煤气化合成气净化工序工艺流程.ppt

空分培训教材 一 工艺原理 空气中的主要成分是氧20 93 v 和氮78 13 v 它们分别以分子状态存在 氧是地球上一切有机生命体赖以生存的物质 它很容易与其他物质发生化学反应而生成氧化物 在氧化反应过程中会产生大量热量 因此 氧作为氧化剂和助燃剂在冶金 化工 能源 机械 国防工业等部门得到广泛应用 在我厂合成氨生产过程中 氧气用于煤粉的气化工序 以强化工艺过程 提高化肥产量 空气中的氧 氮等分子是均匀地相互掺混在一起的 要将它们分开是较困难的 目前主要有3种分离方法 1 1低温法 要将空气液化 需将空气冷却到100K以下的温度 这种制冷叫深度冷冻 而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程 低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合 是目前应用最为广泛的空气分离方法 低温法分离空气设备均由以下四大部分组成 空气压缩 膨胀制冷 空气中水份 CO2等杂质的去除 空气通过换热冷却 液化 空气精馏 分离 先将空气通过压缩 膨胀降温 直至空气液化 再利用氧 氮的气化温度 沸点 不同 沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性 在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触 液体中的氮较多地蒸发 气体中的氧较多地冷凝 使上升蒸气中的含氮量不断提高 下流液体中的含氧量不断增大 以此实现将空气分离 低温精馏方法可以通过若干物理过程来达到 这些过程包括 空压机 其最基本的作用是使流体有能力沿工艺线路流动 采用物理吸附法 脱除掉所有可能在低温下固化的杂质 换热器 用以使空气降温和复热产品气体 产冷 为了开车启动期间的逐渐降温 补偿系统的冷损 空气与产品气之间的温差 产液体 装置的跑冷损失 脱除所有易与氧发生危险反应的有害杂质 如碳氢化合物 低温分离工艺 精馏 1 2吸附法 它是让空气通过充填有某种多孔性物质 分子筛的吸附塔 利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点 有的分子筛对氮具有较强的吸附性能 让氧分子通过 因而可得到纯度较高的氧气 有的分子筛 碳分子筛等 对氧具有较强的吸附性能 让氮分子通过 因而可得到纯度较高的氮气 1 3膜分离法 它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性 当空气通过薄膜 0 l m 或中空纤维膜时 氧气穿过薄膜的速度约为氮的4 5倍 从而实现氧 氮的分离 这种方法装置简单 操作方便 启动快 投资少 规模也只宜中 小型 变换培训教材 一 变换岗位的生产任务 1 1 本工序的主要任务是使一氧化碳与水蒸气在高温下借助催化剂的作用转化成二氧化碳和氢气 既除去了对合成氨有害的一氧化碳气体 又为合成氨制取了原料气所需要的氢气 使总变换率大于95 1 2 回收反应热副产过热蒸汽S1 其中过热蒸汽产量为22 1t h 副产饱和蒸汽S3和S4 预热脱盐水和热回收岗位的高压锅炉给水 1 3 输送变换冷凝液去06 07 08工序 1 4 气提冷凝液中的氨 防止铵盐在系统中累积 尾气送往火炬烧掉 二 生产工艺简述 2 1来自气化工序被蒸汽充分饱和的工艺气 6 26MPaG 243 经气液分离器分离掉夹带的液体后 经过预热 温度至290 左右 然后进入第一变换炉 R0901 在炉内气体发生如下化学反应 CO H2O CO2 H2 Q此反应为放热反应 采用高压耐硫钴钼催化剂 出第一变换炉 R0901 的气体温度为463 一氧化碳降至6 18 左右 经换热降温至270 左右 进入二段变换炉 R0902 继续与水蒸汽发生变换反应 CO H2O CO2 H2 Q出第二变换炉的气体 CO含量降至1 5 经过降温分离后送至低温甲醇洗脱硫脱碳 2 2产品及副产品规格 产品 工艺气1 生产30万吨合成氨 年时 变换气成份组成和数量如下 流量 155010Nm3 h温度 40 压力 5 50MPaG主要组成 H2 54 0 CO2 43 40 CO 1 5 生产20万吨甲醇 年时 变换气成份组成和数量如下 流量 98765 78Nm3 h温度 40 压力 5 50MPaG主要组成 H2 46 17 CO2 33 80 CO 18 00 生产精制煤气时 气体规格为水煤气流量 18000Nm3 h温度 40 压力 5 53MPaG主要组成 H2 35 02 CO2 18 55 CO 45 6856 2 副产品1 中压蒸汽S1 压力 4 0MPaG温度 425 2 低压蒸汽S3和S4 压力 0 35MPaG和1 0MPaG温度 饱和 3 锅炉给水 冷热密封水 1 高压锅炉给水 BW 经过变换岗位的锅炉给水加热器E0904后 压力 5 2MPaG温度 225 2 低压锅炉给水 BW 压力 1 3MPaG温度 132 3 热密封水 SW 压力 8 3MPaG温度 132 4 冷密封水 EW 压力 8 3MPaG温度 40 三 热回收工艺原理 3 1热回收岗位主要向本工序和其他工序供应锅炉给水 冷 热密封水 由脱盐水站来的脱盐水经变换岗位预热后 大部分水送热电厂 其余部分送热回收岗位进行高压除氧 热回收除氧岗位采用0 35MPaG的S3蒸汽加热脱盐水 进行热力除氧 3 2热力除氧的原理是依据亨利定律 即任何气体在水中的溶解度与此气体在气水分界面上的分压成正比 对应压力下饱和温度的水 水蒸汽分压达到最大 而气体的分压达到最小 热回收同时采用化学除氧除掉锅炉给水中的残余氧 进一步降低锅炉给水中的氧含量 以保证向本岗位和其他岗位输送合格的锅炉给水及冷热密封水 低温甲醇洗培训教材 一 甲醇洗装置的工艺原理 1 1低温甲醇洗是指甲醇在一定压力和低温下 把变换气中所含的酸性气体如CO2 H2S COS和硫醇等脱除的工艺过程 由于甲醇吸收酸性气体的过程没有化学反应发生 因此属物理吸收 1 2甲醇吸收了CO2 H2S COS等酸性气体 需进一步再生循环使用 再生有三种方法 1 减压解吸法 即吸收了溶质的溶剂 通过节流和降低系统的总压 甚至到负压 实现溶质的解吸 2 气提解吸法 即导入惰性气 降低溶质分压 实现溶质的解吸 3 加热解吸法 即用外来的热量把溶剂加热到沸腾 使溶质在溶剂中的溶解量为零 本厂使用氮气气提解吸法 1 3低温甲醇洗的吸收动力学实验中发现吸收过程的速率只取决于二氧化碳的扩散速率 在相同的条件下硫化氢的吸收速率约为二氧化碳吸收速率的10倍 温度降低时吸收速率缓慢减小 二 低温甲醇洗生产工艺流程及其分析 2 1 1 甲醇洗工艺流程配置主要应考虑以下问题 a 保证净化气的净化指标 b 保证甲醇的充分再生 c 要保证所回收的二氧化碳产品的纯度 以满足尿素或下游工序对二氧化碳的要求 d 溶液热再生时放出的硫化氢气体要符合下游工序要求 e 吸收时溶液要求低温 加压 f 注意防止系统中水分的积累 甲醇蒸馏塔的脱水能力要足够 避免甲醇中水分含量增长 影响吸收效果 g 排放物要符合规定的指标 排放尾气中的硫化氢含量与排放水中的甲醇含量不能超过排放标准 h 要有安全防护和防腐措施 i 要有一定的操作弹性和必要的操作控制手段 j 要适应开停车生产操作的特点和要求 2 2工艺流程 净化部分采用的低温甲醇洗流程主要有两种类型 即两步法与一步法 前者用低温甲醇洗预先脱硫 在CO变换后 再用低温甲醇洗脱除二氧化碳 而后者在耐硫变换之后 用低温甲醇洗同时进行脱硫和脱碳 制氨中同时脱除硫化氢与二氧化碳的一步法低温甲醇洗流程如图6 9所示 2 3工艺条件确定的主要依据 1 吸收压力由原料气制备所采用的技术路线决定 2 吸收温度吸收温度对酸性气体在甲醇中的溶解度影响很大 温度越低 酸性气体的溶解度越大 压力确定后 净化气的最终净化指标与吸收温度有关 而由气液平衡决定 由于吸收过程中有溶解热放出 因此要保证吸收塔的温度条件 就应考虑吸收液的冷却问题 3 溶液的最小循环量和吸收塔的液气比L G 4 净化气中有害组分的浓度与再生条件 6 再生解吸的工艺条件中间解吸的压力与温度的选择 其准则是二氧化碳 硫化氢等待脱除组分的解吸量最小的情况下 使氢气等有用组分尽可能完全地解吸出来 由于氢气在甲醇中的溶解度有其特殊性 中间解吸前使溶液温度降低对氢的回收是有利的 同时又可减少二氧化碳 硫化氢组分的解吸 二氧化碳解吸时压力低是有利的 但考虑到下游工序如尿素生产等对二氧化碳气的压力要求 二氧化碳解吸塔的压力一般不低于 0 3MPa 二氧化碳解吸的温度条件还要考虑到可能引起的硫化氢对二氧化碳产品污染与甲醇溶剂的损失 三 甲醇溶剂与其它溶剂相比有如下的优点 3 1 在低温 高压下 甲醇吸收酸性气体的量远大于对N2 CO H2 CH4等的量 即选择性好 从而大大降低了甲醇的循环量和减少了有效气体H2和CO的损失 3 2 甲醇在低温下平衡蒸汽压低 故甲醇损失少 3 3 甲醇的化学稳定性好 冰点低 3 4 甲醇的粘度小和腐蚀性小 3 5 甲醇的吸收能力大 约是水的100倍 苯菲尔化学溶剂的10倍 且价廉易得 但甲醇溶剂也有如下的缺点 1 因其工艺是在低温下操作 因此设备的材质要求高 2 为降低能耗 回收冷量 换热设备特多从而使流程变长 3 甲醇有毒 会影响人的健康 四 低温甲醇洗工序的流程 4 1甲醇吸收变换气中的酸性气体 采用加压吸收 为降低吸收温度 把吸收了酸性气体的富甲醇 采用先预冷再减压解吸 以得到更低的系统温度 并通过热量交换使净甲醇的吸收温度降低 4 2为回收变换气中的CO2 设置了单独的产品CO2塔 以在富甲醇解吸时 CO2在此塔中释出 4 3为使吸收了酸性气体的富甲醇中的H2S COS等得到浓缩 则利用H2S COS等在溶剂中溶解度更高的条件 采用了氮气气提解吸 达到H2S COS等得到浓缩目的 4 4 为保证吸收后所得净化气体的净化度到20ppm 对于CO2 最终采用了把甲醇加热到沸点解吸 解吸后的甲醇 不再溶解有任何酸性气体 将此净甲醇经与低温的富甲醇换冷后 送到吸收塔进行吸收 确保净化气体的净化度到20ppm 对于CO2 液氮洗培训教材 一 工艺原理 液氮洗工序的工艺原理包括 吸附原理 混合制冷原理及液氮洗涤原理 1 吸附原理 吸附是一种物理现象 不发生化学变化 由于分子间引力作用 在吸附剂表面产生一种表面力 当流体流过吸附剂时 流体与吸附剂充分接触 一些分子由于不规则运动而碰撞在吸附剂表面 有可能被表面力吸引 被吸附到固体表面 使流体中这种分子减少 达到净化的目的 分子筛对极性分子的吸附力远远大于非极性分子 因此 从低温甲醇洗工序来的气体中CO2 CH3OH因其极性大于H2 就被分子筛选择性地吸附 而H2为非极性分子 因此分子筛对H2的吸附就比较困难 被吸附到吸附剂表面上的分子达到一定量 即达到了吸附平衡吸附剂达到了饱和状态 2 混合制冷原理 在一定条件下 将一种制冷工质压缩至一定压力 再节流膨胀 产生焦耳 汤姆逊效应 J T效应 即可进行制冷 科学实践已经证明 将一种气体在足够高的压力下与另一种气体混合 这种气体也能制冷 这是因为在系统总压力不变的情况下 气体在掺入混合物中后分压是降低的 相互混合气体的主要组分 如H2与N2 CO CH4 Ar等 的沸点至少平均相差33 最好相差57 这样更有利于低沸点组分H2的提纯和低 高沸点组份的分离 并且消耗也低 液氮洗工序就运用了上述原理 在换热器中用来自氮洗塔的产品氮洗气 冷却进入本工序的高压氮气和来自低温甲醇洗的净化气 而在氮洗塔中 使净化气和液氮成逆流接触 在此过程中 不仅将净化气中的CO CH4 Ar等洗涤下来 同时也配入部分氮气 但这部分氮气并不能使出氮洗塔的产品气体中H2 N2达到3 1 因此 还有另外一种配氮方式 此配氮过程是在换热器之间完成的 使H2 N2最终达到3 1送合成工序生产合成氨 同时 在整个氮气与净化气体混合的过程中 使PN2 5 9MPaG配到净化气中 其分压下降为PN2 1 3MPaG 产生J T效应而获得了液氮洗工序所需的绝大部分冷量 3 液氮洗涤原理 液氮洗涤近似于多组分精馏 它是利用氢气与CO Ar CH4的沸点相差较大 将CO CH4 Ar从气相中溶解到液氮中 从而达到脱除CO CH4 Ar等杂质的目的 此过程是在液氮洗工序的核心设备 氮洗塔中完成的 由于氮气和一氧化碳的气化潜热非常接近 因此 可以基本认为液氮洗涤过程为一等温过程 下表为液氮洗工序中涉及到的气体之有关物性参数 从上表可以看出 各组分的临界温度都比较低 氮的临界温度为 147 1 其他组分可见上表 从而决定了液氮洗涤必须在低温下进行 从各组分的沸点数据可以看出 H2的沸点远远低于N2及其它组分 也就是说 在低温液氮洗涤过程中 CH4 Ar CO容易溶解于液氮中 而原料气体中的氢气 则不易溶解于液氮中 从而达到了液氮洗涤净化原料气体中CH4 Ar和CO的目的 硫回收培训教材 一 工艺原理 克劳斯法回收硫的基本反应如下 H2S 1 2O2 S H2O 1 H2S 3 2O2 SO2 H2O 2 2H2S SO2 3S 2H2O 3 反应 1 2 在燃烧室中进行 在温度1150 1300 压力0 06MPa和严格控制气量的条件下 将硫化氢燃烧成二氧化硫 为催化反应提供 H2S CS2 SO2为2 1的混合气体 此气体通过Al2O3基触媒 按反应 3 生成单质硫 二 流程简述 来自上游甲醇洗工序的酸性气温度为37 2 压力为0 22MPaG 经进料管分离罐分出挟