噸甲醇生產(chǎn)凈化工段的低溫甲醇洗工藝設(shè)計(jì)

1、1緒論引言在國(guó)內(nèi)天然氣供應(yīng)緊張和國(guó)際油價(jià)、 天然氣價(jià)格連續(xù)上漲情況下， 國(guó)內(nèi)許多 公司將目光轉(zhuǎn)向用煤生產(chǎn)天然氣的項(xiàng)目， 煤氣化生產(chǎn)合成氣， 合成氣通過一氧化 碳變換和凈化后，通過甲烷化反應(yīng)生產(chǎn)天然氣的工藝在技術(shù)上是成熟的， 煤氣化、 一氧化碳變換和凈化是常規(guī)的煤化工技術(shù)， 甲烷化是一個(gè)有相當(dāng)長(zhǎng)應(yīng)用歷史的反 應(yīng)技術(shù)， 工藝流程短， 技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單， 對(duì)于合成氣通過甲烷化反應(yīng)生產(chǎn)甲烷這一 技術(shù)和催化劑在國(guó)際上有數(shù)家公司可供選擇。 對(duì)于解決國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)緊張局面的 各種非常規(guī)石油和非常規(guī)天然氣技術(shù)路線進(jìn)行綜合比較后判斷， 煤氣化生產(chǎn)合成 氣、合成氣進(jìn)一步生產(chǎn)甲烷（代用天然氣）項(xiàng)目是一種技術(shù)上完全可行的項(xiàng)

2、目， 在目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格下， 這個(gè)項(xiàng)目在財(cái)務(wù)上具有很好的生存能力和盈利 能力。另外，作為天然氣產(chǎn)品，依賴國(guó)內(nèi)日趨完善的國(guó)家、地區(qū)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng) 進(jìn)行分配銷售，使得天然氣產(chǎn)品的市場(chǎng)空間巨大。充分利用國(guó)內(nèi)的低熱值褐煤、 禁采的高硫煤或地處偏遠(yuǎn)運(yùn)輸成本高的煤炭資源， 就地建設(shè)煤制天然氣項(xiàng)目， 進(jìn) 行煤炭轉(zhuǎn)化天然氣是一個(gè)很好的煤炭利用途徑。天然氣的特性和用途天然氣系古生物遺骸長(zhǎng)期沉積地下， 經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生之氣態(tài)碳 氫化合物，具可燃性，多在油田開采原油時(shí)伴隨而出。 天然氣蘊(yùn)藏在地下約30004000米之多孔隙巖層中，主要成分為甲烷，通常占85-95%；其次為乙烷、丙 烷、丁烷等，比重

3、，比空氣輕，具有無色、無味、無毒之特性，天然氣公司皆遵 照政府規(guī)定添加臭劑， 以資用戶嗅辨。在石油地質(zhì)學(xué)中， 通常指油田氣和氣田氣。 其組成以烴類為主， 并含有非烴氣體。 廣義的天然氣是指地殼中一切天然生成的 氣體，包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤撐器和生物生成氣等。按天然氣在地 下存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、 溶解態(tài)、 吸附態(tài)和固態(tài)水合物。只有游離態(tài)的天然 氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可開發(fā)利用。天然氣是生產(chǎn)氨和氫氣的理想原料， 由其制成的合成氣能被更有效、 更清潔、 更經(jīng)濟(jì)地（通過蒸汽轉(zhuǎn)化） 生產(chǎn)和凈化， 而用其他普通原料制成的合成氣就遜色 得多。對(duì)采用合成氣制成的碳產(chǎn)品而言，如甲醇、羰基醇和費(fèi)托

4、法制成的烴， 這類產(chǎn)品有個(gè)小缺點(diǎn)：蒸汽轉(zhuǎn)化法制成的合成氣中氫氣比例通常太低。天然氣的世界儲(chǔ)量依然十分豐富， 但在工業(yè)發(fā)達(dá)、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展更成熟的地區(qū)天 然氣資源正趨于殆盡， 只是最近這種趨勢(shì)更明顯。 前幾年的冬天， 美國(guó)天然氣價(jià) 格在需求高峰期已達(dá)到高位， 而今年冬天， 因北海天然氣產(chǎn)量下降， 造成歐洲天 然氣供應(yīng)緊缺。 這些地區(qū)的天然氣供應(yīng)將逐漸依賴于進(jìn)口， 從戰(zhàn)略角度考慮， 這 種狀況頗為不利， 甚至是危險(xiǎn)的。 世界其他一些工業(yè)正迅速發(fā)展的地區(qū)至今卻無 豐富的資源，一些地方甚至可能永遠(yuǎn)也沒有天然氣。中國(guó)天然氣的發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，2012年全國(guó)天然氣年探明地質(zhì)儲(chǔ)量保持高速增長(zhǎng)姿態(tài)， 天然

5、氣勘察新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)|立方米，同比增長(zhǎng)33%，居我國(guó)歷史最高水平。 新增探明技術(shù)可采儲(chǔ)量?jī)|立方米， 同比增長(zhǎng)36%。2012年天然氣產(chǎn)量為億立方米， 同比增長(zhǎng)%，鄂爾多斯、塔里木、四川盆地仍是中國(guó)天然氣主產(chǎn)區(qū)。2012年，我 國(guó)天然氣進(jìn)口持續(xù)較快增長(zhǎng)，全年累計(jì)進(jìn)口天然氣萬噸（約合億立方米） ，同比 增長(zhǎng)%，進(jìn)口貿(mào)易額億美元，同比增長(zhǎng)%。2012年國(guó)內(nèi)天然氣表觀消費(fèi)量?jī)|立方 米，同比增長(zhǎng)%。2013年全國(guó)天然氣產(chǎn)量創(chuàng)下歷史新高水平。 數(shù)據(jù)顯示，全年天然氣產(chǎn)量1209億立方米，其中常規(guī)天然氣產(chǎn)量1177億立方米，凈增105億方立方米，同比增 長(zhǎng)%，連續(xù)3年保持1000億立方米以上；煤層氣和頁巖氣

6、分別超過30億立方米 和2億立方米。2014年11月4日，中國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了關(guān)于印發(fā)國(guó)家應(yīng)對(duì) 氣候變化規(guī)劃（20142020年）的通知，要求到2020年，控制溫室氣體排放 行動(dòng)目標(biāo)要全面完成，要求單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放要比2005年下降40%45%,中國(guó)天然氣消費(fèi)量在一次能源消費(fèi)中的比重將達(dá)到10%以上，利用量將達(dá)到3600億立方米。這意味著，在未來中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，天然氣的 黃金時(shí)代正在來臨。煤氣化制合成氣作為合成氣的原料， 煤由于呈固態(tài)不能采用蒸汽轉(zhuǎn)化加以處理， 所以不能將 煤輸送到蒸汽轉(zhuǎn)化工藝所必需的固態(tài)催化劑中。 不過，即使能夠輸送， 煤所含雜 質(zhì)的類型和數(shù)量會(huì)迅速

7、使蒸汽轉(zhuǎn)化用的催化劑及下游其他對(duì)毒物敏感的催化劑 失活。采用比輕石腦油重的液態(tài)烴，情況也是如此。解決辦法是利用氣化法，或 部分氧化，煤與適量氧氣或富含氧的空氣以及蒸汽燃燒，以便與CO或在不完全燃燒中所生成的氣態(tài)烴反應(yīng)生成CO和多余H2。燃燒過程為不采用催化劑、有蒸 汽參與的反應(yīng)提供充分熱量，因而不會(huì)出現(xiàn)合成氣反應(yīng)塔內(nèi)催化劑損壞的問題。由煤和重質(zhì)烴原料氣化而來的合成氣原料含氫、CO、CO2和剩余蒸汽，還包括氣化劑不是純氧的極少數(shù)情況下， 來自空氣中的氮、 惰性氣體， 加上硫化氫，羰基硫 （COS、煤煙和灰。氣化后，首先采用傳統(tǒng)氣體凈化方法脫除固體。然后 使CO與蒸汽進(jìn)一步反應(yīng)生成CO和H2,以調(diào)

8、整氣體組分使之更適于甲醇或其他產(chǎn)品合成，或者在氫或氨裝置中盡量增加氫氣量，無論最終采取何種辦法脫除CQ都要盡量減少殘留的CO水氣變換反應(yīng)需要催化劑，即使在高溫變換（HTS工藝，原料氣中的硫含量對(duì)所采用的更耐用的催化劑而言都顯得較高，在采用轉(zhuǎn) 化法的氫和氨裝置中，為進(jìn)一步降低氣體中CO含量需進(jìn)行低溫變換（LTS）反應(yīng)， 那么原料氣中的硫?qū)Ω舾械拇呋瘎┒詽舛染惋@得更高了。因此在氣體到達(dá)HTS催化劑之前，要將氣體中的硫脫除到一定程度，但若將硫濃度脫除到不破壞LTS催化劑的低濃度就不切實(shí)際了，所以，即使氣化法合成氣裝置含LTS工序，仍存在少量硫。在必需脫除所有碳氧化物的情況下， 象氨裝置和制取高純

9、度氫氣的裝置， 高 溫變換后用某些濕法凈化工藝脫除大量CO,隨后再采用物理吸收法如變壓吸附（PSA、深冷分離或催化甲烷化脫除殘留CO和CO最后一種方法的缺點(diǎn)是碳氧 化物會(huì)轉(zhuǎn)化回甲烷，在氨裝置中，甲烷在合成回路中積累，增加了凈化要求。在采用清潔原料的蒸汽轉(zhuǎn)化合成氣裝置中，脫除CO的大型裝置一般采用再生式化學(xué)洗滌溶液如活化熱鉀堿（Benfield，Vetrocoke，Catacarb，Carsol工 藝）或活化MDEA但重質(zhì)原料生成合成氣時(shí)， 其中的雜質(zhì)易與這些化學(xué)洗滌液 發(fā)生不可逆反應(yīng)，影響效率，并可能加重腐蝕。因此，氣化法制合成氣裝置往往 普遍采用可逆的物理吸收工藝脫除大量CO。這在高壓氣化裝

10、置尤為適用。幾十年來，酸氣脫除工藝在氣化合成裝置中一直占主導(dǎo)地位， 因?yàn)樵摴に嚇O 適合這種特殊條件。 這就是低溫甲醇洗凈化工藝， 由林德和魯奇兩家股份公司共 同開發(fā)。工業(yè)化低溫甲醇洗凈化工藝為氨、甲醇、純CO或含氧氣體凈化氫氣和 合成氣，以達(dá)到脫除酸性氣體之目的。低溫甲醇洗凈化工藝是操作溫度低于水冰點(diǎn)時(shí)利用甲醇（工業(yè)類“A”級(jí)）作為凈化吸收劑的一種物理酸氣凈化系統(tǒng)。凈化合成氣總硫（H2S與COS低于x10-6（體積分?jǐn)?shù)），根據(jù)應(yīng)用要求，可將CO物質(zhì)的量濃度調(diào)整到百分之幾，或 百萬分之幾（體積分?jǐn)?shù)） 。氣體去最終合成工藝（氨、甲醇、羰基合成醇、費(fèi) 托法合成烴類等）之前，無需采取上游COS水解工藝

11、或使氣體通過另外的硫防護(hù) 層。與其他工藝相比， 除了合成氣硫濃度極低外， 該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是采用便宜 易制取的甲醇作為溶劑，工藝配置極靈活，動(dòng)力消耗很低。此外，原料氣中的硫 化合物與CO在分離、精餾工序中被脫除，在克勞斯硫回收裝置中進(jìn)一步處理，分別作為純CO產(chǎn)品。表1介紹低溫甲醇洗凈化工藝生產(chǎn)出的主要產(chǎn)品規(guī)格。表1-1低溫甲醇洗凈化工藝生產(chǎn)出的主要產(chǎn)品規(guī)格被凈化的合成氣CQ 產(chǎn)品（生產(chǎn)尿素）H2S 組分（去克勞斯裝置）煙氣（放空）CQ小于 5X10-6（體積分?jǐn)?shù)）物質(zhì)的量濃度大于或等于%H2S+C0S小于X10-6（體積分?jǐn)?shù)）2 10mg/m（標(biāo)準(zhǔn)狀況）適宜（大于 25%5X10-625X10

12、-6（體積分?jǐn)?shù)）H2Q小于 1X10-6（體積分?jǐn)?shù)）小于 1X10-6（體積分?jǐn)?shù)）小于 1X10-6（體積分?jǐn)?shù)）小于 1X10-6（體積分?jǐn)?shù)）甲醇15X10-630X10-6（體積分?jǐn)?shù)）250X10-6-300X10（體積分?jǐn)?shù)）100X10-6200X10-6（體積分?jǐn)?shù)）壓力壓降約 MPa MPa MPaMPa煤氣凈化的分類廠物理吸收法 5 5吸收法：化學(xué)吸收法物化吸收法V低溫甲醇洗2低溫甲醇洗工藝原理低溫甲醇洗技術(shù)的概念和特點(diǎn)所謂低溫甲醇洗方法（Rectisol Process）是指利用低溫狀態(tài)下的甲醇進(jìn)行 氣體除酸工作的吸收方法。它以甲醇為主要原材料，分階段或同步的對(duì)煤氣中的 酸性氣體，例

13、如二氧化碳、硫化氫等進(jìn)行凈化除酸，無論是在石油化工還是在城 市煤氣排污方面都發(fā)揮著重要的作用。首先，低溫甲醇洗法對(duì)酸性物質(zhì)的吸收能力較強(qiáng)。 由于在低溫狀態(tài)下酸性物 質(zhì)氣體分壓較大，導(dǎo)致其溶解度提高，非常有利于進(jìn)行酸性溶解。其次，低溫甲 醇洗技術(shù)的溶劑具有較好的穩(wěn)定性，既不容易起泡又不容易降解，能夠較好的保 障凈化效果。再次，低溫甲醇洗技術(shù)具有良好的選擇吸收性。 通過將碳物質(zhì)或硫 物質(zhì)進(jìn)行分開處理，可以將碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為肥料、將硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硫磺，這樣實(shí)現(xiàn) 低溫甲醇技術(shù)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。最后，低溫甲醇洗技術(shù)的原材料來源較為廣泛， 可 以有效的降低技術(shù)成本，更好地促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣。基本原理以拉烏爾定律和

14、亨利定律為基礎(chǔ)，是一個(gè)物理吸收和解吸的過程，吸收過程 中的控制因素是溫度、壓力和濃度，工藝操作條件為低溫、高壓。凈化裝置的目的是去除變換氣中的酸性氣體成分。該過程是一種物理過程，用低溫甲醇作為洗液（吸收劑）。在設(shè)計(jì)溫度（-50C）時(shí)，甲醇對(duì)于CO ,H2S和COS具有較高的可溶性。在物理吸收過程中，含有任何成分的液體負(fù)載均與成分的分 壓成比例。吸收中的控制因素是溫度、壓力和濃度。富甲醇通過用再沸器中產(chǎn)生 的蒸氣進(jìn)行閃蒸和汽提再生。富甲醇的閃蒸為該過程提供額外的冷卻。 閃蒸氣通 過循環(huán)壓縮，然后再循環(huán)到吸收塔，其損耗量最低。甲醇水分離塔保持甲醇循環(huán) 中的水平衡。尾氣洗滌塔使隨尾氣的甲醇損耗降低到

15、最大限度。變換氣冷卻段的氨洗滌塔使變換氣中的氨液位保持在甲醇放氣量最小的液位。酸性氣體通到克勞斯氣體裝置進(jìn)行進(jìn)一步凈化。低溫甲醇洗工藝流程低溫甲醇洗工藝一般具有三個(gè)任務(wù)：凈化原料氣 回收副產(chǎn)品 進(jìn) 行環(huán)保。裝置中低溫甲醇在主洗塔中脫硫脫碳，之后富液進(jìn)入中壓閃蒸塔（1.6MPa）閃蒸，閃蒸氣通過壓縮，然后再循環(huán)到主洗塔。閃蒸后的富液進(jìn)入再吸收塔，在常 壓下閃蒸、氣提，實(shí)現(xiàn)部分再生。然后甲醇富液進(jìn)入熱再生塔利用再沸器中產(chǎn)生 的蒸汽進(jìn)行熱再生，完全再生后的貧甲醇經(jīng)主循環(huán)流量泵加壓后進(jìn)入主洗塔。一步法：在以煤為原料，氣化工藝米用冷激流程時(shí)，同時(shí)脫除變換器中的二氧化碳、硫化物和氫氰酸等雜質(zhì)。原料氣氣化工

16、藝采用廢鍋流程時(shí)，先在co 變換前用了吸收二氧化碳的低溫甲醇脫除原料氣中的硫化物氫氰酸等雜質(zhì)，然后在變化后用低溫甲醇貧液圖2-1一步法低溫甲醇洗裝置配置克勞斯曉回收CO;+Hi&4|A II圖2-2兩步法低溫甲醇洗裝置配置CO;+NrCO；克勞斯硫回牧,尾 935CO：+H;凈化氣r 化丄（廢鋸流程）儒溫甲醇洗脫就變換低湛甲醉I津化氣*（H:）藝 V流-兩步法:L_V1-原料氣氣液分離器C1-甲醇洗滌塔 C2-CO2解析塔C3-fS 濃縮塔 C4-甲醇熱再生塔 C5-甲醇/水分離塔 V2-氣液分離塔圖2-3低溫甲醇洗凈化工藝流程示意圖操作要點(diǎn)循環(huán)甲醇溫度溫度越低,溶解度越大,所以較低的

17、貧甲醇溫度是操作的目標(biāo)（貧甲醇溫度為-50C）。系統(tǒng)配有一套丙烯制冷系統(tǒng)提供冷量補(bǔ)充，用尾氣的閃蒸（氣提）帶來的 冷量達(dá)到所需要的操作溫度。影響循環(huán)甲醇溫度的主要因素有: a丙烯冷凍系統(tǒng)冷量補(bǔ)充b氣提氮?dú)饬髁縞循環(huán)甲醇的流量與變換氣流量比例甲醇循環(huán)量控制出工段的氣體成分指標(biāo)（工SW,甲醇循環(huán)量是最主要的調(diào)節(jié)手段。系 統(tǒng)配有比例調(diào)節(jié)系統(tǒng),使循環(huán)量與氣量成比例,得到合格的精制氣。壓力（主洗塔的操作壓力）由亨利定律知壓力越高,吸收效果愈好。凈化主洗塔的壓力取決于氣化來的 變換氣壓力,系統(tǒng)氣化采用德士古氣化爐造氣,進(jìn)系統(tǒng)的變換氣壓力為,由于壓 力較高,吸收效果有很大提高。濃度（水含量、甲醇的再生度）貧

18、甲醇中的水含量是正常生產(chǎn)中的重要控制指標(biāo)，系統(tǒng)控制水含量w1%較 高的水含量不但會(huì)影響甲醇的吸收效果,還會(huì)增大對(duì)設(shè)備的腐蝕。為了實(shí)現(xiàn)甲醇 的循環(huán)利用,達(dá)到良好的吸收效果，必須很好的實(shí)現(xiàn)甲醇的再生，系統(tǒng)利用甲醇 再生的方法有閃蒸、氣提、熱再生。利用甲醇水分離塔控制溶液系統(tǒng)中的水平 衡。3低溫甲醇洗工藝設(shè)計(jì)對(duì)90噸甲醇生產(chǎn)凈化工段選擇低溫甲醇洗工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)低溫甲醇洗的主要 產(chǎn)品流為：1、變換氣：CO濃度% CO濃度% HS濃度% H濃度2、甲醇合成氣：CO濃度w%（mol）,總硫v（mol）。3、放空尾氣：幾乎無硫，主要為CO2和N2。4、酸性氣體：主要由CO和H2S組成。5、甲醇水分離塔排放廢水

19、組成：甲醇含量w%(wt)歪4C1- -甲占讎滌塔甲占讎滌塔i C2- -二氧二氧化碳為帶塔化碳為帶塔i C3FE化氫液化氫液箱塔匚鳳箱塔匚鳳- -甲醇再生塔；甲醇再生塔；C5-甲醇水分離塔甲醇水分離塔匚匚E系列系列- -換換熱器；熱器；P系列系列- -泵辛泵辛V系列系列- -容器；容器；S系列系列濾器濾器五塔流程圖五塔流程圖工藝流程的設(shè)計(jì)圖3-1五塔流程圖物料衡算氣液分離器：相平衡yi=kiXi(i=1,2,，c)組分物料平衡Fzi=Vy+Lx(i=1,2,，c-1)整體物料平衡方程F=V+L熱量平衡HFF=HV+HL摩爾分?jǐn)?shù)的約束方程工Zi=1，工Xi=1 ,工yi=1圖3-2氣液分離器簡(jiǎn)

20、圖表3-1變換器組分表組分H2COCOH2SCOSCHNbH2OAr含量%表3-2進(jìn)氣液分離器原料氣組分表組分H2COCQH2SCOSCH4N2H2OArCHOH含量%表3-3氣液分離器塔頂產(chǎn)物組分表組分HCOCOH2SCOSCHNbAr含量%表3-4氣液分離器塔底產(chǎn)物組分表組分H0CHOH對(duì)整個(gè)單元過程進(jìn)行物料衡算：刀F=EFEED= Kmol/h刀D=ELIQUID+刀VAPOR=+= kmol/h酸性氣體吸收塔對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A物質(zhì)量作衡算，可寫出下式:VY1 +LX2 =VY2+LX為計(jì)算方便，把COS并入HS中考慮；并把混合氣中所含的非主要組分（如微量的Ar、2、CH、CO等

21、）并入H中一道考慮。表3-5綜合考慮后組分成分表組分HaCOH2S圖3-2逆流操作的吸收塔的示意圖圖3-3逆流吸收塔的物料衡算含量%含量%G (Kmol/h)表3-6綜合考慮C1塔進(jìn)出物料平衡表項(xiàng)目HaCOCHOH總量進(jìn)塔底進(jìn)料 G含量%0100塔流量 Kmol/h0物塔頂進(jìn)料 L含量%-100100料流量 Kmol/h-出塔頂出料G2含量%100塔流量 Kmol/h物上塔底出料含量%-100料Li流量 Kmol/h-塔底出料LN含量%100流量 Kmol/h氧化碳解析塔表3-7二氧化碳解析塔的進(jìn)出口物流數(shù)據(jù)流股201202203204205206207溫度 K壓力 MPa總流量kmol/h摩

22、爾分率%CHOHCOH2H2S-能量衡算熱量恒算遵循以下公式：Q+W/Hin-刀Hout氣液分離器表3-8氣液分離器熱量衡算表FEEDLIQUIDVAPORTemperature CPressure MPaVapor Frac01Liquid Frac10En thalpy cal/sec-7-7酸性氣體吸收塔表3-9吸收塔熱量衡算流股塔底進(jìn)料塔頂進(jìn)料塔頂出料下塔凈流出塔底出料TemperatureC-20-48-12Pressure MPaVapor Frac10100En thalpy cal/sec氧化碳解析塔表3-10二氧化碳解析塔熱量衡算表COLIINHSLIINLIQOUTFANG

23、KONGFENHSTemperature CPressure MPa0.Vapor Frac0.0.01Liquid Frac0.0.10En thalpy-9-2+-1cal/sec吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算1、塔板的設(shè)計(jì)：塔板數(shù)、塔徑、溢流裝置、塔板分布、浮法數(shù)目與排列。2、塔板流體力學(xué)計(jì)算：氣相通過浮、閥塔板塔的壓降、掩塔、液沫夾帶。3、 塔附件設(shè)計(jì)：接管、筒體與封頭、除沫器、裙座、吊柱、人孔。表3-11吸收塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)表CO 吸收段H2S 吸收段CO 吸收段H2S 吸收段理論塔板數(shù)621截面積 HF實(shí)際塔板數(shù)1553寬度WD空塔氣速 U停留時(shí)間B塔徑 D底隙高度板間距 Hb堰咼 hw塔截面積

24、A浮閥數(shù)目 m11721183實(shí)際空塔氣鼓泡區(qū)面積速 uAa板上清液層開孔率%咼 hi堰長(zhǎng) lw壓降 Pp酸性氣體吸收塔的模擬圖3-5酸性氣體吸收塔流程模擬圖00E r- Igu250001Et co6LOFc=o OJOco O%lorc10CMc*- BCMCMon心co-uaLO C(T-JCO CXICUOb；|RC-OfcOnE uri=7* -QPUe-j TcoFmV=CMLT5 8 rr*oo一LOCO7LiZrLL-V=la=LTi- h11 fLCS-=7CSI tcmsumT7 CXJGRiOCM CZFi g 1 co cH .C*-iCO 匚匸 foo 99 UMIL

25、CJcz5gCXI g=59CSJ P5gU；CM FIXDcdJOxJI=CXILXCMi._i Cl VnVGOCLTDr*u -iQoLCXIcz5磊i=-CZFd u、Ci ._g mooOJI1t-IILO i=i11SCJiZ FF S： F yria oogLTTfeiUoi=HaLOD-i-4C*-J EDuaaCJ-ii1PTLO左ii畐R高-1 1*rMg._sigb-JCTn C*?CZ3COoog*8 OJco ooP1-;OJLXZiC3m0昌Ico上 7V1X3 e-jLCDXDgJ1LTZ gLTZPi1o6CTiLLSpg ZT*aoco討焉I-Z-IIQ o-

26、1zE-1 w= eLvl8clHHZ I CMH邑邑Hg8tXJ8圖3-6酸性氣體吸收塔模擬結(jié)果氧化碳解析塔流程模擬圖圖3-7二氧化碳解析塔流程模擬圖硫化氫濃縮塔流程模擬圖圖3-8硫化氫濃縮塔流程模擬圖甲醇再生塔的模擬流程圖甲醇水分離塔的模擬流程圖圖3-10甲醇水分離塔的模擬流程圖全流程工藝流程模擬圖AW3.2BoaBD-060IAAY1H52440D3C2M6CC0J06-d -g -f纟54207含JrAJt-0圖3-11全流程工藝流程模擬圖帶控制點(diǎn)的低溫甲醇洗工藝流程圖圖3-11帶控制點(diǎn)的低溫甲醇洗工藝流程圖4低溫甲醇洗在煤氣凈化中的現(xiàn)狀及發(fā)展低溫甲醇洗工藝技術(shù)的研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)低溫甲醇

27、洗工藝的研究始于20世紀(jì)70年代，中國(guó)石化集團(tuán)蘭州設(shè)計(jì) 院、南化集團(tuán)研究院、浙江大學(xué)、上?；ぱ芯吭骸⒋筮B理工大學(xué)、北京化工大 學(xué)等單位在基礎(chǔ)理論研究、 化工工藝模擬計(jì)算、 熱力學(xué)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)定、 氣液平 衡計(jì)算數(shù)學(xué)模型方面做了大量工作并取得一定進(jìn)展。 目前國(guó)內(nèi)已有多套大型酸性 氣體凈化裝置采用了低溫甲醇洗工藝， 有的裝置已運(yùn)行近20年，在設(shè)計(jì)、施工、 安裝、操作等方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著研究工作的進(jìn)展和對(duì)生產(chǎn)操作中暴露出的問題的處理， 使引進(jìn)的低溫甲 醇洗工藝不斷得到改進(jìn)和完善。 國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾個(gè)單位采用模擬技術(shù)完成了低溫甲 醇洗工藝包的改造，相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)也應(yīng)該能夠順利完成。 在完成現(xiàn)有

28、裝置的擴(kuò) 能改造后， 能夠有針對(duì)性地獨(dú)立設(shè)計(jì)新流程， 因此可以認(rèn)為低溫甲醇洗技術(shù)在國(guó) 內(nèi)已經(jīng)成熟。 近年來， 在低溫甲醇洗設(shè)備制造方面， 國(guó)內(nèi)也取得了可喜的進(jìn)展。 大連冰山集團(tuán)金州重型機(jī)器有限公司為上海焦化有限公司引進(jìn)的林德公司低溫 甲醇洗裝置制造了特大型成套設(shè)備， 包括塔器、換熱器和罐類等共23臺(tái)23個(gè)種 類，其中有硫化氫濃縮塔、變換氣吸收塔、煤氣甲醇吸收塔等關(guān)鍵設(shè)備， 這些設(shè) 備不僅使用了國(guó)內(nèi)目前難以掌握的低溫鋼材料的加工工藝技術(shù)， 而且體積龐大，單臺(tái)設(shè)備最大直徑為2.3m長(zhǎng)55m質(zhì)量近百噸。此外，河南開封空分集團(tuán)有 限公司制造的低溫甲醇洗關(guān)鍵設(shè)備高壓繞管式換熱器， 工作壓力為， 可成功地

29、替 代Linde公司的進(jìn)口設(shè)備。武漢東海石化重型裝備有限公司制造的-101C級(jí)低溫甲醇洗裝置的核心非 標(biāo)設(shè)備H2S/CQ吸收塔，已在內(nèi)蒙古鄂爾多斯金誠(chéng)泰化工公司的煤制甲醇裝置上 開車運(yùn)行成功，標(biāo)志著我國(guó)低溫甲醇洗工藝全面實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化， 并為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)承 壓設(shè)備用低溫合金鋼板的修訂提供了實(shí)物依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 該設(shè)備作為低溫甲 醇洗主要過程核心裝備之一，其設(shè)計(jì)壓力較高、操作溫度低，對(duì)原材料、設(shè)計(jì)技 術(shù)要求高，制造加工難度大。上世紀(jì)80年代以來，國(guó)內(nèi)此類設(shè)備的制造加工均 引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和鋼板材。武漢東海石化重型裝備公司經(jīng)過自主創(chuàng)新，采用國(guó)產(chǎn)08Ni3DR鋼板材研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)低溫甲醇洗HS/CQ吸收塔，實(shí)

30、現(xiàn)了08Ni3DR岡 材在低溫壓力容器制造上的應(yīng)用。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的發(fā)展前景當(dāng)今社會(huì)，低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的作用越來越明顯，隨著科學(xué)技術(shù)的 不斷發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用前景也越來越廣闊。首先是在合成氨中的應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)煤制合成氨的需求越來越多， 低 溫甲醇洗技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性， 在合成氨過程中發(fā)揮著重要的作用。 在技術(shù) 施工過程中通過采用低溫甲醇洗技術(shù)， 有效的降低工程施工費(fèi)用， 保證排放氣體 達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)工藝流程的順利完成。運(yùn)用低溫甲醇洗技術(shù)，增強(qiáng)氣體的凈化程度， 降低溶劑能耗、 提高溶液的循環(huán)使用量， 保證煤制合成氨工藝的順利完工； 其次， 在煤制甲醇的過程中， 利用低

31、溫甲醇洗技術(shù)， 保證施工過程中硫的排放量不得大 于L，碳的排放量小于百分之三，保障甲醇的相關(guān)含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提高低溫 甲醇洗技術(shù)的優(yōu)勢(shì)性地位。 運(yùn)用低溫甲醇洗技術(shù)， 有效的祛除煤制甲醇中碳和硫 元素的含量， 實(shí)現(xiàn)流程的可行性和環(huán)保性， 對(duì)煤制甲醇工作意義重大。最后，隨 著我國(guó)民眾對(duì)天然氣的廣泛需求， 加之天然氣的有限性， 導(dǎo)致煤制天然氣行業(yè)興起，在人們的生活中發(fā)揮著重要的作用。 在煤制天然氣中， 低溫甲醇洗技術(shù)也發(fā) 揮著重要的作用， 通過對(duì)碳硫化合物進(jìn)行必要的凈化活動(dòng)， 保障煤制天然氣的安 全性。因此， 研究人員必須穩(wěn)固低溫甲醇洗解析塔和吸收塔之間的關(guān)系， 逐步擴(kuò) 大對(duì)酸性氣體的凈化程度，保

32、證低溫甲醇洗技術(shù)在天然氣凈化活動(dòng)中作用的充分 發(fā)揮， 促進(jìn)煤制天然氣的廣泛適用和推廣。當(dāng)前，我國(guó)合成氨、 甲醇與碳一化工正處于大規(guī)?？焖侔l(fā)展時(shí)期， 裝置規(guī)模 越來越大， 原料氣的高效率、 低消耗凈化顯得非常重要。 低溫甲醇洗正是這樣一 種優(yōu)良的凈化工藝技術(shù)。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)目前低溫甲醇洗的專利技術(shù)已達(dá)60多項(xiàng)。低溫甲醇洗被廣泛應(yīng)用于合成氨、 合成甲醇和其它羰基合成、制氫、城市煤氣和天然氣脫硫等的氣體凈化裝置中。隨著研究工作的進(jìn)展和生產(chǎn)操作中暴露的問題,低溫甲醇洗工藝不斷改進(jìn)和完 善。流程不斷優(yōu)化,能量利用更加合理與70年代引進(jìn)的甲醇洗裝置相比,新的低溫甲醇洗在能量利用和換熱流程

33、的安排上根據(jù)各工程的情況各具特色。例如,林德公司對(duì)原料氣的冷卻有一步法 和兩步法之分；采用部分H2S餾分循環(huán)以提高H2S餾分濃度；甲醇水分離塔的塔頂 氣不再經(jīng)冷卻而直接注入甲醇熱再生塔中部作為汽提熱源等等。 魯奇公司根據(jù)不 同部位溫差要求采用多種等級(jí)的制冷劑；優(yōu)化半貧液五級(jí)閃蒸的排布次序；采用 大量廉價(jià)氮?dú)鈿馓岣患状家詼p少熱再生的蒸汽耗量等等,所有這些措施有效地降 低設(shè)備投資和裝置能耗。提高操作靈活性,降低裝置投資通過對(duì)流程的優(yōu)化和合理設(shè)計(jì),新裝置的開工率和操作靈活性大大提高。首 先是通過對(duì)裝置各部分生產(chǎn)能力的平衡和生產(chǎn)中暴露問題的研究,消除了瓶頸或 采取相應(yīng)措施包括加大設(shè)備、 增設(shè)備用等等,

34、提高了裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率。 其次,通過采 用新技術(shù),單臺(tái)設(shè)備的操作彈性有了很大的提高,使整個(gè)裝置的負(fù)荷范圍加大,適 應(yīng)H2S和CO氣量波動(dòng)的能力增強(qiáng)。通過對(duì)流程的模擬優(yōu)化,尋找裝置投資和操作費(fèi)用的最佳點(diǎn)。在滿足工藝要 求的前提下,裝置投資得以降低。 一方面,努力簡(jiǎn)化流程。 例如林德新設(shè)計(jì)的低溫 甲醇洗裝置甲醇水分離部分的流程都已大大簡(jiǎn)化,至少可省去3臺(tái)設(shè)備。魯奇公 司將相關(guān)設(shè)備組合為一體,依靠液位和重力輸送液體,以減少機(jī)泵和節(jié)約管道。 另 一方面,通過合理設(shè)計(jì)和選材,減少設(shè)備、材料費(fèi)用。例如,林德公司原設(shè)計(jì)的貧 甲醇換熱器(E9)采用整體不銹鋼的繞管式換熱器,面積約2000m2,繞管長(zhǎng),易堵 塞。在林德新設(shè)計(jì)中,這一換熱器被分為兩部分,0C以上采用普通的TEMA不銹鋼 換熱器,耐腐蝕，易于清洗；