浅谈低温甲醇洗和NHD工艺技术经济指标对比

1、 40 化 工 技 术 与 开 发 表9 第 36 卷 洞氮厂 3 种净化方法消耗指标比较 Selexol 60 21 45 59 0 85 ( 0 59 M Pa 684 0 126 (1 5 4 0 低温甲醇洗 29 60 15 50 0 058( 1 3 M Pa 0 306( 0 9 M Pa 280 0 358( - 40 0 134( + 5 2 7 NHD 43 41 12 00 0 39 ( 0 35 M Pa 578 0 137 ( - 15 4 6 /元 N HD 14 67 0 74 115 0 93 129 67 0 91 综上所述, 相对其它净化方法而言 , 低温甲醇

2、洗 与改良 NHD 2 种净化方法的净化度高, 能耗较低 , 操作费用也偏低 , 都是合成气净化可供选择的好方 法。不过 2 种方法各有特色, 在选择时必须根据整 体工艺流程、 各配合单元装置情况、 对合成气净化的 要求以及项目建设的经济实力 等诸多因素综 合考 虑。低温甲醇洗必须低温运行 , 即使只脱硫也要在 - 20 以下的温度下操作, 工艺过程中制冷和冷量 回收装置不可缺少 , 致使工艺流程复杂, 设备较多 , 其投资自然要高。其次我国现有的低温甲醇洗法都 是引进的 , 即使最近上海焦化厂甲醇项目扩建 , 重复 使用 L inde 公司的低温甲醇洗技术仍要付专利使用 费, 这部分费用是很

3、可观的。当然 , 我国对低温甲醇 洗法也进行了多年的消化吸收工作 , 也有我国自己 的专利, 但这些专利都是针对脱 CO 2 进行的一些改 进, 其工业应用多为原有装置改造。迄今只有德州 化肥厂的合成氨装置属新建的脱硫脱碳装置, 目前 已成功开车 , 它是否会发生知识产权纷争尚不得而 知。总之, 采用低温甲醇洗技术在知识产权方面是 要承担一定风险的, 尤其是在脱硫方面。再有 , 低温 甲醇对 H 2 S 和 CO2 的吸收选择性相对改良 NHD 溶 剂来讲要差些, 所以对于甲醇项目只要求脱除合成 气中的硫化物 , 尽可能保存其中的 CO 2 而言 , 低温 甲醇溶剂就不如改良 NHD。此外 ,

4、 合成甲醇装置无 低温操作单元, 如采用低温甲醇洗工艺必须为它专 设制冷系统, 这样一来其能耗必然增加 , 操作费用不 会低很多, 经济上也不一定会更合理。鉴于上述原 因, 对甲醇项目中的合成气脱硫净化, 我们推荐改良 NHD 法, 该法具有自主知识产权 , 技术成熟可靠, 投 资省 , 技术使用费低 , 完全能满足甲醇生产要求。 洞庭氮肥厂煤代油改造工程 360 kt!a- 1 合成氨 装置 , 采用谢尔粉煤气化技术 , 配套耐硫、 一氧化碳 变换流程。因其变换气中 CO2 分压高 , 气体净化脱 硫脱碳宜采用物理吸收方法, 目前国内外比较先进 的物 理 吸 收 方法 有 Selexol 法

5、、 低温甲醇洗法和 NHD 法, 前二者为国外技术, 后者为国内新开发的 技术。根据对整个改造工程具体情况的比较和分析 ( 见表 9 和表 10 8 , 该厂决定采用低温甲醇洗法。 这样选择的主要原因一是总费 用低温甲醇洗 法比 NHD 法稍低, 二是 NHD 法当时尚没有同等工况下 工业运用的经验 , 有一定的风险性。 t 氨消耗 电 / kWh 3 循环 水/ m 蒸汽 / t 气提耗 N 2/ t 冷冻量 / GJ 溶剂消耗 / 元 表 10 洞氮厂 3 种净化方法 经济指标比较 项目 t 氨投资费 投资相对比 t 氨操作费 操作费相对比 t 氨总费用 总费用相对比 Selexo l 1

6、9 91 1 123 1 142 91 1 低温 甲醇洗 17 13 0 86 97 0 79 114 13 0 80 2 工艺设计和生产控制的主要因素 Selexol 工艺设计和生产控制需要 考虑的主要 因素有: 压力、 温度、 流量和 Selexol 溶液的组成等。 如 : 吸收塔顶温度及进塔顶的贫液流量, 对于保证净 化气质量起决定性作用。控制闪蒸罐的压力可以保 持去克劳斯硫磺回收装置酸性气的适当浓度。汽提 塔顶温度是控制汽提塔运转状态及蒸汽消耗的主要 因素。图 1 5 表示的参数关系可供设计及生产控 制参考。 ( 1 溶液吸收酸 性气体的负荷与其分压成比 例 , 如图 1 所示。因此

7、, 净化前将气体加压是比较经 济的。 40 &F= 4 44 1 psia= 6 895 kPa 图1 英尺 3= 0 0283168 m 3 1 加仑 = 4 54609 dm 3 溶剂负荷与压力的关系 第4期 秦旭东等: 浅谈低温甲醇洗和 NHD 工艺技术经济指标对比 41 ( 2 溶剂负荷与温度的关系如图 2 所示。由于 大部分气体在液体中的溶解度与温度成反比, 故应 在经济允许的低温下操作, 并对全装置的温度进行 严格控制。 剂 - 1 时, 净化气中 H 2 S 含量稳定在 5 g !g - 1 以下, CO2 含量在 6% 以上。 温度 : 48 89 , 总压 7 03 M Pa

8、, 脱除 率 99% 40&F = 4 44 1 psia= 6 895 kPa 图2 1 英尺 3 = 0 0283168 m 3 1 加 仑 = 4 54609 dm 3 溶剂负荷与温度的关系 图4 酸性气体为 H 2S, 25 块实际塔盘 1000 加仑 / 分 = 7 57682 # 10 2 m 3!s1 酸性气体浓度与溶剂待循环量的关系 ( 3 吸收塔填料高度或塔板数对溶剂负荷也有 影响, 见图 3。确定填料高度时要将设备投 资与操 作费用进行综合平衡才能达到经济合理。 中试数据 : 压力 35 M Pa( 表 原料气 : H 2S 25% , CO2 10% 图5 溶剂酸性气体负

9、荷与净化度的关系 40&F= 4 44 图3 1 英尺 3= 0 0283168 m 3 1 加仑 = 4 54609 dm 3 3 其他 Selexol 富液中的 大量酸性气可通过闪蒸而析 3 1 溶剂再生方案 出 , 特别是在脱除 CO2 时 , 常常仅需闪蒸即可完成 溶剂的再生, 净化气可达到所要求的净化指标。但 在脱除 H 2 S 时, 单靠闪蒸是不可能使净化气达到管 输指标的 , 必须加以气提。在 Selex ol 法的发展中, 曾有过如下方案: ( 1 空气气提。最初设想是将含 H 2 S 的空气与 闪蒸气合并进入克劳斯硫磺回收装置, 但在实际操 作中有元素硫生成 , 悬浮于溶液中

10、, 给操作带来困难 而放弃该再生方案。 溶剂负荷与填料高度的关系 ( 4 溶剂循环量是决定动力费用的重要因素。 图 4 是酸性气体浓度与 Selexol 和 MEA( 单乙醇胺 溶剂循环量的关系。曲线表明当酸性气体浓度大幅 度变化时, 物理溶剂 Selex ol 的适应力强, 循环量变 化小 , 而化学溶剂则必须成比例加大循环量, 增加动 力消耗。 图 5 是压力为 3 5 M Pa( 表 下的中间试 验结 果。在原料气含 H 2 S 25% 、 CO 2 10% 的情况下 , 溶 剂的 酸性 气体负 荷维持 在 75 m 酸性 气 ! ( m 溶 3 3 42 化 工 技 术 与 开 发 第

11、 36 卷 ( 2 净化气气提。此方案可免除元素硫生成 , 但气提中含大量 H 2 S, 尚需进一步处理。 ( 3 水蒸汽汽提。由于水蒸汽可以冷凝 , 所以 气提塔排出的气提气经冷凝后可送克劳斯硫磺回收 装置 , 但此方案能量消耗较大 , 同时贫液中的水含量 一般约为 2% 4% , 因此装置兼有脱水任务时 , 吸 收塔需在低温下操作。 ( 4 真空闪蒸。在脱 CO 2 的 M itchell 装置比较 了最终再生段的各种方案 , 认为真空闪蒸比较经济 , 在绝压 0 05 M Pa 下, 所得贫液完全合格 , 此方案在 脱除 CO2 装置中应用是合适的。 3 2 腐蚀 Selexol 溶剂在

12、中等温度下 , 对普通碳钢的腐蚀 是不严重的 , 在脱除 CO2 装置里溶剂通过闪蒸再生 时, 整个装置完全可以用碳钢制作。对于脱除 H 2 S 为主的装置, 蒸汽汽提系统温度较高, 气提塔的某些 敏感区需要用不锈钢制作。 3 3 溶剂发泡问题 德国的 NEAG 及美国的 Pikes Peak 装置应 气 , 在装置设计中采取了 2 个主要措施: ( 1 富液在吸收塔底或缓冲罐内停留时间不少 于 2 3 min, 以使夹带的气体逸出。 ( 2 闪蒸汽应当有足够的界面 , 并使溶剂在罐 内的停留时间不少于 3 5 m in 。 3 5 塔型 早年投产的 Selexol 装置 , 吸收塔及再生塔普

13、遍 采用填料塔 , 内装鲍尔等高效填料, 有的从胺法转产 的装置甚至也将塔盘拆除并装上填料。这是由于物 理吸收的吸收速度较慢 , 需要较大的气液传质界面, 填料塔较为适宜。但近年来设计的 Selexol 装置 , 也 有采用板式塔的, 例如采用浮阀塔盘。 参考文献: 1 2 3 4 5 6 7 8 李正西 朱世勇 塞勒克索尔 ( Selex ol 气体净化工艺 J 化 工 环境与工业气体净化技术 M 北京 : 化学工 低温甲醇洗工艺在中小化肥净 化 厂设计 , 1981, ( 3 : 48 60 业出版社 , 2001 256 257 张骏驰 , 郑明锋 , 等 装置中的应用 J 中氮肥 ,

14、2002, ( 5 : 13 15 中国化工 信息中心 , 化工部全国中氮情报 协作组 . 1993 年度重点情报项目报告专辑 , 1994 1 叶盛芳 , 等 NHD 法脱酸性 气体的工业 应用 J 设计 , 2001, ( 1 : 42 48 唐怡红 20 万 t/ a 甲醇装置的合成 气净化技 术 J 海化工 , 1997, 22( 5 : 14 18 潘汉译 , 等 Shell 煤 气化气 体净化工 艺的选 择 J 氮肥 , 2003, ( 3 : 1 5 庞利峰 , 张敬忠 , 王洪记 2000, 3( 6 : 32 37 我国新型高效气体净化溶 剂 四 川 化 工 与 腐 蚀 控

15、制, NHD 的 开 发 应 用 现 状 J 中 上 化肥 用 Selexol 时均未出现过发泡问题。但当有较多的 硫化铁、 液态烃或压缩机油等进入溶剂时, 发泡还是 值得注意的, 另外溶剂水含量过高也容易发泡。 3 4 烃类气体的溶解与夹带问题 Selexol 溶剂对烃类的溶解度随碳数的 上升而 急剧上升 , 故不适于处理含重烃较多的 湿气 , 仅适 于处理 干气 或 贫气 。 即使处理 干气 、贫气 , 由于溶剂在低温下粘 度较高 , 它不可避免地要溶解和夹带一部分非酸性 气体, 为了尽可能回收这些气体并使之不进入酸性 Economic Target Contrast of Low Tem

16、peration Methanol Scrubbing and NHD QIN X u dong 1 , LI Zheng x i 2 , S ON G Hong qiang 1 , W U X i z hang 1 ( 1. Jiang Su T ianyin Chemical Industry Co. L td. , Y ix ing 214262, China; 2. R efiner y of Jinling P etrochem Corpor atio n, Nangjing 210033, China Abstract: T he rectisol ( low t emerat ion met hanol scrubbing gas clean w as used in most of large nitrogen fertilizer factory in domestic, and t he dimet hy et her of polyet hy lene glycor ( NH D w as