低溫甲醇洗的技術(shù)對比

June 2015化肥設計第53卷第3期Chemical fertilizer design2015年6月低溫甲醇洗的技術(shù)對比孫愷(陜西延長(cháng)石油延安能源化工有限責任公司,陜西延安710049)摘要:低溫甲醇洗是目前煤化工項目普遍采用的脫硫脫碳工藝。國外主要有兩家專(zhuān)利商的技術(shù)可供選擇:德囯林德公司、德囯魯奇公司。兩種技術(shù)的原理相同、工藝流程類(lèi)似,相應的設備選型、設備選材也有類(lèi)似之處。本文參考囯內兩套采用水煤漿氣化工藝、氣量基本相同、分別采用林德、魯奇低溫甲醇洗工藝包的甲醇洗裝置,在冷量提供、工藝冷損、熱量等幾方面進(jìn)行了類(lèi)比,并給出了建議。關(guān)鍵詞:低溫甲醇洗;林德工藝;魯奇工藝;冷量;工藝冷損;熱量doi:10.3969/j.iss.1004-8901.2015.03.002中圖分類(lèi)號:TQ44.41文獻標識碼:A文章編號:1004-8901(2015)03-0006-05Comparison of Technology on Rectisol ProcessSUN KaiYanan Energy Chemical Co, Lid, of Shaanxi Yanchang Petroleum( Group )Co., Lid, Yan'an Shaanxi 710049 China)Abstract: Rectisol is nowadays a commonly used desulphuration and CO, removal process for coal chemical projects. There are two optional foreignes: Linde rectisol and Lurgi Rectisol. Thesesimilar equipment and materialssoime recommedations with reference to the rectisolunits of two domestic methanol plants with coal slurry gasification process, identical gas flow, anRectisol Process and Linde Rectisol Process ap-rgi Rectisol; cold duty; process cold losdoi:10.3969/j.issn.1004-8901.2015.03.002甲醇洗工藝是目前煤化工項目普遍采用的工經(jīng)過(guò)與富甲醇換熱在40℃左右作為貧甲醇泵的給藝氣體洗滌浄化流程,主要流程可分為原料氣甲醇料,升壓后再經(jīng)過(guò)循環(huán)水換熱器換熱,而在魯奇工洗滌、富甲醇閃蒸、硫化氫濃縮、甲醇再生、甲醇水藝中通常再生精甲醇在90℃左右作為精甲醇泵的分離、尾氣洗滌6部分。其中尾氣洗滌屬于環(huán)保設給料,升壓后與富甲醇換熱,通常不設置循環(huán)水換施,與甲醇洗工藝流程無(wú)直接關(guān)聯(lián),但會(huì )影響系統熱器的水平衡和冷量平衡,間接影響整個(gè)系統1原料氣凈化從工藝設備設置的角度看,魯奇工藝與林德工藝在富甲醇液閃蒸、硫化氫濃縮、甲醇水分離、尾氣為了滿(mǎn)足魯奇碎煤氣化的原料氣凈化需要,魯洗滌四部分的流程基本相同,在原料氣洗滌、甲醇奇公司的低溫甲醇洗單元將一臺繞管換熱器前移再生兩部分的流程略有區別魯奇工藝采用了中壓至洗氨塔之前,并在甲醇洗滌塔底部增加預洗段洗滌,而林德工藝沒(méi)有;林德工藝采用了富硫化氫第中國煤化“冷令凝下來(lái),減少對后續甲醇過(guò)濾器和甲醇水溶液過(guò)濾器、原料氣水分離系CNMH商榷,但在目前處理器,而魯奇工藝沒(méi)有;魯奇工藝在主洗塔分別采用含m出什時(shí)上藝中,魯奇工藝是唯一預洗甲醇、CO2甲醇、精甲醇依次對原料氣進(jìn)行洗的選擇滌,而林德只用一路貧甲醇由下到上對原料氣進(jìn)行作者簡(jiǎn)介:孫愷(1975年-),男,吉林省吉林市人,1996年畢業(yè)于西安理工大學(xué)機加工工藝與設備專(zhuān)業(yè),高級工程師,現從事基礎設計洗滌,洗滌精度逐漸提高;林德工藝中再生貧甲醇審查、設備采購分級等工作。第3期孫愷低溫甲醇洗的技術(shù)對比1.1魯奇碎煤氣化的原料氣初步凈化流程簡(jiǎn)述1.3魯奇水煤漿氣化的原料氣初步凈化流程原料氣噴淋甲醇后經(jīng)過(guò)繞管換熱器E10l預冷在魯奇水煤漿氣化過(guò)程中,原料氣進(jìn)入第一繞至θ℃;進(jìn)人分離罐ⅥIoⅠ進(jìn)行氣液分離;其后進(jìn)入管換熱器FO初步降溫至0℃,冷凝氨組分和絕大第二繞管換熱器El02進(jìn)一步冷卻至-12℃,再進(jìn)部分的水進(jìn)入洗氨塔C01脫除其中的氨和水,噴淋入吸收塔Tlo預洗段脫除絕大部分的酚、部分酸甲醇后再進(jìn)入第二繞管換熱器F2降溫至-12℃性介質(zhì),預洗段底部液相進(jìn)入共沸塔T017和層析而后進(jìn)入吸收塔C02的預洗段。洗氨塔的液相送器V109,分離出石腦油、甲醇水。其中,E102的結至灰水處理單元閃蒸處理。構形式取決于原料氣中有機物組分的凝結溫度,在與林德甲醇洗對應流程相比,魯奇在原料氣初美國大平原氣化廠(chǎng),該處采用了一臺氨冷器步凈化方面,流程設置較為冗長(cháng),設備較多。林德結合《美國大平原氣化廠(chǎng)20年運行總結》中的流程中的洗氨塔是可以用變換單元洗氨塔代替的,描述和國內山西大化甲醇洗的運行情況,該處有機物而魯奇流程的洗氨塔作為其流程的中間部分,取消的脫除并不是十分理想,兩個(gè)廠(chǎng)家多年的運行都糾結后會(huì )牽扯性能保證、物料平衡等一些列問(wèn)題,取消于水分離塔的結垢和發(fā)泡。大平原做了很多技改,水變換的洗氨塔會(huì )導致進(jìn)入第一繞管換熱器的原料分離塔仍然需要每6~8月清洗1次。這是由石腦氣中液相組分增多,帶來(lái)氣液兩相流沖刷甚至凍結油、甲醇的物性決定的,兩者互溶、密度十分接近,都等問(wèn)題。預洗段的富甲醇經(jīng)過(guò)閃蒸回收有效氣后,是優(yōu)良的溶劑,只有加水才能使兩者沸點(diǎn)分離并出現被送到熱再生塔;魯奇工藝通常在第二繞管換熱器層析。但是,加入水后又會(huì )產(chǎn)生烴類(lèi)的水合物,烴類(lèi)與吸收塔之間沒(méi)有水分離罐,魯奇認為“經(jīng)過(guò)第氣體混合物生成水合物的溫度與壓力見(jiàn)圖1。由此,繞管換熱器和洗氨塔之后,原料氣中水的飽和分壓甲醇再生、水分離流程會(huì )變得十分復雜,設備故障率很低,氣相夾帶的水分很少”。高是不可避免的。再者,甲醇洗的補充甲醇要求AA1.4原料氣凈化級甲醇,熱再生、水分離兩個(gè)環(huán)節也要向這個(gè)要求盡魯奇和林德在原料氣進(jìn)一步凈化的流程較為量靠近,在石腦油層析過(guò)程加入的水,會(huì )大幅增加熱類(lèi)似,均可以保證凈化氣中全硫小于20pg/m3。所再生、水分離過(guò)程的熱負荷,并導致洗滌甲醇品質(zhì)的不同之處,在于魯奇采用一半左右的含減壓閃蒸出下降;同時(shí),為了平衡這部分增加的熱負荷,會(huì )增加整H:s,但是含有CO2甲醇作為洗滌甲醇;而林德采用個(gè)甲醇洗單元冷量的需求。貧甲醇全流量洗滌,富甲醇逐級抽岀處理;魯奇工藝需增加一個(gè)位號的多級泵,整個(gè)甲醇洗的甲醇泵送循環(huán)量較高,電耗較高。2冷量的提供甲醇洗工藝外部冷量的提供主要來(lái)源于深冷器和循環(huán)水冷卻器。內部冷量的提供主要來(lái)自富甲醇的減壓閃蒸、貧富甲醇的換熱,內部冷量只能作為系統局部的冷量提供,由于CO2的吸收與解圖1烴類(lèi)氣體混合物生成水合物的溫度與壓力析,會(huì )產(chǎn)生約30%的冷損,冷損量會(huì )根據原料氣中1.2林徳水煤漿氣化的原料氣初步凈化流程CO2摩爾分壓的不同而有所不同,一般來(lái)說(shuō)CO2林德水煤漿氣化過(guò)程中,原料氣經(jīng)過(guò)洗氨塔分壓越低冷損越少。循環(huán)水冷卻器分為兩類(lèi)m06洗氨,噴淋甲醇后進(jìn)入繞管換熱器EOI冷卻到類(lèi)用于酸性氣的水冷,魯奇和林德一樣;另一類(lèi)用12℃,再進(jìn)入甲醇水分離罐Vo1進(jìn)行氣液分離,于貧甲醇的水冷,主要在林德工藝中采用,魯奇工氣相進(jìn)入甲醇洗滌塔T01(吸收塔)的硫化氫洗滌藝中國煤化工過(guò)與魯奇公司協(xié)商段,液相換熱升溫后去甲醇水分離塔T05增CNMHG公司重新調整部分工由于水煤漿氣化反應溫度較高,基本沒(méi)有酚、藝流程后,增加224.51kW的水冷器設計換熱量萘等有機物產(chǎn)生,因此在低溫甲醇洗流程中不需要減少了326kW的丙稀深冷器設計換熱量,降低吸專(zhuān)門(mén)設置有機物處理環(huán)節,整個(gè)工藝流程相對比較收塔直徑400mm。設計丙稀深冷器操作冷量增加簡(jiǎn)潔,冷量回收、水分處理較為合理。211.052kW,變更為3963.53kW;設計水冷器操作化肥設計2015年第53卷冷量增加1372.259kW,變更為4805.759kW。采的貧甲醇循環(huán)量較小,為289730kg/h,魯奇吸收塔用林德工藝低溫甲醇洗的類(lèi)似項目,丙稀深冷器設還有一股502480kg/h含CO2的富甲醇負責原料氣計操作冷量和為3600.56kW,水冷器設計操作冷量粗洗。為達到類(lèi)似的酸性氣脫除精度,魯奇需要輸和為6114kW。根據各冷卻器設計余量情況,林德送到塔頂的高壓甲醇約是林德的1倍。林德工藝丙稀冷卻器設計余量較大,約40%、水冷器余量約中,熱再生甲醇的流量約占貧甲醇流量的70%,水20%;而魯奇丙稀冷卻器設計余量較小,約15%、水分離甲醇的流量約占貧甲醇流量的27%;魯奇工藝冷器余量10%。實(shí)際設計操作的丙稀冷量需求相中,熱再生甲醇的流量約占貧甲醇流量的38%、總差很小,魯奇很少使用貧甲醇水冷器,其設計經(jīng)驗洗滌甲醇流量的14%,水分離甲醇的流量約占貧甲較少,設計操作余量偏大,實(shí)際操作中丙稀冷量在醇流量的23%、總洗滌甲醇流量的8.5%。3600kW左右是可信的由于再生甲醇需求的不同,導致林德、魯奇兩目前,使用林德技術(shù)的甲醇洗現已開(kāi)車(chē)成功,家工藝包上在熱再生塔的設計差異較大,塔底再沸原料氣入塔溫度-26℃,甲醇循環(huán)建冷時(shí)間約12h,器帶人系統的熱量差別也較大。同時(shí),因為兩家專(zhuān)丙烯壓縮機防喘振閥開(kāi)度約40%?？梢?jiàn)魯奇、林利商參加洗滌的甲醇總量差別也很大,所以對洗滌德兩家專(zhuān)利商在制冷量的選擇上都預留了較大余甲醇含水率的忍耐能力也不同,通常魯奇系統甲醇量以應對高硫、意外工況。此外,在國內設計院進(jìn)含水率可以遠大于林德系統。由此,魯奇低溫甲醇行基礎設計階段、壓縮機選型階段都人為放大余洗可以應用于碎煤氣化配套,用以脫除石腦油,林量。因此,壓縮機防喘振閥無(wú)法全關(guān)的情況,近幾德低溫甲醇洗則很少涉足這個(gè)領(lǐng)域。制冷系統和年在低溫甲醇洗配套閉路循環(huán)制的冷系統上較為循環(huán)水系統提供的冷量絕大部分是為了抵消這部常見(jiàn)分再沸器提供的熱量。對比這兩個(gè)類(lèi)似項目,由于林德采用全貧甲醇調整前后冷量分配以及與類(lèi)似項目的對比見(jiàn)表洗滌,貧甲醇的循環(huán)量較大,為390300kg/h;魯奇1。調整前后熱再生塔、水分離塔再沸器的對比見(jiàn)表2表1冷量分配對比表名稱(chēng)熱端流量/(kg·h-1)冷端流量/(kg·h-1)設備設計冷量/kW設備設計余量/%設計操作冷量/kW魯奇增加水冷器后富甲醇深622490(甲醇)15656(丙烯)l499.67中壓閃蒸甲醇深冷器502480(甲醇)12651(丙烯)1346.41211.76貧甲醇深冷器289730(甲醇)12041(丙烯)1153,35酸性氣541430(酸性氣)1855.58(丙烯)酸性氣水冷器17373.59(酸性氣)342344(水)貧甲醇水冷器289730(酸性氣)269917(水)3132.52819.259合計l1597.218769.289魯奇增加水冷器前富甲醇深冷646280(甲醇)21184(丙烯)2254.51781.055中壓閃蒸甲醇深冷器512330(甲醇)22350(丙烯)23781879.173酸性氣深冷器4775.00(酸性氣)3.42(丙烯)酸性氣水冷器25383(酸性氣)591696(水)11684.7林德富甲醇深冷器315233.2(甲醇)10102(丙烯)l078.9甲醇深冷器450788(甲醇)38324.7(中國煤化工=50酸性氣深冷器10404(酸性氣)4652.6(兩CNMHG5O248.45貧甲醇深冷器390300(甲醇)酸性氣水冷器421062(水)貧甲醇水冷器391906237783.5(水)27562204,8合計14319714.56第3期孫愷低溫甲醇洗的技術(shù)對比表2再沸器對比表名稱(chēng)甲醇流量蒸汽流量蒸汽溫度設備設計熱量設備設計余量設計操作熱量/(kg·h-1)/kW魯奇增加水冷器后熱再生再沸器11006710417151.86096.53048.25水分離再沸器6708146081958.74合計8894.75006.9魯奇增加水冷器前熱再生再沸器l1026910937151.86400.73200水分離再沸器67432.104529280.02750.11650.06合計4850.4林德熱再生塔再沸器274215.620819.7153.38℃12330.988323.35水分離塔再沸器105826.3182.50℃3135.11767.67合計15466.0810091.93工藝冷損表3CO2尾氣或CO2產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,在設備、管道保溫不變的情組分/(kg·kg-)況下,甲醇洗工藝冷損的變量取決于循環(huán)甲醇的水kmol/h kw/h m/h CO含量的變化,水含量高吸收CO2時(shí)釋放的溶解熱就林德10537450232160.046大,造成系統冷量損失增加,循環(huán)甲醇吸收能力下781.2269031399230.0031-0.77390.215918.994降;另外水含量大甲醇水分離塔負荷增加,由再奇20710183(64064=080129B9沸器帶入系統的熱量也增加,水含量超標影響循環(huán)表4H,S濃縮氣甲醇的吸收能力,造成系統冷量額外損失。低溫甲量組分/(kg·kg-1)醇洗工藝設計的正常冷損取決于系統設計溫度、冷kmol/h kg/h m/h量回收、再沸器熱量加入等多個(gè)方面,這2個(gè)類(lèi)似林德83.4543394.401870.510.0015-0.68750.287534.746低溫甲醇洗裝置,魯奇工藝的外送介質(zhì)溫度大多低魯奇123.344784.2327650.00040.505760.4533228.8于林德工藝,冷量損失略大,系統中通過(guò)貧富甲醇換熱、原料氣凈化氣換熱等回收冷量的方式與林德表5循環(huán)氣工藝相差不大。林德工藝較多采用繞管式換熱器,組分/(kg·kg-)溫度冷熱端溫差最小可利用到3℃,一定程度上也減小了流程中的冷損。林德482.7417324108180.22040.004670.76710.004-39.334對比這2個(gè)類(lèi)似裝置的外送物料,CO2、H2S和魯奇160.55581361380038050270.59140.03外排污水3種介質(zhì),魯奇的工藝冷損略大于林德;09.745723.0747010.50600.01530.46960.0014-32.0而循環(huán)氣的冷損林德大于魯奇。這與換熱器的設置、冷量分級回收有關(guān)。值得注意的有兩點(diǎn):其表6外排水采用魯奇工藝的裝置H2S總量1192.89kg/h,根據組分/(kg·kg-1)溫度表1中的對比可知,魯奇在增加水冷前后參與酸性/h CH2 OH H2O CO2 Hs氣冷卻的內稀冷卻器和水冷器設備設計冷量和分林德6673346756別為7150kW和4170kW,采用林德的裝置參與酸2661.17性氣冷卻的設備設計冷量是5383kW,筆者認為魯魯奇1321.261.3奇在增加水冷器后,酸性氣的工藝衡算存在一定問(wèn)4897.84.77614.8中國煤化工題。其二,采用魯奇技術(shù)的裝置為滿(mǎn)足下游裝置CNMH氣CO2體積分數最大值為0.1%的要求,合成氣中CO2的含量是采用林德工藝裝置的40%,由此可以組分/(kg·kg-1)解釋吸收塔(洗滌塔)塔頂總洗滌甲醇給料量,采用kmol/h kw/h m/h CO H2 CO2 N2 /t林德8458891315951895970.91800.06230.00565830.9魯奇工藝的裝置是采用林德工藝裝置的2倍,塔高魯奇8458.67126876.541895930.91590.06730.0021相差21m。外送介質(zhì)的對比見(jiàn)表3~表7。10化肥設計2015年第53卷塔的預洗段應取消。采用水煤漿或干粉的氣化工4熱量藝,操作溫度均在1150℃以上(TRG工藝除外),低溫甲醇洗工藝中,激冷器、水冷器提供的冷量基本不會(huì )產(chǎn)生酚、萘等有機物,甲醇洗針對原料氣不但要用來(lái)給甲醇降溫,還要補充工藝、設備冷損,并的凈化相對簡(jiǎn)單,而預洗段的設置針對處理碎煤氣且要抵消工藝介質(zhì)帶入系統的熱量。甲醇洗工藝主化的有機物較為有利。雖然,魯奇的設計人員這樣要的熱量來(lái)源包括:原料氣、氣提氮、再沸器、脫鹽水。解釋:“預洗段的設置,是為了處理原料氣中的HCN原料氣帶入的熱量與氣量、溫度有關(guān),氣提氮的用量組分?！钡P者并不認同,因為HCN極易溶于水,粗決定于原料氣中CO2的含量,脫鹽水的用量很少,對煤氣從氣化爐到低溫甲醇洗,期間至少要經(jīng)過(guò)碳洗系統冷量的影響也很少。這些決定于上、下游工藝裝塔、氨洗塔的洗滌;在變換和熱回收單元,隨著(zhù)粗煤置選擇的工藝路線(xiàn),與低溫甲醇洗專(zhuān)利商關(guān)系較小。氣的冷卻也會(huì )岀現工藝冷凝水。所以,在吸收塔處外來(lái)介質(zhì)的對比見(jiàn)表8~表10出現HCN的可能基本沒(méi)有,即便有HCN也只是痕表8氣提氮跡量,對后繼系統的腐蝕危害可以忽略。同時(shí),魯奇的預洗段一般設置10層塔盤(pán),按照塔盤(pán)間距kmol/h kg/h m/h0m2co2N2/r50m計1算,加上積液槽、分布器等的高度,此處塔林德535.3941499812000高約8m,質(zhì)量約70t(按6.0MPa系統計算)。按目魯奇535.0014987.211191前通常選用的A537或A203,進(jìn)口板材加工運輸到現場(chǎng)的價(jià)格約為4萬(wàn)元/t和6萬(wàn)元/t,此處設備費表9原料氣用約為280~420萬(wàn),結合基礎建筑、設備安裝、管道組分/(kg·kg-1)溫度等費用,此處總的工程消耗近千萬(wàn)。由此,預洗段nol/h kg/h m/h CO H2在類(lèi)似氣化工藝中存在的價(jià)值有待商榷林德11200237652422550.51860.03510.43200.00417740(3)規范再沸器設計余量的上限,降低系統能魯奇10986.57236472.22462530.494650.036140.450030.001940耗。由上文所述,兩家專(zhuān)利商再沸器的設計余量都比表10外排水較大,尤其是林德,可以涵蓋各種操作的可能性。雖流量組分/(kg·kg1)溫度然增加了系統的操作彈性,但是大幅增加了冷凍單元m/h CH, OH H,0 CO, N2S /U的設計規模,正常運行時(shí)冰機的防喘閥不能全關(guān),增林德6673.346.756加不必要的能耗。個(gè)人認為再沸器的設計余量應在2661.172.68540.0230%左右比較合適,制冷壓縮機選型時(shí)也不要認為放魯奇1321.26大。通過(guò)增大各處水冷器的設計余量進(jìn)行彌補,因為4897.884.776制冷量的不足會(huì )導致各個(gè)循環(huán)介質(zhì)溫度的升高,增大水冷器的設計運量能夠彌補這個(gè)不足。畢競,用低階5結論冷量代替高階冷量是合算的,單臺設備設計余量的放(1)應盡可能降低系統甲醇中的含水率。甲醇大優(yōu)于整個(gè)制冷系統的設計余量放大。洗循環(huán)甲醇的含水率對整個(gè)系統的影響較大,甲醇(4)盡可能避免石腦油、酚、萘等有機物進(jìn)入低中的平均含水率越低,對運行越有利。根據目前運溫甲醇洗,爭取在上游工藝裝置處理干凈。根據行裝置的實(shí)際情況,系統甲醇含水率升高,增加執《美國大平原氣化廠(chǎng)20年運行總結》5.7和5.8章再生塔、水分離塔熱負荷,增加系統冷量消耗,增加節的描述,由于原料氣中的有機物導致變換、低溫甲醇消耗量,增加設備的腐蝕,增加系統中羰基鐵、甲醇洗工藝設備一系列問(wèn)題,例如結垢、堵塞、凍羰基鎳含量,導致?lián)Q熱效率下降。如系統補充甲醇裂、發(fā)泡等等。美國大平原氣化廠(chǎng)的運行人員做了均采用AA級甲醇,系統中水的來(lái)源主要是原料氣大量的工作和技改,例如變換換熱器、增加在線(xiàn)清和洗滌用水(尾氣洗滌塔)。魯奇工藝原料氣帶入洗中國煤化工醇水分離塔等等。目系統中的水較少,因而選擇的再沸器也較小。但町,CNMHG化的單位,變換和低是,兩者在尾氣洗滌方面,由于甲醇水共沸帶入系溫甲解洗的大修周期3年以上是很普遍的。個(gè)人統的水相差不大。個(gè)人認為林德工藝更適合長(cháng)周認為,有機物的處理裝置,可以參考水煤漿氣化,灰期運行,同時(shí)系統操作彈性更大。水處理的設置,與氣化爐一對一。(2)針對水煤漿或干粉氣化,魯奇工藝中吸收收稿日期:2015-01-13