第16期孟令凱:低溫甲醇洗工藝的技術(shù)優(yōu)化145低溫甲醇洗工藝的技術(shù)優(yōu)化孟令凱(中石化寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:介紹了低溫甲醇洗工藝流程設(shè)置及特點(diǎn)結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)低溫甲醇洗工藝進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,在確保技術(shù)可靠、操作穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化裝置能耗、降低操作費(fèi)用、縮減裝置投資并為同等規(guī)模低溫甲醇洗流程設(shè)置提供參考。關(guān)鍵詞:低溫甲醇洗;能耗;投資;技術(shù)優(yōu)化中圖分類號(hào):TQ116.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C文章縮號(hào):1008-021X(2015)16-0145-031項(xiàng)目概況對(duì)設(shè)備和管道也不腐蝕,因此,設(shè)備與管道大部分可以用碳某煤(石油焦)制氫裝置是向煉油裝置供應(yīng)工業(yè)氫氣的鋼或耐低溫的低合金鋼生產(chǎn)裝置,其核心是采用煤(石油焦)氣化工藝技術(shù)生產(chǎn)粗合(9)甲醇溶劑價(jià)格較便宜、容易獲得。成氣工程實(shí)施后建設(shè)一套12萬(wàn)Nm3/h的制氫裝置以調(diào)整3低溫甲醇洗工藝流程簡(jiǎn)介煉廠工業(yè)氫氣的原料結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用煉廠副產(chǎn)的低價(jià)高硫低溫甲醇洗流程主要分為以下幾個(gè)部分:原料氣冷卻、石油焦作為原料滿足煉廠成品油加氫改質(zhì)的需要,同時(shí)大酸性氣體脫除、中壓閃蒸、低壓閃蒸和H2S富集、熱再生、甲幅度降低工業(yè)氫氣的生產(chǎn)成本提高企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益,醇水分離及尾氣洗滌放空。流程簡(jiǎn)圖如下圖1。增強(qiáng)企業(yè)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。低溫甲醇洗工藝用于脫除上游變3.1原料氣冷卻換工藝來(lái)的變換氣中的CO2、H2S、COS等酸性氣。進(jìn)入低溫40℃左右的變換氣被噴入一小股防凍甲醇后與尾氣、凈甲醇洗工藝變換氣的壓力為5.6MPaG。化變換氣、CO2產(chǎn)品氣三種冷氣體在繞管換熱器中經(jīng)過(guò)換熱2低溫甲醇洗工藝原理及特點(diǎn)冷至-6℃左右被冷卻后的變換氣經(jīng)一個(gè)氣液分離罐分液低溫甲醇洗工藝脫除合成氣中的CO2和H2S,過(guò)程屬于后送入變換氣吸收塔。物理吸收在加壓和低溫條件下,甲醇吸收CO2和H2S,富含3.2H2S、COS和CO2的脫除CO2和H2S的富甲醇通過(guò)減壓閃蒸和加熱得到再生并循環(huán)吸收塔自下而上分為預(yù)洗段脫硫段和脫碳段。預(yù)洗段使用。工藝的特點(diǎn)2)如下用于脫除變換氣中的痕量組份NH和HCN,脫硫段用來(lái)脫(1)可以同時(shí)脫除原料氣中的多種組分(H2S、COS、除變換氣中的H2S和COS,脫碳段用于脫除變換氣中的RSH、CO2、 HCN, NH13、NO以及石蠟烴、芳香烴、粗汽油等),CO2,凈化后的粗氫氣自吸收塔頂部流出凈化效果好,一般情況下凈化氣中H2S<0.1×10°、CO2<3.3中壓閃蒸20×10-6中壓閃蒸系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)閃蒸塔,分為上塔和下塔,上(2)氣體的脫硫和脫碳可在同一個(gè)塔內(nèi)選擇性地進(jìn)行,塔用于閃蒸來(lái)自吸收塔CO2吸收段的富CO2甲醇;下塔用于且H2S的溶解度比CO2的溶解度大得多,這樣就可以選擇性閃蒸來(lái)自吸收塔脫硫段的富H2S甲醇。閃蒸出來(lái)的有效氣的在吸收塔的不同區(qū)域脫除H2S和CO2,最終可回收硫磺。經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)升壓后返回變換氣冷卻器上游的變換氣中。(3)有效氣體和溶劑的損失少:因?yàn)樵诘蜏叵翲2和C03.4低壓閃蒸和H2S富集等在甲醇中的溶解度都較低,甲醇的蒸氣壓也很小。為了增加酸性氣中的硫含量,也為回收富甲醇中的溶解(4)溶劑吸收能力大,吸收塔及泵的規(guī)格小在同等凈化熱在H2S富集塔中通過(guò)減壓閃蒸和氮?dú)鈿馓岬姆椒摮艹潭认?本工藝更節(jié)能解的CO2。H2S富集部分是整個(gè)低溫甲醇洗工藝溫度較低的(5)環(huán)境污染小低溫甲醇洗排出的含甲醇廢水中甲醇部分,為了回收冷量,從H2富集塔中部抽出冷甲醇作為貧含量小于200×10“6,利于廢水的二次處理;排放的尾氣中甲醇、吸收塔抽出富CO2甲醇的冷源H2S小于10×106,符合國(guó)家大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)3.5熱再生(6)酸性氣H2S濃度高,經(jīng)過(guò)低溫甲醇洗裝置的吸收濃自H2S富集塔來(lái)的富甲醇經(jīng)換熱升溫后進(jìn)入熱再生塔后,副產(chǎn)的酸性氣濃度可以達(dá)到體積分?jǐn)?shù)30%以上,可滿足硫回收裝置的處理要求。以熱再生塔再沸器加熱甲醇溶液產(chǎn)生的甲醇蒸汽作為汽提()低溫甲醇洗通過(guò)減壓閃蒸可以產(chǎn)生高濃度C04氣秦汽,完成從高甲醇中脫除日S和C0的目的。自熱再生塔體可經(jīng)壓縮機(jī)加壓后作為產(chǎn)品氣送出界區(qū)。塔頂離開(kāi)的酸性氣經(jīng)換熱、分液后作為克勞斯氣送出界區(qū)至8)甲醇的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較好:甲醇不會(huì)被硫回收單元;熱再生塔底部抽出的貧甲醇經(jīng)一系列換熱冷卻有機(jī)硫氰化物等組分所降解在操作中甲醇不起泡純甲醇后進(jìn)入吸收塔頂部作為精洗甲醇。收稿日期:2015-06-11中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:孟令凱(1982-),工程師大學(xué)本科,205年畢業(yè)于江蘇工業(yè)學(xué)院mCNMHG江,訌T比了波工程有限公司工藝系統(tǒng)工作山東化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2015年第44卷4粗氫氣貧甲醇半貧甲醇C0產(chǎn)品氣CQ脫低壓閃蒸尾氣洗滌尾氣克勞斯氣Hs脫除熱再生甲醇水分離換氣預(yù)洗原料氣冷卻酸性氣體脫除中壓閃蒸低壓閃燕和HS富集圖1流程簡(jiǎn)圖3.6甲醇/水分離h3)多選用半貧液流程,一些中小規(guī)模的低溫甲醇洗裝置,甲醇水分離塔再沸器利用中低壓蒸汽加熱。甲醇水分為了節(jié)能降耗也逐漸考慮采用半貧液流程離塔塔頂甲醇蒸汽送往熱再生塔作為汽提蒸汽,塔底廢水經(jīng)全貧液吸收流程僅采用貧甲醇作為吸收塔脫碳段的吸廢水冷卻器冷卻后分為兩部分,一部分廢水送至尾氣洗滌塔收溶劑;而半貧液吸收流程吸收塔脫碳段則采用貧甲醇作為回用,另一部分廢水直接排出界區(qū)。精洗甲醇和低壓閃蒸后的半貧甲醇作為主洗甲醇兩種吸收3.7尾氣洗滌溶劑。兩種流程主要區(qū)別在于半貧液吸收流程的吸收塔脫在尾氣洗滌塔中,來(lái)自界區(qū)的脫鹽水與尾氣在塔內(nèi)逆流碳段比全貧液流程多出一股經(jīng)過(guò)低壓閃蒸的半貧甲醇作為接觸尾氣中的甲醇被洗滌下來(lái)塔頂滿足要求的尾氣送出吸收溶劑多了一套半貧甲醇吸收閃蒸循環(huán)系統(tǒng)同時(shí)增加裝置高架放空,為了減少脫鹽水的流量,甲醇水分離塔塔底了兩臺(tái)半貧液泵。全貧液流程因?yàn)槿氁貉h(huán)量大導(dǎo)致后廢水一部分被送往尾氣洗滌塔的中部回用。續(xù)熱再生系統(tǒng)、甲醇水分離系統(tǒng)負(fù)荷加大熱再生塔及甲醇4優(yōu)化方案水分離塔的設(shè)備尺寸較大,后續(xù)系統(tǒng)公用工程消耗增加。半4.1采用半貧液技術(shù)貧液吸收流程換熱網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜一些,能夠減少冷量消耗,裝置規(guī)模越大優(yōu)勢(shì)則越明顯。4.1.1工藝流程根據(jù)用于吸收塔脫碳段的吸收溶劑的不同,低溫甲醇洗4.1.2兩種流程操作費(fèi)用對(duì)比兩種流程操作費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1。工藝分為全貧液吸收流程和半貧液吸收流程。目前,新建規(guī)模較大的低溫甲醇洗裝置(有效氣H2+C0大于15萬(wàn)Nm3表1兩種流程操作費(fèi)用對(duì)比半貧液流程全貧液流程名稱單價(jià)小時(shí)量費(fèi)用/元小時(shí)量費(fèi)用元低壓蒸汽/t6.114080. 5MPa(g)元/t160低壓蒸汽/t1. 0MPa(g)V凵中國(guó)煤化工電元/kWh0.55949.3CNMHG40℃冷量/kW轉(zhuǎn)換為高壓蒸汽元10折高壓酒M9110折壓汽準(zhǔn)壓①591第16期孟令凱:低溫甲醇洗工藝的技術(shù)優(yōu)化147表1(續(xù))半貧液流程全貧液流程名稱單價(jià)小時(shí)量費(fèi)用/元小時(shí)量費(fèi)用/元脫鹽水/t元/t10循環(huán)水/t元/t0.4510216.4低壓氮?dú)?Nm元/Nm30.454005甲醇損失元/t2900合計(jì)元9354.4年操作費(fèi)用億元0.70810.7483由上表可以看出采用半貧液流程比全貧液流程年操作的工藝流程圖增設(shè)了兩臺(tái)液力透平。費(fèi)用少約400萬(wàn)元。液體介質(zhì)從高壓減至低壓會(huì)損失部分能量,可通過(guò)液力4.1.3投資對(duì)比透平來(lái)回收這部分能量,用來(lái)驅(qū)動(dòng)泵或其它轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備,從而半貧液流程比全貧液流程多了一套半貧甲醇吸收閃蒸達(dá)到節(jié)能的目的。在煤制氫酸性氣體脫除單元中有4個(gè)循環(huán)系統(tǒng),同時(shí)增加了兩臺(tái)半貧液泵;而全貧液流程因?yàn)槿课恍韫?jié)流減壓,根據(jù)投資和回報(bào)的效益分析,選擇兩處能貧液循環(huán)量大,導(dǎo)致后續(xù)熱再生系統(tǒng)負(fù)荷加大以及設(shè)備尺寸量損失較高的部位增設(shè)液力透平,位置詳見(jiàn)工藝流程圖。變大?？傮w而言全貧液流程可節(jié)省投資約100萬(wàn)。4.2增設(shè)液力透平為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)酸性氣體脫除裝置的節(jié)能降耗,優(yōu)化后CO2脫除富CO2甲醇富C0甲醇中壓閃蒸5. 54MPaG1. 8MPaG日被驅(qū)動(dòng)泵1電動(dòng)機(jī)離合器液力透平1H2S脫除富HS甲醇富HS甲醇中壓閃蒸5. 58MPaG1. 8MPaG被驅(qū)動(dòng)泵2電動(dòng)機(jī)離合器液力透平2圖2優(yōu)化后的工藝流程圖兩處分別可回收205kW和110kW功率,回收功率約占常規(guī)低溫甲醇洗裝置吸收塔的直徑上下相同,由于變換整個(gè)酸性氣體脫除單元電耗的18%。兩臺(tái)液力透平進(jìn)出口氣量在吸收塔的精洗段氣量很小,塔內(nèi)空塔氣速較小,塔盤(pán)管線閥門(mén)材料及施工費(fèi)用約460萬(wàn)元,節(jié)電:315×8000×0.開(kāi)孔率較低,存在設(shè)備投資的浪費(fèi)。因此本項(xiàng)目考慮在吸收55=138.6萬(wàn)元/年。塔的精洗段進(jìn)行變徑優(yōu)化優(yōu)化前后參數(shù)如下表2。4.3吸收塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化表2優(yōu)化前后參數(shù)氣體的脫硫和脫碳可在同一個(gè)吸收塔內(nèi)選擇性地進(jìn)行,吸收塔總塔精洗段精洗段精洗段壁且H2S的溶解度比CO2的溶解度大得多這樣就可以選擇性高/m高度/m塔徑/m厚/m的在吸收塔的不同區(qū)域脫除H2S和CO2。本項(xiàng)目吸收塔自變徑前下而上分為預(yù)洗段、脫硫段、脫碳段、精洗段。變換氣先進(jìn)入變徑后2.4吸收塔22001下部的預(yù)洗段痕量組份如NH3和HCN被脫變徑后吸中國(guó)煤化工吸收塔內(nèi)件投資除;在脫硫段H2S和Cs被來(lái)自脫碳段的富CO2甲醇液洗減少40萬(wàn)元YHCNMHG滌吸收;在脫碳段,大部分變換氣中的二氧化碳被脫除,最終(下轉(zhuǎn)第149頁(yè))進(jìn)人精洗段變換氣的氣量明顯減少。第16期王明智,等:粉煤輸送載氣的切換方法1492.2切換前應(yīng)具備的條件處互換完成的時(shí)間,經(jīng)過(guò)估算初步定為2.5h氣化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,負(fù)荷大于60%低溫甲醇洗運(yùn)行正3載氣切換CO2的注意事項(xiàng)常,CO2分析合格,H2S+COS含量低于5×106,壓縮機(jī)出口(1)在切換過(guò)程中要密切監(jiān)視兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)溫度能達(dá)到120℃。N2壓縮機(jī)K-3052運(yùn)行正常,三段出口如果N2壓縮機(jī)跳車要迅速關(guān)閉N2壓縮機(jī)的出口兩位閥壓力30P1305控制在50MP嗎g,四段出口壓力30PC030630XW060307,繼續(xù)向管網(wǎng)供應(yīng)CO2,必要時(shí)可手動(dòng)調(diào)節(jié)放控制在7MPag。CO2壓縮機(jī)K-351已備用,三段四段出空閥的的開(kāi)度以維持管網(wǎng)壓力前提是不影響CO2壓縮機(jī)的口兩位閥30XV03060307以及后面的現(xiàn)場(chǎng)手閥處于關(guān)閉狀穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)關(guān)閉N2壓縮機(jī)出口的現(xiàn)場(chǎng)手閥全開(kāi)放空閥態(tài)。30PV3O5/0306。如果CO2壓縮機(jī)跳車,迅速關(guān)閉CO2壓縮3載氣切換過(guò)程機(jī)出口的兩位閥30Xv0304/0305,恢復(fù)N2供應(yīng),必要時(shí)手動(dòng)全開(kāi)CO2壓縮機(jī)三四段放空閥30PV0303/0304,啟動(dòng)K干預(yù)放空閥動(dòng)作以維持管網(wǎng)壓力同時(shí)關(guān)閉CO2壓縮機(jī)出口的現(xiàn)場(chǎng)手閥,全開(kāi)放空閥30PV0303/0304。-3051,提轉(zhuǎn)速至正常轉(zhuǎn)速。將三四段壓力控制器(2)在切換過(guò)程中密切關(guān)注N2CO2管網(wǎng)的壓力以及煤30PIC0303/0304切到自動(dòng)狀態(tài)設(shè)定值分別設(shè)為5.MPag、粉管線的穩(wěn)定性,避免因壓力波動(dòng)造成煤氣化連鎖跳車。如7.6MP4確保比N2壓力設(shè)定值高0.MPag當(dāng)30P0303/果在切換過(guò)程中或切換完成后氣化系統(tǒng)跳車,若空分在繼續(xù)0304壓力穩(wěn)定以后全開(kāi)30XV0304/0305后面的現(xiàn)場(chǎng)手閥,運(yùn)行,應(yīng)迅速啟動(dòng)N2壓縮機(jī)已完成氣化爐的吹掃然后打開(kāi)30Xv304/0305,并入CO2。(3)由于CO2在節(jié)流膨脹時(shí)相對(duì)于N2具有更明顯的低CO2并人以后注意觀察放空閥開(kāi)度如果CO2放空閥溫效果,所以在煤粉鎖斗初始充壓以及泄壓時(shí)易因溫度過(guò)低關(guān)小,N2放空閥開(kāi)大,表明CO2已經(jīng)進(jìn)入管網(wǎng),否則需要提而致使煤粉中的水份結(jié)露因此要監(jiān)視好U1200的溫度以及高CO2壓力,同時(shí)注意觀察穩(wěn)定管網(wǎng)N2/CO2壓力30P0002對(duì)下煤的影響如果可能當(dāng)煤粉鎖斗泄壓時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量容器以及超高壓N2/CO2管網(wǎng)壓力30P000o每半小時(shí)手動(dòng)分析外殼的溫度。為避免因水份結(jié)露而造成的煤粉結(jié)塊要保證次混合氣體中CO2含量。煤粉鎖斗和泄壓管線的伴熱以及CO2壓縮機(jī)出口溫度,并定在放空閥的開(kāi)度穩(wěn)定以后觀察K-3051以及管網(wǎng)壓力期對(duì)高壓N2CO2緩沖罐排液,防止CO2帶液進(jìn)入系統(tǒng)。是否穩(wěn)定,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮停K-3052切出N2,關(guān)閉三(4)在CO2替代N2過(guò)程中,雖然CO2參與反應(yīng),但氣化段出口兩位閥30XV0306/0307,全開(kāi)放空閥30PV0305/0306爐的放熱基本不會(huì)改變,所以在切換過(guò)程中要保證小室蒸汽使K-3052處于備用狀態(tài)。產(chǎn)量的穩(wěn)定。在O/C不變的情況下,由于CO2密度比N22.4粉煤密度計(jì)算公式的修改高,在初始切換到CO2時(shí),實(shí)際煤量會(huì)降低,造成真實(shí)的O/C增加,氣化爐溫度上升,小室蒸汽產(chǎn)量增加。為保證蒸汽產(chǎn)由于N2和CO2的密度不同粉煤輸送在切換載氣后會(huì)量不變,防止氣化爐溫度過(guò)高,通過(guò)下調(diào)OC控制回路中的影響密度計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性,從而造成粉煤實(shí)際流量與計(jì)算流修正參數(shù)以降低總0/C增加粉煤管線煤量,同時(shí)煤粉密度量出現(xiàn)偏差,進(jìn)而影響氣化爐工況。因此在載氣切換過(guò)程公式要做出及時(shí)切換。中,粉煤密度計(jì)算公式要及時(shí)作出修改(5)切換至CO2后,粗合成氣中的CO2含量會(huì)大幅升粉煤密度計(jì)算公式為:高,要及時(shí)與低溫甲醇洗工段進(jìn)行聯(lián)絡(luò),確保后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定。13DI0101-Dx13PI0l01x10+14結(jié)語(yǔ)13DYol01=1400xTT0101+27313PI0101×10+1當(dāng)用粉煤輸送載氣由N2切換到CO2后粗合成氣中N21400-DT0101+273含量明顯降低,有效氣組分增加,減少了后續(xù)工段弛放氣的當(dāng)載氣為N2時(shí),D值為341.25,當(dāng)載氣為CO2時(shí),D值放空提高合成效率增加甲醇產(chǎn)量。除此之外采用C2代為536.25替N2不但可以減少N2消耗而且使低溫甲醇洗產(chǎn)生的CO2從Ⅳ2切換到CO2,當(dāng)開(kāi)始打開(kāi)30XV0304/0305后面的得到有效利用減少因CO2放空而造成的環(huán)境污染。手閥時(shí),點(diǎn)擊控制面板的切換按鈕,密度計(jì)算公式中的D值將從341.25經(jīng)過(guò)“RAMP”時(shí)間變化到536.25。其中(本文文獻(xiàn)格式:王明智,宗學(xué)偉粉煤輸送載氣的切換方法RAMP的時(shí)間取決于切換載氣時(shí)N2CO2之間在粉煤管線[J].山東化工,2015,44(16):148-149.)(上接第147頁(yè))社,2010:983-9875小結(jié)[2]汪家銘.低溫甲醇洗凈化工藝技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用概況采用半貧液流程比全貧液流程投資增加1500萬(wàn)元,年[刀].瀘天化科技,2007(2):120-124操作費(fèi)用節(jié)省400萬(wàn)元,約37年收回增加投資成本;通過(guò)[3]齊勝遠(yuǎn).全貧液、半貧液低溫甲醇洗工藝技術(shù)對(duì)比[門(mén)設(shè)置液力透平設(shè)施,投資增加460萬(wàn)元,年操作費(fèi)用節(jié)省化肥工業(yè),40(4):56-64138.6萬(wàn)元/年,約32年收回增加投資成本;吸收塔精洗段[4]于良儉陳允中液力能量回收透平在石化行業(yè)中的應(yīng)縮徑后塔設(shè)備投資可節(jié)省208萬(wàn)元。由此可見(jiàn),通過(guò)對(duì)低溫用[J]石油甲醇洗工藝的優(yōu)化,項(xiàng)目實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益顯著。中國(guó)煤化工參考文獻(xiàn)(本文文獻(xiàn)格式NMH術(shù)優(yōu)化刀.山[1]賀永德現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版東化工,2015,4(16):145-147,149.)