合成氨生產過程除電解法外，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用的吸收工藝過程，吸收方法有物理吸收、化學吸收和物理化學吸收。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用到化工生產以實現過程強化的技術發(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尿素，脫碳工藝大部分采用傳統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，該技術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)能效果和經濟效益。
隨著經濟發(fā)展的需要，要求提高合成氨和尿素生產能力，同時也有工藝要求尿素聯產堿等產品。這就要求不但脫碳的效率要高，同時對二氧化碳的回收數量和質量提出了高要求，以滿足尿素聯產堿的工藝需求。至20世紀70年代末先后有100多個廠家使用了PC技術，而這些廠家的生產工藝是尿素聯產堿的，在原設備和工藝的基礎上單純將水洗法改為PC法，經過2年多實踐，人們逐漸發(fā)現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，出現了凈化氣“跑高”問題，即二氧化碳離開吸收塔含量高，這導致操作費用的增加和氨損耗增大。
針對上訴問題對PC技術進行剖析，碳酸丙烯酯吸收劑損耗較大是由于該系統是在原來水脫碳系統基礎上直接改造而來，用碳酸丙烯酯代替水作為吸收劑，是從無機吸收劑轉換為有機吸收劑，碳酸丙烯酯的蒸汽壓高，且PC回收系統不完善所致;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，加大氣液傳質面積，結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，采用復合溶劑法，即對PC吸收劑進行改良，向PC吸收劑直接添加復合溶劑的相關組分，在原PC技術上過渡為PC復合工藝，復合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，實驗證明復合溶劑的選擇性和吸收能力優(yōu)于純溶劑，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，采用復合PC技術，二氧化碳凈化度高，吸收劑損耗和電力消耗都得以降低。
上述碳酸丙烯酯復合溶劑脫碳工藝技術沿革說明，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合構成，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鍵。 |
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