NHD净化设备培训课件(ppt 66页).ppt

NHD净化 李俊超2016 5 25 主要内容 一 NHD净化主要设备 塔设备二 低温甲醇洗和NHD的比较三 化工检修相关介绍 NHD净化工艺 气化来水煤气 T 216 P 3 85MPa G 水气比约为1 43 气体组成 CO 45 38 H2 35 30 CO2 17 31 H2S 1 17 COS 0 05 Ar 0 11 CH4 0 05 N2 0 39 其中一部分水煤气经过CO浅度变换 变换后送往脱硫脱碳 用NHD吸收脱除H2S COS CO2 再经COS的常温水解 H2S的精脱除 最终制得合格精制气送甲醇合成工段 另一部分水煤气经COS中温水解 水解后一部分去变换脱硫塔前调节变换气中CO含量 另一部分送往燃气脱硫系统 脱除H2S后送往变压吸附系统 NHD溶液脱硫 脱碳原理 根据广义酸碱理论 在聚乙二醇二甲醚分子结构中 醚基团内的氧为硬碱性中心 而CH3 和 CH2 CH2 基团则为软酸部分 因此 NHD溶剂对硬酸性气体 如H2S CO2 和软碱性气体 COS 均有较强的溶解吸收能力 从而达到脱除酸性气体的目的 NHD的介绍 NHD溶剂是一种有机溶剂 聚乙二醇二甲醚 其主要原理是NHD溶液可选择性吸收变换气中的酸性气体 使脱硫气中硫化氢气体满足合成工段要求 吸收了酸性气的NHD富液减压 加热后可使溶液中吸收的气体解析出来 使溶液可以循环利用 聚乙二醇二甲醚化学性能稳定 热稳定性好 挥发损失小 具有沸点高 冰点低 蒸汽压低等诸多优点 是一种优良的有机溶剂 对CO2和H2S具有优良的选择吸收脱除功能 适用于煤制合成气的净化以及天然气 油田气 炼厂气和城市煤气中酸性气体的脱除 近年来广泛地应用于气体净化工艺中 NHD的物理性质 现场图片 NHD塔 DCS是分布式控制系统的英文缩写 DistributedControlSystem 在国内自控行业又称之为集散控制系统 管路和仪表流程图PID Piping InstrumentDiagram 又称带控制点的工艺流程图 包括所有的管路 反应器 储罐 泵 换热器等化工设备 以及各种阀门等 净化设备 塔设备 T3001变换气脱硫塔规格 3200 3400H 50950材质 16MnR填料 38 13 1 2加强型聚丙烯QH 1扁环 上塔 3层 下塔 2层 80 80 9 5瓷拉西环 一层介质 变换气 NHD溶液 操作温度 24 40 操作压力 3 6MPa T3004燃气脱硫塔规格 2000H 47700材质 16MnR不锈钢丝网除沫器填料 QH 1聚丙烯扁环 38 13 12五层 80 80 9 5瓷拉西环一层介质 煤气 NHD溶液操作温度 24 40 操作压力 3 6MPa A 2 T3002浓缩塔规格 2400H 35000 材质 复合钢板 不锈钢不锈钢丝网除沫器板式塔共45块塔板 板间距h 450介质 二氧化碳 NHD溶液 操作温度 130 操作压力 3 7MPa A 3 T3003再生塔规格 2400 3000H 42320材质 16MnR OCr18Ni9不锈钢丝网除沫器上塔 5块旋流板 下塔 50 17 0 7不锈钢QH 1扁环3层介质 再生气 NHD溶液 操作温度 142 操作压力 0 17MPa A 4 T4001脱碳塔规格 3400 H 55900材质 16MnR OCr18Ni9不锈钢丝网除沫器 填料 QH 1型碳钢扁环上塔 38x12 7x0 7 4层 下塔 50 x17x0 7 1层操作介质 NHD 脱硫气 操作温度 5 16 操作压力 3 6MPa A 化工生产中的塔设备 在石油 化工 轻工等部门 塔设备是一种应用极为广泛的设备 它的作用是使气液或液液两相之间进行充分接触 达到相际传热及传质的目的 在化工和石油化工生产装置中 塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的四分之一多 化工生产对塔设备的要求 生产能力大 高的传质传热效率 操作稳定 操作弹性大 流体流动阻力小 压降低 结构简单可靠 材料耗用量小 制造安装容易 塔设备的分类 按操作压力分 减压塔 常压塔 加压塔 按单元操作分 精馏塔 吸收塔 萃取塔 解析塔 干燥塔等 按塔的内件结构分 板式塔 填料塔 塔设备的总体结构 塔体与塔体支座 除沫装置 用于分离气体夹带的液滴 多位于塔顶出口处 设备管道 人孔 手孔 接管等 塔附件 保温圈 吊柱 扶梯 平台等 塔内件 板式塔 1 吊柱 2 气体出口 3 回流液入口 4 8 塔盘 5 壳体 6 料液进口 7 人孔 9 气体入口 10 裙座 11 釜液出口 12 出入口 板式塔 板式塔的工作原它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔盘所组成 板式塔正常工作时 液体在重力作用下自上而下通过各层塔盘后由塔底排出 气体在压差推动下 经均布在塔盘上的开孔由下而上穿过各层塔盘后由塔顶排出 在每块塔盘上皆贮有一定的液体 气体穿过板上液层时 两相接触进行传质 气液两相的组份浓度呈阶梯式变化 板式塔的种类板式塔按塔盘的结构常见的有泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 舌形塔及浮动舌形塔等 1 泡罩塔 泡罩塔最主要的传质单元是泡罩 它由升气管和带有梯形齿缝的圆形泡罩组成 气体由下层塔盘上升进入升气管 通过泡罩齿缝与上层塔盘上的液体充分接触 进行传质或传热 特点 1 气 液两相接触充分 传质面积大 因此塔盘效率高 2 操作弹性大 在负荷变动较大时 仍能保持较高的效率 3 具有较高的生产能力 适用于大型生产 4 不易堵塞 介质适用范围广 5 结构复杂 造价高 安装维护麻烦 气相压降较大 但若在常或加压下操作 这并不是主要问题 2 浮阀塔 浮阀塔盘是在塔盘上开有若干个阀孔 每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片 阀片本身连有几个阀腿 插入阀孔后将阀腿底脚拨转90 以限制阀片升起的最大高度 并防止阀片被气体吹走 阀片周边冲出几个略向下弯的定距片 当气速很低时 由于定距片的作用 阀片与塔盘呈点接触而坐落在阀孔上 在一定程度上可防止阀片与板面的粘结 特点 1 处理量较大 比泡罩塔提高20 40 这是因为气流水平喷出 减少了雾沫夹带 以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故 2 操作弹性比泡罩塔要大 3 分离效率较高 比泡罩塔高15 左右 因为塔盘上没有复杂的障碍物 所以液面落差小 塔盘上的气流比较均匀 4 压降较低 因为气体通道比泡罩塔简单得多 因此可用于减压蒸馏 5 塔盘的结构较简单 易于制造 6 浮阀塔不宜用于易结垢 结焦的介质系统 因垢和焦会妨碍浮阀起落的灵活性 3 筛板塔 塔盘上开有许多孔径一般为3 8mm的小孔 塔盘上设置溢流堰 使板上能保持一定厚度的液层 操作时 气体经筛孔分散成小股气流 鼓泡通过液层 气液间密切接触而进行传热和传质 在正常的操作条件下 通过筛孔上升的气流 应能阻止液体经筛孔向下泄漏 特点 1 结构简单 制造方便 便于检修 成本低 2 塔盘压降小 3 处理量大 可比泡罩塔提高20 40 4 塔盘效率比泡罩塔提高15 但比浮阀塔盘稍低 5 弹性较小 筛孔容易堵塞 性能比较 板式塔的主要内部构件 1 塔盘由塔盘板 传质元件 浮阀 泡罩 舌片等 溢流装置 连接件等构成 塔盘实际上是塔中的气 液通道 为了满足正常操作要求 塔盘结构本身必须具有一定的刚度以维持水平 塔盘与塔壁之间要保持一定的密封性以避免气 液短路 塔盘的结构有整块式和分块式两种 整体式塔盘 DN 700mm分块式塔盘 DN 1000mm 整块式塔盘 1 塔盘板2 降液管3 拉杆4 定距管5 塔盘圈6 吊耳7 螺栓8 螺母9 压板10 压圈11 石棉绳 分块式塔盘 除沫器 除沫器安装在塔内顶部 其作用是分离塔顶气体中夹带的液滴 保证塔顶馏出产品的质量 目前使用的除沫器有折板形 丝网形和旋流式 其中以丝网除沫器应用最为广泛 丝网除沫器具有比表面积大 重量轻 空隙大以及使用方便 除沫效率高 压降小等优点 适用于清洁的气体 不宜用在液滴中含有固体物质或易析出固体物质的场合 如碱液 碳酸氢氨溶液等 以免液体蒸发后留下固体堵塞丝网 丝网除沫器1 塔体 2 紧固螺栓 3 垫片 4 丝网 5 栅板 上下各一件做成分块 6 支持圈 7 螺母 旋流板 塔板叶片如固定的风车叶片 气流通过叶片时产生旋转和离心运动 吸收液通过中间盲板均匀分配到每个叶片 形成薄液层 与旋转向上的气流形成旋转和离心的效果 喷成细小液滴 甩向塔壁后 液滴受重力作用集流到集液槽 并通过降液管流到下一塔板的盲板区 具有一定风压 风速的待处理气流从塔的底部进 上部出 吸收液从塔的上部进 下部出 气流与吸收液在塔内作相对运动 并在旋流塔板的结构部位形成很大表面积的水膜 从而大大提高了吸收作用 每一层的吸收液经旋流离心作用掉入边缘的收集槽 再经导流管进入下一层塔板 进行下一层的吸收作用 填料塔 1 吊柱 2 气体出口 3 喷淋装置 5 壳体 6 液体分配器 7 填料 8 卸填料人孔 9 支承装置 10 气体入口 11 液体出口 12 裙座 13 出入口 填料塔工作原理 液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上 并沿填料表面流下 气体从塔底送入 与液体呈逆流连续通过填料层的空隙 在填料表面上 气液两相密切接触进行传质 填料的种类填料塔的所有填料可分为实体填料和网体填料两大类 网体填料就是用丝网制成的各种填料 主要介绍实体填料 拉西环它通常是外径与高相等的圆筒体 可用陶瓷 金属或塑料制造 其壁厚在满足强度的条件下 尽可能薄 鲍尔环它在金属拉西环的壁上开一排或两排长方形的小窗 窗的叶片向环中心弯曲并在中心处接搭 上下两排窗位置相错 鞍形填料鞍形填料有两种形式矩鞍形和弧鞍形 矩鞍形填料是对称的 易重合 填料利用率低 弧鞍形填料则避免了这种缺点 阶梯环是对鲍尔环的进一步改进 它一端为圆筒形鲍尔环 另一端为喇叭圆筒形 这种填料形状不对称表面利用率高 规整填料 在塔内按均匀的几何图形规则 整齐地堆砌的填料 人为的规定了填料层中气液的流路 减少了沟流 壁流的现象 大大降低了压降 提高了传质传热的效果 液体喷淋装置 液体喷淋装置也称液体再分布装置 作用是将液体均匀地喷洒在塔顶填料上 使填料表面能够全部被淋湿 常见的类型有 喷洒型 溢流型和冲击型 喷洒型 盘式分布器液体从中央进料管加到喷淋盘内 然后均匀地从喷淋盘上的降液管处均匀往下喷淋 分布板上钻有泪孔 以便在停工检修时排净板上的液体 冲击型分布器下图所示为常用的反射式喷淋器 具有一定速度的液体从管内流出 冲击在反射板上使液体向四周飞溅 达到均匀喷淋的目的 液体再分布器 当液体流过填料层时 流体慢慢地会从器壁流走 壁流 现象产生 使液体分布不均匀 塔中央部分填料可能没有润湿 起不到作用 降低了整个塔的效率 因此就需要液体再分布器使液体流经一定的高度填料后再重新分布 填料的支承结构 填料的支承结构不仅要支承全部是填料的重量 换必须使上升的气体能顺利通过 因此要求1 栅板有足够的强度和耐腐蚀性 2 栅板必须有足够的自由截面 一般应各填料的自由截面大致相等 3 槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60 80 4 栅板可以制成整块的或分块的 低温甲醇洗与NHD脱硫脱碳的比较 在低温 50 60C 下 低温甲醇洗溶剂吸收能力大 溶液循环量小 溶剂价格便宜 气体净化度高 操作费用低 能综合脱除气体中的H2S COS CO2 溶液不起泡 无腐蚀性 H2S浓缩简单 在原料煤硫含量波动较大的情况下 H2S浓度仍可满足硫回收的要求 但是低温甲醇洗工艺尚未实现国产化 需耗用和引进大量低温钢材 同时要支付专利费用 一次性投资高 NHD净化工艺是近年来国内发展起来的新工艺 溶剂性质稳定 蒸气压低 损耗少 净化度高 净化气中CO2含量在0 1 以下 适合配甲烷化流程 对CO2 H2S COS吸收能力强 尤其能选择吸收H2S 对合成原料气的净化采用先脱硫后脱碳的方法 脱硫需消耗少量的热量 脱碳时需消耗少量的冷量 属于低能耗的净化方法 相对低温甲醇洗而言 其溶液循环量大 能耗比低温甲醇洗高 1 吸收能力和溶剂循环量比较 NHD溶液的吸收操作温度 5 0 而低温甲醇洗的吸收操作温度 20 60 酸性气体在甲醇中的溶解度高于在NHD溶液中的溶解度 因此 吸收等量的酸性气体时甲醇溶剂循环量较小 在大型以煤为原料生产合成气的变换气中酸性气体 H2S COS CO2 的含量较高 由于气量大 二种工艺溶剂循环量差距就更为明显 甲醇对CO2的吸收能力是NHD溶液的四倍多 吸收能力的差异导致NHD净化装置溶液输送能耗增加很多 即使NHD工艺采用能量回收透平这一措施 NHD工艺溶液输送功耗仍远远高于低温甲醇洗工艺 而NHD工艺的再生热耗也比低温甲醇洗工艺的再生热耗高得多 2 有效气体损失和净化度比较 由于溶剂循环量 气体选择性 操作条件的不同 二种工艺的有效气体损失也不同 低温甲醇洗工艺损失H2大约为总H2量的0 12 NHD工艺损失H2大约为总H2量的0 39 NHD净化工艺损失H2大于低温甲醇洗工艺 低温甲醇洗工艺有较高的净化能力 净化后气体中H2S 0 1ppm NHD工艺净化后气体中H2S 1ppm 因此 在NHD工艺后还需增加精脱硫装置 3 再生温度比较 NHD脱硫时 溶剂再生温度较高 需要用较高温度的再生蒸汽 较大的溶剂循环量使得再生蒸汽消耗量也较大 为了降低再生蒸汽能耗 目前在溶剂再生时 通常向溶剂中加入3 5 的水或水蒸汽 以形成混合蒸汽 即使采取了这一措施 NHD溶剂再生消耗的蒸汽量仍大大高于低温甲醇洗工艺再生蒸汽的消耗量 NHD脱碳系统在相对较高的温度下操作 冷冻系统可以在较高温度下制冷 使冰机的耗电减少 装置中大部分设备及管线采用普通碳钢 4 溶剂热稳定性及化学稳定性比较 NHD溶剂的热稳定性及化学稳定性较好 但是由于该溶剂是一种多组份混合物 高温对NHD溶剂的稳定性是不利的 因此为了降低再生温度 在溶剂再生时也需要加入水或水蒸汽 低温甲醇洗所使用的甲醇溶剂有良好的化学稳定性和热稳定性 在操作温度下长期使用其化学 物理性质无任何变化 5 溶剂起泡情况比较 甲醇和NHD自身均不起泡 在长期操作中 由于杂质积累等原因 溶剂的起泡情况会有变化 生产实践中NHD装置出现过起泡 为了阻止起泡 防止溶剂被污染 一般采取的措施是在溶剂中加入消泡剂 甲醇本身就是一种消泡剂 没有起泡现象 6 溶剂造价相关 由于NHD价格较贵 NHD工艺的溶剂初次充装溶液费用高达近千万元 大大高于低温甲醇洗工艺 增加了装置的建设投资 在操作中 虽然NHD溶剂的蒸汽压比甲醇小 单位时间内溶剂消耗量低于甲醇 但二种溶剂价格的巨大差异却使得NHD溶剂的消耗费用要高于甲醇 尽管甲醇是一种价廉 易得的溶剂 但对人体具有毒性 给操作和维修带来一定困难 在设计中必需充分考虑甲醇的危害性 保证操作场所安全可靠 7 溶剂传热 传质性能比较 粘度对溶剂的传质 传热 输送等很多方面都会产生影响 NHD溶剂的粘度较大 在吸收温度 5 时 由于溶剂粘度大 溶剂与气相间的传质变差 需要增加吸收塔的填料高度以达到吸收效果 较高的粘度不利于传热 在NHD脱硫系统中 溶液换热器的面积很大 占地较多 甲醇在相同温度下的粘度小于NHD溶剂 这使得甲醇在低温操作时相对较为容易达到吸收平衡 较低的粘度也有利于溶剂传热 可以更合理地配置换热网络 使装置内能量利用更为有效 8 工艺技术的成熟可靠性 低温甲醇洗工艺可靠 在与本工程工艺条件类似的工业装置中有很多成功的应用业绩 在工艺技术上是有保证的 国内已有多套大型气体净化装置采用低温甲醇洗净化工艺 目前 NHD净化工艺