3.4.1 Очистка конвертированного газа от СО2 раствором «Карсол»
Очистка конвертированного газа от углекислоты производится путем абсорбции ее горячим активированным раствором поташа (раствор «Карсол») при давлении не более 2,8 МПа (28,5кгс/см2). Состав раствора «Карсол» в массовых долях:
поташ К2СО3 (химический абсорбент) 25-28%;
Активатор LRS-10 - не более 3,5% (в пересчете на диэтаноламин (ДЭА)
ванадия пятиокись – ингибитор коррозии (V2О5 общ.) 0,35-0,60 %,
в том числе, ванадия пятивалентного (V5+) – не менее 50% от V2О5 общ.
В случае вспенивания раствора в него вводится антипенная присадка
«UCON»-50НВ-5100 , поставляемая по импорту или отечественный заменитель
Полиэфир 1601-2-50.
Процесс очистки описывается следующим уравнением:
К2СО3+ СО2+ Н2О® 2КНСО3+ 114 ккал/кг
Регенерация насыщенного раствора протекает при подводе тепла и снижения давления в обратном порядке:
2 КНСО3® К2СО3+ СО2+ Н2О- Q
В данной схеме предусматривается регенерация раствора до двух уровней содержания СО2.
80% насыщенного раствора регенерируется до остаточного содержания СО2 , равного 23,4м3 на 1 м3 раствора (47%- ная конверсия карбоната в бикарбонат) –частично регенерированный «полубедный» раствор.
Остальные 20% раствора подвергаются дополнительной регенерации до остаточного содержания СО2, равного 14,2 м3 на 1м3 раствора 23%-ная конверсия карбоната в бикарбонат – глубоко регенерированный «бедный» раствор.
Содержание К2СО3 в массовых долях в нем составляет 25-28%.
Конвертированный газ после низкотемпературного конвертора СО подвергается охлаждению («закалке») до температуры не более 190оС путем впрыска конденсата из сепаратора 102-F насосом 121-J/JA через вмонтированные в газопровод форсунки. Количество поданного конденсата устанавливается регулятором FС-28, регулируется открытием клапана НС-4 в соответствии с показаниями регистратора температуры газа TI-7-10 (прибор сигнализирует в ЦПУ максимальную температуру газа).
В пусковой период для охлаждения газа подается питательная вода от насоса 104-J/JA по линии I BF 34 после клапана НС-4.
Тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, и тепло газа передается раствору «Карсол» в кипятильниках 105-СА,105-СВ регенератора 102-ЕА, где газ охлаждается до температуры не более 138оС. Затем, проходя через теплообменник 106-С, где подогревается деминерализованная вода, идущая в деаэратор 101-U, газ охлаждается до температуры не более 85 оС и поступает в сепаратор 102-F.
Отделившийся в сепараторе 102-F газовый конденсат возвращается на впрыск в конвертированный газ насосами 121-J/JA через клапан НС-4, а избыток его, через клапан регулятора уровня в 102-F направляется в отпарную колонну 103-Е.
Предельные уровни в сепараторе 102-F сигнализируются в ЦПУ: максимум – в показаниях прибора LICA-17, минимум – LA-21L.
Состав неочищенного конвертированного газа ( в пересчете на сухой) в об. долях:
Диоксид углерода (СО2)- 17,0¸18,5%
Оксид углерода (СО) не более 0,65%
Водород (Н2) – 59,0¸65,0%
Метан (СН4) не более 0,5%
Азот +аргон (N2+Ar)- 18,0¸23,0%
Конвертированный газ из сепаратора 102-F с давлением не более 2,8 МПа (28,5 кгс/см2) и температурой не более 85 оС распределяется на два потока и поступает в нижнюю часть абсорберов 101-ЕА и 101-ЕВ.
Количество газа (не более 116 000м3/ч), поступающего на каждый абсорбер, измеряется установленными на газопроводах расходомерами FI-56 (101-ЕА) и FI-57 (101-ЕВ).
Абсорберы представляют собой двухкорпусные колонные аппараты с шестью слоями насадки. В качестве насадки применяются нержавеющая насадка фирмы NORTON и отечественная производства г. Рыбинск. Объемная доля СО2 в газе при переходе через нижний корпус снижается с 19,0% до 1,7% (в пересчете на сухой газ).
Насадка нижнего слоя абсорберов орошается «полубедным» раствором, который поглощает из идущего вверх потока газа большую часть СО2 , снижая содержание СО2 с 19,0% до 1,7%.
В верхнем корпусе абсорберов насадка орошается «бедным» раствором, при этом объемная доля СО2 в газе снижается с 1,7% до содержания не более 0,1%.Насыщенный СО2 раствор обоих потоков собирается в нижней части абсорберов.
Очищенный от СО2 конвертированный газ на выходе из абсорберов объединяется в один поток и поступает в сепаратор 103-F , в котором освобождается от унесенного раствора «Карсол» и далее проходит, соответственно межступенчатый теплообменник 136-С, газовый подогреватель 104-С, поступает в метанатор 106-D для гидрирования остаточных СО и СО2.
На выходе из сепаратора установлен предохранительный клапан SV-20 и автоматический газоанализатор QI-3. При повышении содержания СО2 более 0,1% в газе, анализатор подает сигнал в ЦПУ.
Отделившийся в сепараторе 103-F раствор «Карсол» регулятором уровня LC-16 отводится в сепаратор 113-F. Предельные уровни в сепараторе сигнализируются в ЦПУ:
Максимальный- LA-55H,
Минимальный- LA-56L.
Из нижней части абсорберов насыщенный СО2 раствор с температурой не более 111оС, через клапаны регуляторов уровня LC-4, LC-5 и через гидравлические турбины 107-JAHT и 107-JВНТ выдается в емкость мгновенного вскипания 116-F . При этом давление раствора снижается с 2,8 МПа (28,5 кгс/см2) до давления 0,49-0,88 МПа (5-9 кгс/см2).
Гидравлические турбины компенсируют часть энергии (около 50% или 516 кВт), необходимой для питания электроприводов насосов «полубедного» раствора 107-JAM, 107-JBM.
Установленные на этих насосах (на одном валу с турбиной) электродвигатели (мощностью 1050 кВт каждый) обеспечивают требуемую производительность, однако при работе турбин потребляемая им мощность соответственно снижается.
Количество раствора, поступающего на турбины, изменяется регуляторами уровня в абсорберах 101-ЕА и 101-ЕВ LC-4 и LC-5 соответственно. Последние определяют степень открытия клапана «А» на подаче раствора в турбины (при повышении уровня в абсорбере степень открытия клапана «А» увеличивается, при снижении уровня - уменьшается).
Для обеспечения нормальной работы гидравлической турбины подача раствора в ней не должна быть ниже 200 м3/час, нормальный расход- 732 м3/ч.
При значительном снижении уровня в абсорбере расход раствора на гидравлическую турбину через клапан «А» может снижаться ниже допустимого. Для обеспечения нормальной работы турбины в этих условиях регуляторы уровня в абсорберах LC-4, (LC-5), закрывают клапаны «А», в то же время открываются клапаны «В» на линиях переброса с нагнетания насосов 107-JA (107-JB) на вход в турбины 107-JAHT (107-JВНТ).
Ниже приводятся данные о положении клапанов «А» и «В» в зависимости от выходного сигнала регуляторов уровня.
| Выходной сигнал от регулятора LC-4 (LC-5) в Ма постоянного тока | |||||
| Клапан «А» | закрыт | открыт на 25% | открыт на 50% | открыт на 75% | открыт на 100% |
| Клапан «В» | открыт на 100% | открыт на 50% | закрыт | закрыт | закрыт |
При нормальной работе турбина вращается с такой же скоростью, как и электродвигатель 2975 об/мин.
Для защиты агрегата «мотор -насос- турбина» от сверхоборотов турбины снабжены блокировками SA-5НН (107-JАНТ) и SA-6НН (107-JВНТ) срабатывающими при вращении турбины со скоростью 3570 об/мин. При срабатывании блокировки происходит остановка соответствующего агрегата «мотор-насос- турбина» путем отключения электродвигателя и закрытия клапанов «А» и «В». При этом блокировка FS-35LL автоматически включает в работу резервный насос «полубедного» раствора 107-JC (привод только от электродвигателя), а регулирование уровня в абсорберах переносится на клапан «С», расположенный на байпасе турбины.
В схеме предусмотрена защита против истечения жидкости из абсорберов.
При понижении уровня в абсорбере регулятор LC-4, LC-5 подает в ЦПУ предупредительный сигнал. При дальнейшем снижении уровня бескамерные сигнализаторы LS-8L (101-ЕА) и LS-13L (101-ЕВ) закрывают клапан «А» и открывают клапан «В», клапан «С» при этом блокируется в закрытом положении, кроме того, для сохранения жидкостного затвора в абсорбере бескамерные сигнализаторы LS-12LL (101-ЕА) или LS-14LL (101-ЕВ) закрывают соответствующие отсекатели на выходе из абсорберов EmV-15, (101-EA), EmV-16 (101-ЕВ).
При снижении уровня в абсорбере в случае работы турбины через байпас бескамерные сигнализаторы LS-8L (101-EA) или LS-13L (101-ЕВ) закрывают клапан «С», одновременно блокируя в закрытом положении клапана «А» и «В».
Отсекатели EmV-15 или EmV-16 закрываются бескамерными сигнализаторами LS-12LL или LS-14LL соответственно.
Описанная выше схема регулирования в абсорберах применяется при основном варианте их работы, когда нормальный уровень раствора в кубе абсорберов находится ниже штуцера ввода газа (сухой режим).
Предусматривается также вариант работы абсорберов с подачей газа под слой раствора (барботажный режим), когда нормальный уровень раствора находится выше штуцера входа газа.
В этом случае регулирование уровня производится по показаниям дифманометров PDI-59 (101-ЕА) и PDI-60 (101-ЕВ). Управление клапанами “А” и «В» как описано выше.
При работе по основному варианту дифманометры измеряют сопротивление абсорберов.
В емкости мгновенного вскипания 116-F большая часть абсорбированного азота и водорода десорбируется при мгновенном вскипании раствора.
Десорбированные газы промываются в промывной колонне 116-E (для поглощения незначительного количества CO2 десорбированного вместе с азотом и водородом) потоком бедного раствора «Карсол» от насосов 106-J/JA и конденсатом от насосов 121-J/JA. После отмывки в колонне 116-E десорбированные газы смешиваются с отпарным газом из сепаратора 150-F и направляется на сжигание в туннельные горелки печи 101-В.
Давление в емкости мгновенного вскипания 116-F 5-9 кгс/см2 контролируется по прибору PC-1098 и регулируется с помощью клапана PCV-1098A на линии десорбированных газов на сжигание в туннельные горелки печи 101-B. Клапан PСV-1098B и предохранительный клапан SV-116F предназначены для предотвращения повышения давления в емкости мгновенного вскипания 116-F и сброса десорбированных газов в атмосферу.
Предельные уровни в емкости мгновенного вскипания 116-F сигнализируются прибором LIC-116 в ЦПУ.
Из емкости мгновенного вскипания 116-F насыщенный раствор «Карсол» с помощью клапана LСV-116 поступает в верхнюю часть регенераторов 102-ЕА и 102-ЕВ. Распределение потока насыщенного раствора «Карсол» между регенераторами 102-ЕА/ЕВ осуществляется с помощью клапана FСV-36.
Регенераторы представляют собой двухкорпусные колонные аппараты, заполненные нержавеющей насадкой фирмы NORTON и отечественной, производства г. Рыбинск.
Раствор стекает по насадке навстречу идущим вверх потокам СО2 и водяных паров, поступающих из нижней части регенераторов.
Регенерация раствора «Карсол» осуществляется по технологии Giammarco Vetrocoke (GV) с двухуровневым давлением в регенераторах 102-ЕА (высокое давление) и 102-ЕB (низкое давление), которое создается с помощью эжектора 301-Х. Давление в регенераторе 102-ЕВ регулируется клапаном PCV-1095A на сопле эжектора, который работает вместе с клапаном PCV-1095В, контролирующим слишком высокое рабочее давление в регенераторе 102-EB, выбрасывая в атмосферу избыточное количество СО2 не требующееся для производства карбамида.
Полубедный раствор, отобранный из куба верхнего корпуса регенератора 102-ЕА с температурой 126-128°С поступает в куб верхнего корпуса регенератора 102-ЕВ, который работает при давлении 0,28 кг/см2 (изб.).
Уровень полубедного раствора в кубе верхнего корпуса регенератора 102-ЕВ регулируется клапаном LCV-19, расположенным на линии полубедного раствора, поступающего из регенератора 102-ЕA в регенератор 102-ЕВ. Предельное состояние уровня в кубе верхнего корпуса регенератора 102-ЕВ сигнализируется в ЦПУ от показаний прибора LIC-19. Полубедный раствор из куба верхнего корпуса регенератора 102-ЕВ с температурой 109-111°С направляется на всас насосов полубедного раствора 107-JA/JB/JC.
Насосом 107-JA «полубедный» раствор подается через клапан регулятора расхода FC-35 на орошение нижней части абсорбера 101-ЕА, а насосом 107-JB через клапан регулятора расхода FC-37 на орошение нижнего корпуса 101-ЕВ.
Резервный насос 107-JC с приводом от электродвигателя и производительностью такой же, как и 107-JA (107-JB) предназначен для замены любого из последних. Подключение насоса 107-JC к нагнетательным трубопроводам насосов 107-JA, 107-JB производится через клапаны с дистанционным управлением НС-18 к 107-JA, НС-19 к 107-JB.
Кроме описанного ранее автоматическое включение насоса 107-JC происходит также при минимальном расходе «полубедного» раствора в абсорберы (блокировки FS-35LL и FS-37LL). В обоих случаях открытие клапана НСV-18 (НСV-19) производится автоматически.
Регуляторы расхода FC-35 и FC-37 посылают в ЦПУ предварительный сигнал о снижении расхода.
Уровень в кубе верхнего корпуса регенератора 102-EA контролируется и сигнализируется в ЦПУ от показаний прибора LIC-22 и регулируется клапаном LCV-22 за счет перепуска полубедного раствора в нижний корпус регенератора 102-EA. Уровень в нижнем корпусе регенератора 102-EA контролируется регистратором уровня LRA-70, сигнализирующими предельные положения уровня в ЦПУ.
В нижнем корпусе регенератора раствор стекает вниз по насадке навстречу поднимающимся потокам СО2 и водяных паров и собирается на «глухой» тарелке в нижней части корпуса. С тарелки, через дистрибуторы 800-FA/FB раствор стекает в газовые кипятильники 105-СА и 105-СВ ( 102-ЕА) и паровые кипятильники 111-СА и 111-СВ ( 102-ЕВ).
В кипятильниках 105-СА/СВ раствор нагревается газом, идущим с конверсии СО, а в кипятильниках 111-СА/СВ - парогазовой смесью после отпарной колонны 103-Е.
Нагретый раствор возвращается в кубовую часть регенераторов (под «глухую» тарелку), где сепарируется. Углекислота и водяные пары проходят «глухую» тарелку и поднимаются вверх навстречу стекающему по насадке раствору. Из куба регенераторов выводится глубокорегенерированный «бедный» раствор.
В кубе регенератора 102-ЕA поддерживается давление не более 1,5 кгс/см2 и температура не более 132оС. В кубе регенератора 102-ЕВ поддерживается давление не более 0,7 кгс/см2 и температура не более 121оС.
Бедный раствор, отобранный из нижнего корпуса регенератора 102-ЕА с температурой 130-132°С через клапан LCV-18 поступает в регенератор 102-ЕВ. Уровень в кубе нижнего корпуса регенератора 102-ЕВ регулируется клапаном LCV-18, расположенном на линии бедного раствора из регенератора 102-ЕA в регенератор 102-ЕВ.
Пар, образовавшейся мгновенным вскипанием бедного и полубедного раствора в регенераторе 102-ЕВ за счет снижения давления, используется как пар для регенерации богатого раствора, подаваемого в верхнюю часть регенератора 102-ЕВ.
Бедный раствор собирается в кубе нижнего корпуса регенератора 102-ЕВ, откуда с температурой 113-115 °С поступает в подогреватель деминерализованной воды 107-С, где охлаждается за счет подогрева деминерализованной воды, подаваемой в деаэратор 101-U и далее поступает на всас насосов бедного раствора 106-J/JA.
На входе раствора в 107-С предусмотрен фильтр и байпас мимо него. После теплообменника 107-С «бедный» раствор с температурой не более 94оС поступает на всас насоса 106-J/JA. Для обеспечения безопасной эксплуатации насосов поз.106-J/JA на трубопроводах всаса насосов после фильтров установлены отборы датчиков PI-106-J1 и PI-106-J2, показания которых выведены на рабочую станцию оператора. Снижение давления на всасе насосов поз.106-J/JA после фильтров до 0,8 кгс/см2 по PI-106-J1 и PI-106-J2 сигнализируется на пульте оператора, а при снижении давления до 0,65 кгс/см2 насос останавливается по блокировке минимального давления. Насосом раствор подается в воздушный холодильник 108-С, где охлаждается до 65-80оС. Регулирование температуры раствора производится путем изменения угла атаки лопастей с помощью клапана с дистанционным управлением НС-58 в зависимости от показания термометра TI-34. Минимальная температура раствора сигнализируется в ЦПУ прибором TI-43-9 . Прибор TI-34-1 переключает вентиляторы с летнего режима на зимний и наоборот. Часть подаваемого на холодильники раствора отводится на механический 101-L и угольный 117-F фильтры, где очищается от механических примесей и продуктов осмоления. Этот поток раствора соединяется с раствором, выходящим из холодильника 108-С. Количество раствора, отводимого на фильтрацию, определяется расходомером FI-39.
Охлажденный «бедный» раствор разделяется затем на два потока и поступает на орошение верхних корпусов абсорберов. Количество подаваемого раствора поддерживается регулятором расхода FC-5 (101-ЕА) и FC-6 (101-ЕВ).
Смесь СО2/пар, выходящая из верхнего корпуса регенератора 102-ЕА с давлением 1,26 кг/см2 (изб.) и температурой 110-112 °С поступает в эжектор 301-Х как рабочий пар.
Смесь СО2/пар, выходящая из верхнего корпуса регенератора 102-ЕВ с давлением 0,28 кг/см2 (изб.) и температурой 100-102 °С частично всасывается эжектором 301-Х и сжимается до давления 0,56 кг/см2 (изб.) смесью СО2/пар, идущей с регенератора 102-ЕА.
Избыток смеси СО2/пар из регенератора 102-ЕВ, не требующийся для производства карбамида, после охлаждения до 70 °С в воздушных холодильниках 143-СА/СВ поступает в сепаратор 119-F и далее выбрасывается в атмосферу.
Регулирование температуры смеси СО2/пар после холодильников 143-СА/СВ производится путем изменения потока воздуха за счет регулирования угла атаки лопастей с помощью клапанов с дистанционным управлением НСV-53 (143-СА) и НСV-55 (143-СВ) в зависимости от показаний термопары TI-54. Приборы ТI-35 (143-СА) и ТI-36 (143-СВ) переводят вентиляторы с летнего режима работы на зимний режим и наоборот.
Конденсат из сепаратора 119-F насосами 125-J/JA подается на смешение в линию выдачи конденсата от насосов 108-J/JA и далее по линии 3 CAR C014 в регенератор 102-EB. Нормально в работе находится один насос 125-J/JA, второй находится в резерве и включается в работу автоматически в случае остановки работающего насоса. При срабатывании блокировки LS-121LL сверхнизкого уровня в сепараторе 119-F происходит остановка насосов 125-J/JA.
Смесь СО2/пар от эжектора 301-Х поступает в воздушные холодильники 110-С где охлаждается до 70°С и поступает в сепаратор 113-F. Регулирование температуры воздуха производится автоматически регулятором TC-31, изменяющим степень открытия жалюзей на входе охлаждающего воздуха.
Из сепаратора 113-F углекислый газ с давлением не более 0,35 кгс/см2 через заслонку регулятора давления в системе регулирования PIC-24 и брызгоотделитель 173-F выводится в атмосферу. Часть СО2 отводится в производство карбамида. Отделившийся в 173-F конденсат стекает из брызгоотделителя в линию конденсата из сепаратора 113-F.
Конденсат из сепаратора 113-F откачивается насосами 108-J/JA в качестве флегмы на орошение в регенератор 102-ЕB (по линии 3 CAR C014), на уплотнение насосов 106-J/JA, 107-J/А,В,С и на приготовление раствора антивспенивателя. Нормально в работе находится один насос 108-J/JA, второй находится в резерве и включается в работу автоматически в случае остановки работающего.
Предельные положения уровня в сепараторе 113-F сигнализируются в ЦПУ максимальный – от LICA-23, минимальный – от LA-22L.
Предусмотрен также отбор части конденсата из 113-F на уплотнение насосов «бедного» раствора «Карсол» 106-J/JA и насосов «полубедного» раствора «Карсол» 107-JA/JB/JC. Конденсат на вышеупомянутые насосы подается насосами 108-J/JA. Во время пуска для поддержания уровня в 113-F предусмотрена подача деминерализованной воды через клапан LCV-23 «В». При нормальной работе подается вместо деминерализованной воды отпарной конденсат.
Сопротивление регенераторов измеряется перепадомерами PDI-30 (102-EA) и PDI-29 (102-ЕВ), сигнализирующими максимальный перепад.
Уровень в нижнем корпусе регенераторов контролируется показаниями приборов LIC-70 (102-ЕА) и LIC-18 (102-ЕВ), сигнализирующими предельные положения уровня в ЦПУ. Для поддержания уровня в нижнем корпусе регенераторов в них подается конденсат после турбин насосов 104-J/JA. Подача конденсата осуществляется насосом 114-J/JA через клапан НСV-5 с дистанционным управлением.
Количество подаваемого конденсата измеряется расходомером FI-41. Антипенная присадка готовится в баке растворителе 110-LF и подается в систему насосом –дозатором 110-LJ (в линию 3 CAR 57) после клапана LCV-23 «А» на входе в 102-ЕА/ЕВ.
Для поддержания в растворе «Карсол» соотношения ванадия V+5 и V+4 не менее 1:1 в емкость 115-F предусмотрена подача воздуха для окисления.
Для приготовления раствора «Карсол» и подпитки системы свежим раствором предусмотрен насос 111-J.
Для аварийного слива раствора из системы на коллекторе подачи его на теплообменник 107-С предусмотрен трубопровод в хранилище раствора 114-F .
На трубопроводе предусмотрена задвижка с дистанционным управлением EmV-10.
Сточные воды, собираемые на агрегате, по ливневым каналам стекают в сборник 116-F, откуда откачиваются дренажным насосом 116-LJF в емкость нейтрализации стоков 1301-F.