低温甲醇洗原理及设备介绍

第八次课脱硫脱碳工段原理及主要设备,一、工艺原理二、低温甲醇洗工段主要设备作用介绍及生产中主要控制对象,低温甲醇洗工艺是20世纪50年代，由德国鲁奇（Lurgi）公司和林徳（Linde）公司联合开发的一种原料气净化方法，20世纪60年代后，随着以渣油和煤为原料的大型合成氨装置的出现和发展，低温甲醇洗涤技术在制氨及甲醇工业中得到广泛的应用。,一、低温甲醇洗净化吸收的原理,低温甲醇洗是指在一定的压力和低温下，把变换气中所含的酸性气体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，因此属于物理吸收，其吸收原理是：以低温甲醇有机溶剂为吸收剂，利用CO2、H2S、COS比H2、CO在吸收剂中溶解度大的特性而除去，吸收后溶液的再生依靠简单的闪蒸解吸和气体放出CO2、H2S 等。 甲醇吸收酸性气体属物理吸收，气液平衡关系开始时符合亨利定律（ P=KX ），吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增加，溶液循环量与原料气量及操作条件有关。操作压力提高，温度降低，溶液循环量减少,二 基本原理1、甲醇的性质：分子式CH3OH，相对分子量32，是一种无色，易挥发、易燃的液体，凝固点-97.8，沸点64.7（0.1MPa）,它能与水以任何比例混溶。甲醇是一种具有极性的有机溶剂，化学性质稳定，不变质，不腐蚀设备。,2、吸收原理为纯物理吸收过程。根据CO2、H2S、COS等酸性气体在甲醇中有较大的溶解度，而氢气、氮气、一氧化碳在其中的溶解度很小而吸收的，因而用甲醇吸收原料气中的CO2、H2S等酸性气体，而H2、CO的损失很小。,3.各种气体在甲醇中的溶解度，低温甲醇洗涤法中，H2S、COS和CO2等酸性气体的吸收后溶液的再生以及H2、N2、CO等溶解度低的有用气体的解吸回收，其基础就是各种气体在甲醇中有不同的溶解度。见P159 图7-5,从图可见，在同一温度下，CO2、H2S、H2O等的溶解度远大于H2和CO，所以低温甲醇法易除去CO2、 H2S。随着温度的降低CO2、H2S在气体在甲醇的溶解度增大，而H2、 CO变化不大，因此，此法易在较低温度下操作。由于H2S在甲醇中的溶解度比CO2更大，所以用甲醇脱除CO2的同时也能把气体中的H2S一并脱除掉。很多合成氨厂或以煤为原料合成甲醇，将脱除硫合并到脱除碳工序，这样可以节省投资费用降低成本。,溶剂对溶质的吸收有以下的趋势,对于大多数气体而言，压力愈高、温度愈低，则在溶剂中的溶解量愈大，在露点时则溶质在溶剂中的溶解量为无穷大(即溶剂和溶质可以共混)。 在真实气体条件下，混合气体中的各分子间存在着引力，即范德华尔力，它将使其在溶剂中的溶解量减少和亦使混合气体的露点比单一气体有所下降。 对于混合气体而言，当一种易溶组分溶解在溶剂中时，这一易溶解的组分会像溶剂一样吸收另一组分。,在吸收了溶质的溶剂进行解吸时：根据亨利定律压力愈低、温度愈高，则愈利于溶质的吸收，在温度等于溶剂的沸点时溶剂的沸点时溶质在溶剂中的溶解量为零。因此，选择溶剂解吸的方法有：,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。 气提解析法，即导入惰性气体，降低溶质的分压，实现溶质的吸收。 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。,甲醇溶剂与其他溶剂相比有如下优点：,在低温、高压下，甲醇吸收酸性气体的量远大于对N2、CO、H2、CH4等的吸收量，即选择性好，从而大大降低了甲醇循环量和减少了有效气体H2和CO的损失。甲醇在低温下平衡蒸汽压低，故甲醇损失少。甲醇的化学稳定性好，冰点低。 甲醇的粘度小和腐蚀性小。 甲醇的吸收能力大（约是水的100倍，本菲尔化学溶剂的10倍），且价廉易得。,甲醇溶剂也有如下的缺点：,因其工艺是在低温条件下操作，因此设备的材质要求要高。 为降低能耗，回收冷量，换热设备较多而使流程变长。甲醇有毒，会影响人的健康。,三、低温甲醇洗工艺的特点,可以保证净化气中H2S、CO2的含量满足合成气的需要而且可以彻底 除去合成气中的硫化物，延长甲醇合成催化剂的寿命。低温甲醇洗涤法可以脱除气体中的多种组分，在-30到-70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以及石蜡烃、芳香烃、粗汽油等组分，并可同时使气体脱水，彻底干燥，所吸收的有用组分可以在甲醇再生过程中回收。低温甲醇对CO2、硫化物的吸收能力大溶液循环量低，可减少管道和设备尺寸，降低系统消耗。吸收CO2、硫化物的富甲醇经闪蒸、气提、热再生可循环使用。,闪蒸和气提出的CO2可达标排放，再生产生的酸性气体经硫回收后可达标排放，生产副产品硫磺。热再生废水含微量甲醇可用以煤浆制备，降低系统水消耗并减少污水处理负荷。气体的净化度很高，净化气中总硫含量可脱到0.1cm3/m3以下，CO2可净化到10 cm3/m3以下，低温甲醇洗涤法适用于对硫含量有严格要求的化工生产。可选择性地脱除原料气中的H2S和CO2，并分别加以回收，由于低温时H2S、COS和CO2在甲醇中的溶解度都很大，动力消耗低，同时，在低温下H2和CH4等在甲醇中溶解度较低，甲醇的蒸汽压也很小，这就使有用气体和溶剂的损失保持在较低水平。甲醇的热稳定性和化学稳定性好。同时，甲醇还比较便宜容易获得。,四、低温甲醇洗的不足为降低能耗，回收冷量，换热设备较多而使流程变长，特别是再生过程比较复杂。因其工艺是在低温条件下操作，因此设备的材质要求要高。 甲醇有毒，会影响人的健康。甲醇的毒性大，当吸入10ml时就会双目失明，吸入30ml时就会致命，在空气中甲醇的允许含量为50mg/m3。因此，设备制造和管道安装的质量要求严格，操作应谨慎小心，严防泄漏等事故的发生。还应有安全措施。,五、低温甲醇洗的主产品流,甲醇合成气，CO2 浓度3.42%（mol）、总硫0.1ppm。放空尾气，几乎无硫，主要为CO2和N2。酸性气体主要由CO2和H2S组成。其中H2S浓度正常为27.9%（mol）左右，最大约41.3%（mol）左右。,六、低温甲醇洗工段主要设备,5个塔19个换热器（其中6台绕管换热器）15台泵3个甲醇过滤器8个槽（罐）1台往复式压缩机,1、 5个塔,洗涤塔 脱除从上游工序来的变换气中的CO2、H2S及有机硫等杂质，同时也脱除变换气中带入的饱和水，制得：CO23.420.2%，总硫0.1ppm的合格净化气。 生产中应注意洗涤塔的压差、吸收液的温度。控制上塔与下塔的液位，防止高低压串压。H2S浓缩塔 气提出CO2和H2S的浓缩使其在后续部分达到合格的浓度去硫回收工段。 生产中应注意控制浓缩塔中部和底部的液位，防止泵的抽空。同时应注意控制气提氮气的流量。,热再生塔 脱吸出甲醇中的H2S和尚为脱完的CO2，达到溶液再生的目的，热再生塔采用蒸汽加热脱吸法 。 生产中应注意控制其底部液位及温度。甲醇/水分离塔 采用的是蒸汽加热法回收甲醇。 生产中应注意控制其底部液位及温度。尾气洗涤塔 吸收从H2S浓缩塔气提带出的甲醇。 注意控制其液位,2、 19个换热器（其中6台绕管换热器）,氨冷器 工段中四个氨冷器主要作用是为生产提供冷量，采用液氨气化冷却。 生产需要冷量可通过液氨的液位来控制。贫甲醇换热器 回收冷量，降低贫甲醇温度。再沸器 为C2203、C2204提供热源。注意控制蒸汽量。,过程气换热器 回收合成气与尾气中的冷量，降低变换气的温度。进料加热器 加热C2203、C2204进口物料，进行热量回收贫甲醇水冷器 循环水冷却贫甲醇其他换热器 物料之间换热，回收冷量或热量。,3、15台泵,为工段液体循环提供动力。 生产中应注意其进出口压力，防止其形成气蚀、气缚。注意泵体温度的变化。,4、3个甲醇过滤器,C2202、C2203底部过滤出甲醇中的杂质。 生产中应注意其压差。,5、 8个槽（罐）,无硫甲醇闪蒸槽、含硫甲醇闪蒸槽 闪蒸出甲醇吸收的CO、H2到闪压机进行回收。 注意控制闪蒸槽的液位，压力。甲醇闪蒸槽 对H2S浓缩塔中