合成氨生產(chǎn)過程除電解法外，不管用何種原料制得的粗原料氣中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等氣體，這些物質(zhì)都是氨合成催化劑的毒物，在進行氨合成之前，須將它們徹底清除。二氧化碳的脫除，簡稱為脫碳，是一個典型的且廣泛應(yīng)用的吸收工藝過程，吸收方法有物理吸收、化學(xué)吸收和物理化學(xué)吸收。就物理吸收來講，其工藝過程也是發(fā)展變化的，該變化過程反映了人們將吸收理論具體應(yīng)用到化工生產(chǎn)以實現(xiàn)過程強化的技術(shù)發(fā)展沿革。
20世紀60年代以前，工業(yè)上以氮氣和氫氣為原料合成氨主要是為了生產(chǎn)尿素，脫碳工藝大部分采用傳統(tǒng)的加壓水洗和常壓淋降式汽提解吸。由于二氧化碳在水中溶解度不大，所以吸收效率不高，如何提高脫碳效率，靠加大水量，流體輸送動力消耗很大，且水量消耗也大，操作費用高。20世紀70年代初南京化工集團研究院開發(fā)了PC(碳酸丙烯酯，propylene carbonate)技術(shù)，該技術(shù)的核心是以碳酸丙烯酯為吸收劑。兩個小氮肥廠用PC法代替水洗法脫二氧化碳的工業(yè)試驗裝置獲得成功，取得了明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。
隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，要求提高合成氨和尿素生產(chǎn)能力，同時也有工藝要求尿素聯(lián)產(chǎn)堿等產(chǎn)品。這就要求不但脫碳的效率要高，同時對二氧化碳的回收數(shù)量和質(zhì)量提出了高要求，以滿足尿素聯(lián)產(chǎn)堿的工藝需求。至20世紀70年代末先后有100多個廠家使用了PC技術(shù)，而這些廠家的生產(chǎn)工藝是尿素聯(lián)產(chǎn)堿的，在原設(shè)備和工藝的基礎(chǔ)上單純將水洗法改為PC法，經(jīng)過2年多實踐，人們逐漸發(fā)現(xiàn)此簡單的改良還有一些問題。一是碳酸丙烯酯吸收劑損耗較大;二是采用了PC吸收劑，出現(xiàn)了凈化氣“跑高”問題，即二氧化碳離開吸收塔含量高，這導(dǎo)致操作費用的增加和氨損耗增大。
針對上訴問題對PC技術(shù)進行剖析，碳酸丙烯酯吸收劑損耗較大是由于該系統(tǒng)是在原來水脫碳系統(tǒng)基礎(chǔ)上直接改造而來，用碳酸丙烯酯代替水作為吸收劑，是從無機吸收劑轉(zhuǎn)換為有機吸收劑，碳酸丙烯酯的蒸汽壓高，且PC回收系統(tǒng)不完善所致;凈化氣中二氧化碳含量高的原因是PC吸收劑再生效果不好或吸收劑冷卻差，根本原因是PC吸收二氧化碳的能力降低了。
為此，在設(shè)備和工藝兩方面作了一些改革。為提高PC吸收劑的吸收能力，防止二氧化碳跑高，將原常壓解吸改為真空解吸，解吸壓力降低，解吸推動力加大，解吸效果好，循環(huán)PC溶劑濃度降低，進而提高了吸收推動力;且淋降式解吸塔改為篩板或填料塔，使得解吸能力進一步提高;降低循環(huán)溶劑的溫度;吸收塔內(nèi)采用全截面均勻分布的氣體和液體分布器，部分或全部采用規(guī)整填料，提高通氣量以強化氣液接觸效率，加大氣液傳質(zhì)面積，結(jié)果大大提高了吸收塔的吸收效果，降低了凈化氣中二氧化碳濃度。
與水相比，碳酸丙烯酯的蒸汽壓高，常壓解吸改為真空解吸，因PC回收系統(tǒng)不完善，造成溶劑碳酸丙烯酯損失增大，吸收劑成本增加。為從根本上解決這一問題，采用復(fù)合溶劑法，即對PC吸收劑進行改良，向PC吸收劑直接添加復(fù)合溶劑的相關(guān)組分，在原PC技術(shù)上過渡為PC復(fù)合工藝，復(fù)合PC吸收劑的蒸汽壓降低，吸收劑的損耗大大降低。
另外一方面，實驗證明復(fù)合溶劑的選擇性和吸收能力優(yōu)于純?nèi)軇�，特別是在高壓下，對二氧化碳的溶解度明顯提高，故脫碳效率進一步提高或相同的脫碳率可節(jié)省溶劑，總之，采用復(fù)合PC技術(shù)，二氧化碳凈化度高，吸收劑損耗和電力消耗都得以降低。
上述碳酸丙烯酯復(fù)合溶劑脫碳工藝技術(shù)沿革說明，吸收劑在吸收過程中所起的作用非常重要，吸收劑的特性既決定吸收效果，也決定解吸效果，同時它是決定能耗和操作費用的主要因素。一個完整的吸收過程是由吸收和解吸聯(lián)合構(gòu)成，解吸差直接影響吸收過程，吸收過程的操作費用中解吸費用占大部分，故降低操作費用，重在降低溶劑的解吸費用，提高吸收劑溶解性能、降低吸收劑用量、減少吸收劑損失等目標是關(guān)鍵。 |
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