NHD脱硫脱碳装置生产问题及改造策略探究

文章以NHD脱硫脱碳装置生产问题及改造策略为中心话题，首先分析了NHD溶剂的脱硫脱碳机理、NHD溶剂的工业应用特点，接着较为全面的分析了NHD脱硫脱碳装置生产问题，组合根据存在的问题提出了相应的改造策略，希望能够引起人们对这一问题的进一步关注，能够对NHD脱硫脱碳装置的改造发挥借鉴指导作用。
聚乙二醇二甲醚是一种新型的、高效的脱硫脱碳溶剂。其运用实践表明，该工艺技术的操作流程简单，操作弹性大，一次性净化程度高，总能耗低，受到了化工行业的广泛关注，并得到了广泛运用，取得了良好的经济社会效益。
一、NHD溶剂的脱硫脱碳机理
NHD溶剂是一种优良的物理吸收溶剂，它的脱硫脱碳性能良好，对H2S、CO2、COS等气体具有很强的吸收能力，并且能够有选择性的吸收H2S，还具备一定的脱油、脱水功效。NHD法的脱硫、脱碳过程具有典型的物理吸收特征，H2S、CO2在NHD溶剂中的溶解度能够较好的服从亨利定律，随着压力的升高、温度的降低而增大。所以，对于H2S和CO2的吸收过程，适宜在高压、低温情况下进行。当系统压力降低、温度升高的时候，溶液中溶解的气体释放出来，实现溶剂的再生过程。
二、NHD溶剂的工业应用特点
将NHD溶剂应用到工业生产中，具有多方面的显着特征，具体来说表现在以下几个方面：NHD溶剂具有良好的热稳定性，不氧化，不降解；NHD溶剂蒸汽压很低，在25℃的时候为0.093MPa，挥发损失少，粘度小，流动性好；NHD溶剂操作稳定，运用时不起泡，对金属材料无腐蚀作用，无臭、无毒，能被生物降解，发生泄漏也不会污染环境，综合效益良好。合成氨原料气净化的方法包括改良热钾碱法、碳丙法、NHD法，通过三种方法的对比分析，可以得知，NHD法能耗低、净化度高、溶剂性质稳定。在中小型氮肥厂改造和扩建的时候，应该优先考虑NHD法。
三、NHD脱硫脱碳生产问题分析及改造策略
1.NHD脱硫生产问题分析及改造策略
第一、溶液循环量问题。脱硫指标不好不仅影响后系统的安全生产，还制约了系统高负荷运行。影响脱硫塔出口指标的主要原因是溶液流量计存在问题，发现问题之后，将溶液量加到设计值，脱硫塔出口H2S控制在3.8mg/m3，满足规定要求。
第二、贫液H2S贫度的控制问题。贫液再生度设计值为0.33mg/L，在生产过程中，溶液贫度只需要满足工艺生产就可以。生产表明，脱硫贫液再生度设计值过高，只需要≤10mg/L就能够满足生产要求，如果过高，就会影响脱硫塔出口指标，主要原因是煮沸器热力循环不正常。针对这种情况，对煮沸器溶液入口总管进行加粗，将溶液再生塔液位向上提升，从而保证了煮沸器正常的热力循环，改造之后，溶液再生度出现明显好转，满足工艺生产的要求。
第三、NHD溶液中水含量的控制问题。水含量较低的时候，NHD吸收能力强，有利于脱硫塔吸收，所以在装置设计的时候，需要将NHD贫液水质量分数控制在3%之内。但是，将水质量分数控制在3%之内的时候，往往会造成NHD损耗，引起回流水中H2S污染环境。此外，如果溶液水含量控制过低，会影响溶液的再生度。将水质量分数指标放到5%之后，再生塔底操作温度出现明显的下降，变换热利用率提高，NHD溶液再生度得到了提高，NHD损耗和环境污染得到了控制。然而，含水量并不是越高越好，如果超过5%之后，就会影响对溶液的吸收能力，影响脱硫塔出口指标。此外，含水量的增加，导致溶液的粘度变小，降低了换热器的换热效率。
第四、NHD的污染问题及处理。系统运行一年多之后，NHD溶液出现灰黑色悬浮的微小固体颗粒，通过分析，可以得知这与脱硫采用的碳钢材质设备、管道有关。设备和管道较为松散的氧化层与H2S发生反应，生成灰黑色的硫化物颗粒，导致溶液受到污染。在分支的回流水流程上也设计使用石英砂过滤器，减少了污染物被带入系统当中。此外，还可以将部分溶液移出系统，进行静置沉淀，这样能够彻底除去NHD溶液中的固体颗粒。
第五、材质选择。NHD没有腐蚀性，在工程建设的时候，为了节约成本，大部分设备、管道可以采用碳钢材质，部分高温、高湿设备和管道可以选用不锈钢或者耐腐蚀钢。
第六、板式换热器的使用问题。为了满足换热的需要，该化工厂选用了七台板式换热器。但是效果不太理想，垫片及密封胶容易造成泄漏，需要大检修，并且检修费用很高。经过测试和分析，得知导致泄漏的原因是国产板式换热器材质不过关，其处理方法包括：做好对板式换热器的维护、保养工作，有选择性的进口国外产品，积极开发合格的国产板式换热器，保证质量合理。
2.NHD脱碳生产问题分析
第一、氨冷器的定位问题。氨冷器位置有两种设置方法：第一种是在气提塔出口到脱碳塔进口之间，冷却贫液，经冷却的贫液直接进脱碳塔。该方法能够直接控制进脱碳塔贫液温度，有利于解吸过程及减少冷量的损失。但也存在着传热温差小，溶剂损耗大等缺陷。第二种是将氨冷器设置在脱碳塔出口到高压闪蒸槽进口之间，冷却富液，冷却后的富液在闪蒸和气提操作中，由于解吸二氧化碳吸热，使溶液温度进一步降至所需温度。其优点是传热温差大，气氨压力高，有利于发挥冰机能力，溶剂损耗少。但也存在着对保冷要求高、冷量损耗大的缺点。如何采用第二种设置，将脱碳系统操作温度降到-5℃的时候，迅速提高了生产能力。
第二、溶剂中的水平衡问题。为保证工艺生产的需要，必须设立脱水装置，以给脱碳溶液脱除水分，保证NHD溶剂中的水质量分数不大于2.5%。
第三、低压闪蒸槽的设置与CO2回收率的关系问题。低压闪蒸槽设置情况及压力选择直接决定了CO2回收率，对于NHD脱碳这种工况，以煤为龙头，设置一个低压闪蒸槽，选择较高的操作压力，二氧化碳的回收率可以达到65%，完全能够满足系统尿素生产的需要。
第四、低压闪蒸槽的定位问题。主要有两种设置方法，第一种是低压闪蒸槽放在平台处，溶液利用压差从高压闪蒸槽压至低压闪蒸槽，然后由泵加压送入气提塔。该方法一次性投资少，操作直观，但是耗电比较多；第二种是将低压闪蒸槽安置在气提塔顶，利用高压闪蒸槽的压力将溶液压至气提塔顶的低压闪蒸槽，然后溶液依靠位差回流至气提塔，中间省了富液泵。该方法节约用电，操作简单，但是一次性投资大，设计构造比较复杂。
四、结束语
自采用NHD脱硫脱碳装置以来，通过对该技术的不断改进，达到了设计能力的140%。从运用的具体情况来看，该技术仍然具有很大的潜力。该技术的投资合理、效率高、能耗低、操作简单，得到了化工行业的普遍赞同和认可，并得到了广泛的运用。今后在实际运用中，对于出现的问题应该进行全面的分析，并选择合理的设计方案，使该技术得到更好的运用，收到更好的效益。