水煤气变换气净化探讨

水煤气变换气净化探讨——崔静思摘要：现有的净化工艺下，高压的变换气经过净化后，其中的二氧化碳硫化氢以低压状态输出，其所具有的压力势能没有得到有效地利用。通过该工艺流程的方案，净化过程中变换气中的二氧化碳硫化氢经过膨胀机膨胀做功，有效地利用其所具有的压力势能，达到变换气净化过程中的节能效应。1目的变换气净化过程中实现对外界输出机械能，并对外界提供一定的制冷冷量2当前状况2.1能源状况当前我国一直在提倡低碳经济，富煤少油缺气的的现状决定了我们必须有一定量的选择“爱恨交加”的煤炭消耗。电力的需求，我们可以尽量开发利用水力能、太阳能、风能、核能等清洁能源，但化工的需求我们总还是要一定量的煤炭作为其他能源的替代的。煤化工过程中尽量节能，在一定程度上就是低碳。2.2净化工艺煤化工过程少不了水煤气的净化，煤化工的过程中水煤气变换气含硫的特性，净化工艺普遍选择了净化程度高、能耗相对低的低温甲醇洗。3技术背景（理论依据）高压的水煤气变换气净化后，有效的氢气、一氧化碳等气体基本被等压保留，二氧化碳、硫化氢等气体低压排出。按阿马伽(Amagat)气体分体积定律，水煤气变换气中二氧化碳、硫化氢当量于高压的分率体积存在，具有相应的压力势能，在减压过程中有对应的能量释放，设计特定的工艺手段，让水煤气变换气中的二氧化碳、硫化氢的气体通过膨胀机做绝热膨胀，减压到低压状态，就可以得到相应的机械能，而且可以获取对应的制冷冷量。理论层面上，水煤气变换气净化过程中可以获取一定的机械能和制冷冷量的。4思路低温液化分离变换气中的二氧化碳、用液体二氧化碳做吸收介质脱除变换气中的硫化氢，液体二氧化碳经过气化、过热、膨胀机膨胀做功，变换气中二氧化碳和硫化氢的压力势能得以利用。二氧化碳液体的最低饱和压力在0.51795Mpa，当前的煤气化工艺所产的水煤气压力都不足以经过冷冻液化分离二氧化碳就可以得到符合合成甲醇、天然气需要的净化气。水煤气的变换气的净化必须经过压缩机提高变换气的压力，通过变换气的压力和冷冻后的温度控制净化气中二氧化碳的含量；硫化氢在液体二氧化碳中的溶解度随温度的降低而增大，通过对变换气换热降温，再利用液体二氧化碳吸收脱除，从而保证变换气二氧化碳液化后的量足够脱除变换气中的硫化氢以及液体二氧化碳中硫化氢的浓度。5理论依据气体绝热过程中，压力变化后温度会相应变化，变化后的温度T2由下式计算：T气体绝热过程中，压力变化后焓值会相应变化，变化前后的焓差△H由下式计算：△式中的K是该气体的绝热指数，气体绝热过程中机械能的变化有下式计算：W=-△H6实施例6.1理论层面以年产90万吨甲醇的水煤浆气化后的变换气数据为例：17574Kmol/h、40℃、6.0Mpa、46%H2、0.23%N2、21.56%CO、0.1%Ar、0.1%CH4、31.77%CO2、0.24%H2S的变换气，净化后的净化气：压力不变、不含硫化氢、二氧化碳含量2.5%，二氧化碳以0.125Mpa排出，含硫化氢、二氧化碳的酸性气以0.30Mpa送往下游处理工序。当前的低温甲醇洗净化工艺，需要消耗动力3500KW、外界提供冷量8.01×106Kcal/h；理论层面上，按气体的分体积定律，变换气视为独立的11950Kmol/h、40℃、6.0Mpa的氢气和一氧化碳的混合气体与独立的5623Kmol/h、40℃、6.0Mpa的二氧化碳和硫化氢混合气体。11950Kmol/h、40℃、6.0Mpa的氢气和一氧化碳混合气体直接送往合成甲醇工序；5623Kmol/h、40℃、6.0Mpa的二氧化碳和硫化氢的混合气体经过绝热膨胀做功，可输出8069KW动力和7.99×106Kcal/h的冷量。6.2具体实施为简便起见，变换气简化为：40℃、6.0Mpa、46.76%H2、21%CO、32%CO2、0.24%H2S、17574Kmol/h，经过净化处理后得到：净化气、二氧化碳、酸性气，其中净化气中二氧化碳含量要求控制在2.5%。13#：净化气12213.48Kmol/h、6.02Mpa、-4.38℃、67.283%H2、30.217%CO、2.5%CO2、0%H2S；14#：净化气产品12213.48Kmol/h、6.0Mpa、30℃、67.283%H2、30.217%CO、2.5%CO2、0%H2S；15#：液体二氧化碳1083.10Kmol/h、24.685Mpa、-52.5℃、0%H2S；16#：液体二氧化碳1083.10Kmol/h、24.665Mpa、30℃、0%H2S；17#：第一二氧化碳膨胀机入口二氧化碳1083.10Kmol/h、24.645Mpa、132.15℃、0%H2S；18#：第一二氧化碳膨胀机出口二氧化碳1083.10Kmol/h、5.52Mpa、0.89℃、0%H2S；19#：第二二氧化碳膨胀机入口二氧化碳1083.10Kmol/h、5.50Mpa、132.15℃、0%H2S；20#：第二二氧化碳膨胀机出口二氧化碳1083.10Kmol/h、1.36Mpa、-1.23℃、0%H2S；21#：液体二氧化碳2938.12Kmol/h、5.91Mpa、-52.5℃、0%H2S；22#：脱硫液体二氧化碳1119.79Kmol/h、5.91Mpa、-52.5℃、0%H2S；23#：脱硫液体二氧化碳1119.79Kmol/h、5.93Mpa、-52.0℃、0%H2S；24#：含硫液体二氧化碳2459.09Kmol/h、5.98Mpa、-26.5℃、98.285%CO2、1.715%H2S；25#：酸性气2459.09Kmol/h、0.52Mpa、-56.5℃、、98.285%CO2、1.715%H2S；26#：酸性气产品2459.09Kmol/h、0.50Mpa、30℃、、98.285%CO2、1.715%H2S；27#：液体二氧化碳1818.33Kmol/h、5.91Mpa、-52.5℃、0%H2S；28#：二氧化碳1818.33Kmol/h、1.38Mpa、-31℃、0%H2S；29#：二氧化碳1818.33Kmol/h、1.36Mpa、30℃、0%H2S；30#：二氧化碳2901.44Kmol/h、1.36Mpa、18.34℃、0%H2S；31#：第三二氧化碳膨胀机入口二氧化碳2901.44Kmol/h、1.34Mpa、132.15℃、0%H2S；32#：第三二氧化碳膨胀机出口二氧化碳2901.44Kmol/h、0.36Mpa、5.24℃、0%H2S；33#：第四二氧化碳膨胀机入口二氧化碳2901.44Kmol/h、0.34Mpa、132.15℃、0%H2S；34#：第四二氧化碳膨胀机出口二氧化碳2901.44Kmol/h、0.125Mpa、31.37℃、0%H2S；工艺气压缩机J1驱动功率：15010.28KW工艺气膨胀机J2输出功率：9907.1KW第一二氧化碳膨胀机J3输出功率：1234.370KW第二二氧化碳膨胀机J4输出功率：1167.82KW第三二氧化碳膨胀机J5输出功率：2976.54KW第四二氧化碳膨胀机J6输出功率：2363.72KW整个机组J1、J2、J3、J4、J5、J6可输出功率2639.28KW用于发电机M发电。变换气01#到02#过程需要冷量：52666681KJ/h；脱硫气05#到06#过程释放冷量：21563026KJ/h；净化气13#到14#过程释放冷量：12235572KJ/h；液体二氧化碳15#到16#过程释放冷量：7470333KJ/h；酸性气25#到26#过程释放冷量：7518108KJ/h；二氧化碳28#到29#过程释放冷量：3991713KJ/h；换热器E1冷量热量平衡；脱硫气03#到04#过程需要冷量：56445249KJ/h；含硫液体二氧化碳23#到酸性气24#蒸发过程释放冷量：29359388KJ/h；液体二氧化碳27#到28#蒸发过程释放冷量：27319513KJ/h；换热器E2冷量热量平衡；脱硫气08#到09#冷却过程需要冷量：52618040KJ/h；净化气10#到11#过程释放冷量29279648KJ/h；净化气12#到13#过程释放冷量23341071KJ/h；换热器E4冷量热量平衡；脱硫气07#到08#过程释放热量：43846751KJ/h；可以满足过程中二氧化碳膨胀机入口二氧化碳加热的热量需求。过程中系统需外界提供211179989KJ/h或5.0439473×107Kcal/h的低温热量，优化的基础上相应对外界提供对等的冷量。过程中净化气残余二氧化碳含量越高