沸点物质通常会随气相从塔顶排出,即含醇富氢弛放气的组分相对比较复杂。因此,要想实现对1,4-丁二醇系统含醇富氢弛放气的回收利用,必须对其组分进行分析。据陕化集团实验室现有的分析仪器及常用的分析方法,选择最为简单、方便的气相色谱法(GC)对含醇富氢弛放气的组分(体积分数)进行分析检测,结果见表1

3  回收方案的确定

3.1  回收至BDO系统变压吸附装置入口

BYD 生产系统配有变压吸附提氢装置,利用被吸附分子与吸附剂间范德华力不同的原理,将自合成氨系统低温甲醇洗工段来的纯度为96.3%(体积分数,下同)的H2CON2CH4等进行有效分离,H2提纯至99.7%以上,供给BDO加氢工段作为原料气使用。

BDO加氢反应器富氢弛放气和BDO出料槽富氢弛放气回收至BDO系统变压吸附装置入口,利用变压吸附装置实现H2的提纯。此方案工程化实施简单,且变压吸附装置与BDO加氢反应器和BDO出料槽距离较近,只需增加管道连接即可,但弛放气中的低沸点醇类物进入变压吸附装置后,会使吸附剂粉化,影响吸附剂的使用寿命。经研究,此方案不可取。

3.2  回收至合成氨系统变换工段入口

氨合成系统主要采用铁系催化剂,O2COCO2和水蒸气等的存在会使氨合成催化剂中毒,虽然现有文献资料没有提出醇类物质对氨合成催化剂的影响,但氨合成系统属高温高压反应体系,反应过程中若醇类物质存在,有分解生成CO2和水蒸气的可能。因此,如要回收利用1,4-丁二醇系统的含醇富氢弛放气,需将富氢弛放气中的杂醇(醇类物质)有效脱除。

合成氨系统合成气净化装置主要包括变换工段、低温甲醇洗工段和液氮洗工段。将BDO加氢反应器富氢弛放气和BDO出料槽富氢弛放气回收至合成氨系统变换工段入口,经变换、低温甲醇洗、液氮洗等工段净化后,作为合成气供给氨合成工段使用。经研究,此方案可行,若醇类物质进入净化装置,在变换工段高温高压工况下,虽然部分醇类物质会分解成CO2H2O,但其在低温甲醇洗工段可被吸收,且低温甲醇洗工段可利用相似相溶原理脱除部分未分解的醇类物质,只是此方案需对弛放气中的醇类物进行预分离,防止过多醇类杂质被带入合成氨系统。

4  醇类物分离技术的确定

4.1  杂醇冷凝分离试验

更多内容详见《中氮肥》2019年第5

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