低温甲醇洗.doc

低温甲醇洗 低温甲醇洗是50年代初德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行。低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上有着很好的应用业绩，被广泛应用于国内外合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。在国内以煤、渣油为原料建成的大型合成氨装置中也大都采用这一技术。低温甲醇洗脱硫、脱碳技术特点如下： (a)溶剂在低温下对CO2、H2S、COS等酸性气体吸收能力极强，溶液循环量小，功耗少。 (b)溶剂不氧化、不降解，有很好的化学和热稳定性。 (c)净化气质量好，净化度高，CO220ppm，H2S0.1ppm。 (d)溶剂不起泡。 (e)具有选择性吸收H2S、COS和CO2的特性，可分开脱除和再生。 (f)溶剂廉价易得，但甲醇有毒，对操作和维修要求严格。 (g)该工艺技术成熟，目前全世界约有87套大中型工业化装置。该工艺需从国外引进。由于操作温度低，设备、管道需低温材料，且有部分设备需国外引进，所以投资较高。 (h)低温甲醇洗溶剂在低温（50）下吸收，含硫酸气采用热再生，回收CO2采用降压解吸，脱碳采用气提再生，热耗很低。 虽然低温甲醇洗工艺投资较高，但与其它脱硫、脱碳工艺相比具有电耗低、蒸汽消耗低，溶剂价格便宜，操作费用低等优点。特别是脱硫的净化度高，对甲醇生产十分有利，本工序采用低温甲醇洗工艺脱除酸性气体低温甲醇洗低温甲醇洗涤法脱除气体中的酸性气体又称勒克梯索尔法，属于湿法脱硫。它是由德国鲁奇公司和林德公司联合开发的一种技术，用于脱除化工原料气中的二氧化碳、硫化氢、有机硫化物、氰化物和不饱和烃类等。是当前合成气深度脱硫的较先进的技术。广泛用于甲醇合成、合成氨等生产中。该方法的主要优点是能量消耗比其它方法低得多，脱除酸性气体的效率高。而且选择性好。但是由于在低温和较高压力下操作，因此对设备的材质要求较高。甲醇是一种无色透明的挥发性液体，有毒，沸点64.70C,熔点-97.80C,相对密度0.791。 1. 低温甲醇洗的主要特点 1.1低温甲醇洗可以脱除气体中的多种杂质。在-300C到-700C的低温下，甲醇可以同时脱除气体中的H2S、COS、CS2、RSH、C4H4S、CO2、HCN、NH3、NO以及石蜡、芳香烃、粗汽油等杂质。 1.2气体的净化度很高。净化气中总硫量可脱除到0.1PPM以下,CO2可净化到10PPM以下。低温甲醇洗可适用于对硫含量有严格要求的化工生产。 1.3可以选择性地脱除H2S和CO2,并可分别加以回收以便进一步利用。 1.4甲醇的热稳定性和化学稳定性好。甲醇不会被有机硫、氰化物等组分所降解，在生产操作中甲醇溶剂不起泡，纯甲醇也不腐蚀设备和管道。 低温甲醇洗也存在缺点,主要是:工艺流程长,甲醇的毒性大。因此，设备制造和管道安装都应严格要求无泄漏，要谨慎操作，严防泄漏等事故发生。 2.低温甲醇洗的原理低温甲醇洗涤法脱除气体中的酸性气是在相当低的温度下，利用甲醇的物理吸收来实现的。它是利用二氧化碳、硫化氢、有机硫化物、氰化物和不饱和烃类在高压低温下能高度溶解于甲醇。反过来讲，甲醇在高压低温下对这些气体有很大的吸收能力。当压力降低或温度升高时又容易从溶剂中释放出来。而对于H2和CO来说不易溶于甲醇，如表2-1，从而达到分别脱除上述各种气体的目的。表2-1 -400C时各种气体在甲醇中的相对溶解度气 体 气体的溶解度 H2的溶解度 气体的溶解度 CO2的溶解度 H2S 2540 5.9 COS 1555 3.6 CO2 430 1.0 CH4 12 CO 5 N2 2.5 H2 1.0 2.1影响甲醇对气体吸收的因素 2.1.1温度温度是甲醇吸收能力很重要的因素。温度越低甲醇吸收能力越大。如图2-1-1和表2-1-1所示： 从图2-1-1和表2-1-1中可以看出，当温度降-400C时，甲醇对CO2和H2S气体的吸收能力急剧增大。 2.1.2压力 压力对甲醇的吸收能力也有很大的影响。从图2-1-2和表2-1-1可以看出，当压力增加时，甲醇对H2S和CO2的吸收能力明显增加。 图2-1-1二氧化碳在甲醇中平衡溶解度图 2-1-2二氧化碳分压对其在 (二氧化碳分压等于1大气压) 甲醇中溶度的影响表2-1-1 H2S平衡分压(kpa) 00C -25.60C -500C -78.50C 6.67 2.4 5.7 16.8 76.4 13.33 4.8 11.2 32.8 155.0 20.00 7.2 16.5 48.0 249.2 26.66 9.7 21.8 65.6 - 40.00 14.8 33.0 99.6 - 53.33 20.0 45.8 135.2 - 2.1.3吸收剂吸收剂的纯度对其吸收能力有很大的影响。影响吸收剂纯度的影响因素是多方面的，其中水含量是主要的因素。当甲醇中含有水分时，甲醇的吸收能力将会下降。例如，当甲醇中水含量达到5%时，其对CO2的吸收能力大约下降12%。 3.甲醇的再生低温甲醇洗净化部分工艺比较简单,复杂部分主要是再生部分。再生主要通过以下几方面来实现，并且在再生过程中对有用气体分类别地进行回收利用。 3.1减压再生从洗涤塔出来的甲醇减压到1.0MPa,利用甲醇中气体溶解度的降低而闪蒸出CO和H2并进行回收。闪蒸后的甲醇进入闪蒸塔后进一步减压，闪蒸出CO2并回收利用。 3.2气提再生 气提的原理是在气相中通入氮气,降低CO2的分压,使甲醇中CO2充分解吸出来。 3.3热再生 溶解在甲醇中H2S和残余的CO2通过加热,使其全部解吸出来。此方法的再生度非常高。 此三种再生方法结合使用，可以降低能耗，节约费用。 4.低温甲醇洗工艺流程工艺简介 本工艺流程采用林德工艺流程。流程工艺如下：自变换工序来的变换气（350C，3.6MPa(A)）在进原料气冷却器（E15201）前，向变换气中喷入少量甲醇，以防止变换气中水蒸汽冷却结冰。变换气经原料气冷却器（E15201）冷却到-220C进变换气分离器（V15201），分离出甲醇和水，进入甲醇洗涤塔（C15201）下段，依次脱除H2S COS、CO2后在-420C出洗涤塔，经原料气冷却器（E15201）回收冷量后(250C，3.45MPa(A)送下一工序。净化气中CO2含量约2.94%，H2S COS0.1ppm。甲醇洗涤塔（C15201）分四段，、段为脱碳段，段为脱硫段。贫甲醇液（-450C）自上而下与气体逆流接触,先脱除气体中CO2。在段底部引出甲醇半贫液（-19.80C）经循环甲醇冷却器（E15206）冷却至-29.7进洗涤塔段顶部，继续吸收CO2后的甲醇（-20.40C）从段底部引出，在循环甲醇冷却器（E15206）中冷却至-30.3再进吸收塔段顶部。在吸收塔段底部，引出的富CO2甲醇（-19.70C）少部分回流进入脱硫段以吸收变换气中的H2S和COS，大部分富CO2甲醇液在甲醇富液冷却器（E15207）中冷至-23.760C后，在甲醇富液深冷器（E15204）中冷至-32.80C，再减压到1.0MPa进闪蒸槽（V15203）减压闪蒸；从甲醇洗涤塔（C15201）底出来的富H2S甲醇（-18.80C）在甲醇富液冷却器（E15207）中冷却至-23.20C后，进甲醇富液深冷器（E15203）冷至-32.80C,再进闪蒸槽（V15202）降压到1.0MPa闪蒸。从闪蒸槽（V15203）闪蒸出的气体进闪蒸槽（V15202），与闪蒸槽（V15202）的闪蒸气混合并分离出所携带的甲醇后，闪蒸气经（）回收冷量后（420C）进燃料气管网。闪蒸槽（V15203）底部出来的闪蒸液经再次减压至0.29MPa送CO2闪蒸塔（C15202）顶部。段引出不含硫的闪蒸液少部分送至H2S浓缩塔顶部洗涤该塔闪蒸气中的H2S和COS；大部分回流进入段顶部，洗涤段闪蒸气中的H2S和COS。从塔顶出来的含有98.5%的CO2经原料气冷却器（E15201）回收冷量后（24.50C，0.29MPa (A)）送界区外。闪蒸槽（V15202）底部引出的闪蒸液减压至0.35MPa (A)送至CO2闪蒸塔（C15202）段下部。 CO2闪蒸塔（C15202）段底部引出的甲醇半贫液再次减压后（0.13MPa (A)）送至辅助解吸塔（C15206）上段，段底部引出的甲醇半贫液送至辅助解吸塔（C15206）下段，这两股甲醇液在辅助解吸塔（C15206）内继续闪蒸。闪蒸气由塔顶引出，经氮气冷却器（E15217）回收冷量后，进入解析气压缩机（K15202）加压至0.4MPa (A)，再经解析气水冷器（E15219）降温、解析气深冷器（E15220）冷却至-280C，进入CO2闪蒸塔（C15202）段下部。辅助解吸塔（C15206）上段底部引出的半贫甲醇(0.19 MPa (A)经C3塔上塔给料泵（P15208A/B）加压至0.65MPa (A)进入H2S浓缩塔（C15203）上段下部，进一步闪蒸出部分溶解的CO2，同时溶解的H2S也部分闪蒸出来，在塔顶用CO2闪蒸塔（C15202）段引出的不含硫的甲醇液洗涤，以吸收闪蒸气中的硫化物，塔顶得到不含硫的尾气（-61.70C），经原料气冷却器（E15201）回收冷量后（25.50C，0.15MPa (A)）送界区外。辅助解吸塔（C15206）底部引出的半贫甲醇(0.19 MPa (A)经C3塔下塔给料泵（P15207A/B）加压至0.52MPa (A)进入H2S浓缩塔（C15203）下段上部。在经冷却后的氮气的气提作用下，甲醇半贫液中的CO2被充分解吸出来，塔底得到含碳的富硫甲醇。 H2S浓缩塔（C15203）上段底部引出的含硫溶液作为系统最低冷源（-61.80C）经循环甲醇冷却器（E15206）、甲醇贫液冷却器（E15208）回收冷量后，进入闪蒸槽（V15207），闪蒸气进CO2闪蒸塔（C15202）段，闪蒸液用甲醇循环泵（P15202A/B）加压后经甲醇富液冷却器（E15207）进一步回收冷量，也进入CO2闪蒸塔（C15202）段，闪蒸出溶解的气体。 H2S浓缩塔（C15203）塔底含少量碳的富硫甲醇用C4塔给料泵（P15203A/B）升压至1.16MPa (A)，经1#甲醇过滤器（S15201）过滤掉甲醇中的杂质后，在甲醇贫液冷却器（E15209）、被加热至87.60C进入热再生塔（C15204）。富硫甲醇由热再生塔再沸器（E15211）提供的热量进行热再生，再生混和气由塔顶引出，经C4塔回流水冷器（E15212）冷却后在回流槽（V15206）进行分离。分离的甲醇液作为热再生塔回流液由C4塔回流泵（P15206A/B）送回塔顶。回流槽（V15206）顶部出口气体经酸气冷却器（E15214）、酸气深冷器（E15213）冷却并在酸气分离器（V15205）分离，分离的甲醇液进入H2S浓缩塔（C15203）下段继续闪蒸；分离的酸性气一部分经酸气冷却器（E15214）回收冷量后送界外的硫回收装置处理，另一部分回到H2S浓缩塔（C15203）下段进行浓缩。热再生精甲醇（101.90C）一部分直接由塔底引出进甲醇贫液冷却器（E152010），另一部分用C5塔回流泵（P15205A/B）升压经2#甲醇过滤器（S15202）过滤掉甲醇中的杂质后，也进甲醇贫液冷却器（E152010）冷却至43.80C（0.17MPa (A)）后进甲醇收集槽（V15204）。从甲醇收集槽（V15204）出来的贫甲醇（43.80C，0.17MPa (A)）经贫甲醇泵(P15204A/B)加压到4.75MPa，进甲醇贫液水冷器（E15218），贫甲醇被冷到410C后进甲醇贫液冷却器（E15209），甲醇被冷却到-360C，再进甲醇贫液冷却器（E15208），甲醇被冷到-450C，进入甲醇洗涤塔（C15201）顶部。 2#甲醇过滤器（S15202）出口分流一部分甲醇经C5塔进料加热器（E15216）将从变换气分离器和热再生塔底出来的甲醇水溶液加热至49.50C，送至甲醇/水分离塔（C15205）中部；精甲醇被降温至61.20C进甲醇/水分离塔上部，通过精馏分离甲醇和水，热源由甲醇/水分离塔再沸器（E15215）提供。塔顶出来的气体送到热再生塔中部，塔底出来的甲醇含量小于0.1%（wt）的废水送污水处理系统。 5.事故预案 6.题库 6.1变换气在进入E15201前喷入甲醇的作用? 答:因为变换气中水含量较高,进入E15201在冷却过程中容易结冰造成堵塞。喷入甲醇降低水的冰点，防止结冰。 6.2甲醇在吸收塔两次被引出的目的是什么? 答:甲醇从吸收塔上部进入与气体逆向接触,甲醇在吸收气体过程中温度不断升高,造成其吸收能力不断下降。为了提高其吸收能力，将其引出由闪蒸塔的甲醇进行冷却，以提高吸收甲醇的吸收能力。 6.3净化气中总硫含量高的原因及处理措施? 答: 原因 措施 1) 气液比不匹配 调整甲醇循环量 2) 吸收甲醇再生度不够 调节再生塔温度,提高再生度 3) 原料气冷却器内漏 停车堵漏 4) 系统温度偏高 调节冷冻,提高供冷能力 5) 压差导压管窜气 检查压差系统 6) 再生甲醇中水含量偏高 调节甲醇水分离塔，降低塔 顶甲醇蒸气中水含量 6.4甲醇损失的途径 1）气体中夹带 2）甲醇水分离塔底部废水带出 3）现场跑、冒、滴、漏其中气体中夹带是甲醇损失的主要途径。净化过程中甲醇溶剂的损失主要由于甲醇的挥发，甲醇的蒸气压和温度的关系如图所示. 甲醇的蒸气压从图中可以知道，在低温下可以降低甲醇的蒸气压，减少甲醇损失。但由于处理的气量非常大，甲醇的损失还是非常可观的。 6.5甲醇水塔顶部水含量偏高将如何外理? 答:1)降低进料位置 2)增大塔顶回流量 3)降低再沸器蒸汽量 4)水冷器内漏，检查并消除 6.6分析系统甲醇中水含量偏高的原因答:1)原始开车时系统未干燥完全 2)合成气带入系统 3)甲醇水塔再生甲醇中水含量偏高 6.7甲醇再生的方法有哪些答:1)减压闪蒸解吸 2)气提再生 3)热再生 6.8气提氮的作用答:气提氮的作用是为了降低气相中CO2的分压，以利于甲醇的CO2解吸出来,达到再生的目的。 6.9流程中设计K15201的作用答:由于V15202、V15203闪蒸气中氢、CO含量较高，为了回收这部分氢和CO，设置K15201，通过其加压后，重新进入系统，达到降耗的目的。 6.10甲醇洗系统的能耗主要有哪些方面答:1)热再生与甲醇/水蒸馏塔再沸器的蒸汽消耗。 2）在低温下将CO2等酸性气体的吸收热取出或保证溶液所需的低温而消耗的氨冷器冷量。 3）输送甲醇吸收剂与压缩回收气体以及必要时建立真空所需要的动力消耗。 4）补偿损失于周围环境的冷损失，这一般占总能耗的10%以下。 6.11系统加减负荷控制的原则答:加负荷要先加甲醇循环量后加气量;减负荷先减气量再减循环量。 6.12从吸收塔出来的甲醇为什么要进行冷却答：甲醇进行冷却是为了防止其中的CO2和H2S解吸出来，影响CO和H2和回收。 6.13 C15202段和段顶部喷入甲醇的作用答:喷入甲醇的作用是为了吸收解吸出来的H2S气体,控制CO2气体和尾气中H2S含量。 6.14 T15202下段引出一股甲醇的作用答：引出此股甲醇是为了利用其闪蒸冷量冷却T15201的吸收甲醇，增大溶解度。 6.15试分析T15201压差高的原因及处理措施答： 原因 措施 1）空速太大 降负荷 2）甲醇循环量太大 减循环量 6.16 FY03001进行温度和压力补偿的目的答：由于FY03001测量的是当时其状态（温度、压力）下的流量，通过温度和压力补偿后的流量为标态下的流量。 6.17 系统冷量损失有哪些途径答:1)喷淋甲醇带走冷量而损失的 2)通过设备管道保冷效果差而损失的 3)气体带走冷量而损失的 6.18 系统中冷量的来源答:1)冷冻装置提供冷量(4045%) 2)系统自身闪蒸产生冷量(5560%)