第2期(總第135期)煤化工No.2 (Total No 135)2008年4月Coal Chemical IndustApr.2008NID和低溫甲醇洗酸性氣脫除工藝的比較和選擇劉慶(安徽淮化集團有限公司,淮南232038擴要簡述了低溫甲醇洗工藝技術(shù)和ND工藝技術(shù),并將兩種工藝進行了技術(shù)經(jīng)濟比較,以安徽淮化集團公司30萬t/a合成氨項目為實例,重點探討了低溫甲醇洗工藝的先進性和流程配置的靈活性,介紹了低溫甲醇洗工藝中塔板數(shù)的確定、酸性氣中HS濃度的控制、冷量消耗的控制等方法,結(jié)合整個合成氨裝置能量利用及消耗的優(yōu)化,對低溫甲醇洗工藝進行了經(jīng)濟性評價。關(guān)鍵詞酸性氣低溫甲醇洗NHD比較工藝文章編號:1005-9598(2008)-02-004004中圖分類號:TQ54文獻標(biāo)識碼:B引言1兩種酸性氣脫除工藝以煤為原料的化工生產(chǎn)決定了粗合成氣中有大11NHD工藝量的酸性氣體,如CQ2、HS、COS等,這些酸性氣體對合NHD主要成分為聚乙二醇二甲醚,是一種多組分成反應(yīng)是不利的,必須在進入合成回路前將其脫除。的配方溶劑。我國南化公司于1980年開始對 Selexol脫硫和脫CO2凈化工序是合成氨生產(chǎn)的主要組成部法進行研究,在此基礎(chǔ)上開發(fā)成功NHD工藝,1984年分之一,工藝方案的選擇對于整個合成氨裝置的經(jīng)濟其氣體凈化工藝通過了部級鑒定。優(yōu)點為能耗低、凈可靠性有著極其重要的影響。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛化度高操作穩(wěn)定、設(shè)備流程較簡單,是一種典型的物發(fā)展我國在合成氣酸性氣體脫除方法及工藝上投入理吸收過程溶劑的蒸汽壓較低,揮發(fā)性小,不需要在了大量的研究力量。CO2的脫除方法大體上可分為3流程中設(shè)置洗滌回收溶劑的裝置,也不會對后工序造類:化學(xué)吸收法物理吸收法及物理化學(xué)吸收法。對于成任何損害。長期的運行數(shù)據(jù)也表明,溶液的損耗很以煤為原料的合成氨原料氣,含有大量的CO2(高達低,相當(dāng)于熱鉀堿液的1/15。其技術(shù)適合于硫化物和45%左右),則以物理吸收法能耗較低而被各方推薦。C2含量較高的煤制氣的凈化,因此,ND工藝在化肥近幾年,加壓煤氣化工藝,如德士古水煤漿加壓氣化工業(yè)煤化工、碳一化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的前景。工藝、Shel1粉煤加壓煤氣化工藝,配套的酸性氣體12低溫甲醇洗工藝脫除工藝主要有南化公司開發(fā)的聚乙二醇二甲醚法低溫甲醇洗法( Rectisol法)是20世紀(jì)50年代(NHD)工藝和魯奇、林德公司開發(fā)的低溫甲醇洗工藝。初由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的,主要用于低溫甲醇洗法與ND法所選溶劑對HSCO2選擇性吸從變換氣中提取高純度的氫氣,從裂解氣中提取乙收能力強,在溶劑中C2溶解度大,所需溶劑循環(huán)量炔,從鼓風(fēng)爐煤氣中回收高純度的CO2,從CH4中分離小,能耗較低,在硫化物和c2含量高的煤制氣的凈c品2,以及從焦?fàn)t氣中分離苯和環(huán)戊烯等。低溫甲醇洗化過程逐漸顯示出優(yōu)勢。法是典型的物理吸收,優(yōu)點是隨著系統(tǒng)操作壓力的提高,循環(huán)量會大大減少,可以脫除合成氣中多種雜質(zhì)在-30℃~-70℃的低溫下,甲醇能同時脫除氣體中收稿日期:2007-12-14HS、C0S、CS、CQ2、NO等,所吸收的雜質(zhì)可以在再生過作者簡介:劉慶(1973-),男,1998年畢業(yè)于浙江工業(yè)程中加以回收,氣體凈化度高,凈化氣體中總硫含量大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),工程師,主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理可脫至0.1×106以下,CO2可凈化到10×106以下與開發(fā)工作。溶劑具有較高的選擇性,CS和HS在低溫甲醇中的2008年4月劉慶:NHD和低溫甲醇洗酸性氣脫除工藝的比較和選擇41溶解度分別比C2高3倍和6倍左右,所以酸性氣的同的HS酸性氣,滿足不同硫回收工藝的要求。脫除可以在同一個吸收塔中進行,脫除C0S和HS的13兩種工藝技術(shù)經(jīng)濟比較溶劑可以采用溶解飽和CQ2的富液,大大降低了溶劑NHD工藝和低溫甲醇洗工藝技術(shù)經(jīng)濟比較列于循環(huán)量,并分別得到純度極高的2產(chǎn)品氣和濃度不表1。衰1NHD工藝和低溫甲醇洗工藝技術(shù)經(jīng)濟比較項目NHD工藝低溫甲醇洗工藝備注脫硫脫碳制冷脫硫、脫碳制冷1.裝置能力/td001000100010001000操作壓力/MP3.03.03.0操作溫度/℃2.裝置性能溶液循環(huán)量/m3h501210凈化氣指標(biāo)CO20.2%20×10凈化氣指標(biāo)HS0.1X1063.裝置消耗以噸氨計低壓蒸汽/kg47050元/t循環(huán)冷卻水/m150.1元/m0.4元/kWh低壓氮氣/m30.2元/m3損失原料H/m30.8元4.操作費用/元44.14124.726.379.4619.3合計/元175.165.裝置投資/萬元4565304350797821184合計/萬元8115109666.整個工藝生產(chǎn)成本207.35144.2以噸氨計操作費用/元175.16修理費用/元9.92投資×3.5%管理費用/元投資×1.0%2低溫甲醇洗工藝在30萬ta合成氨項目作壓力。低溫甲醇洗工藝流程配置靈活,典型的工藝流程中的應(yīng)用是五塔流程,示于下頁圖1。我公司根據(jù)實際情況,選低溫甲醇洗技術(shù)20世紀(jì)70年代開始從國外引擇了經(jīng)典的五塔流程。進,在國內(nèi)的工業(yè)化應(yīng)用上取得了成功,尤其在工程根據(jù)進料氣條件及凈化度要求的不同,可對五塔化方面,在一定的應(yīng)用條件下,已經(jīng)和國外水平相當(dāng)。進行組合,得到四塔甚至三塔流程。組合方案有以下例如中國寰球工程公司在山東華魯恒升國產(chǎn)化項目3種:中,其擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“一頭三線應(yīng)用技術(shù)取得(1)如果進料變換氣中不含HS,則吸收塔可了成功。低溫甲醇洗技術(shù)應(yīng)用國產(chǎn)化的成功也推動消脫硫段,僅剩下上部的脫CO2段;若允許凈化氣中了相關(guān)核心設(shè)備國產(chǎn)化的步伐,例如鎮(zhèn)海煉化制造的C02體積分?jǐn)?shù)>1%時,則可以取消C4(熱再生)塔,成繞管式換熱器,已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用業(yè)績。根據(jù)經(jīng)為四塔流程(即C1、C2、C3、C5塔)。濟技術(shù)綜合比較,結(jié)合低溫甲醇洗技術(shù)、設(shè)備、工程化(2)如果裝置不需要得到產(chǎn)品CQ2,C2和C3塔可等國產(chǎn)化的程度,我公司在30萬t/a合成氨新建項以合并在一起,亦為四塔流程(即cl、C3、C4、C5塔)。目上選擇了低溫甲醇洗技術(shù),鑒于操作壓力對低溫甲(3)如果進料氣中不含HS,且凈化氣的凈化度要醇洗工藝整體優(yōu)化的重要性,項目采用5.Ma的操求不高;同時C2不作為產(chǎn)品回收時,則五塔流程可煤化工2008年第2尾氣凈化氣變換氣5廢水處理C-CO2吸收塔C2-C2產(chǎn)品塔C3-HS濃縮塔c4一甲醇再生塔c5—甲醇/水分離塔E-原料氣冷卻器E2一循環(huán)甲醇冷卻器E3-第二貧甲醇冷卻器E4—第一貧甲醇冷卻器E5一H餾分水冷卻器E6一昑S餾分冷交換器E7一甲醇再生塔再沸器E8一甲醇/水分離塔再沸器K1一循環(huán)氣壓縮機V1一進料氣體/甲醇水分離器V2一無硫甲醇閃蒸罐V3一含硫甲醇閃蒸罐V4—循環(huán)甲醇閃蒸罐V5一貧甲醇收集罐V6-甲醇再生塔回流液分離罐V7-HS餾分分離罐圖1低溫甲醇洗典型的五塔工藝流程示意圖變?yōu)槿鞒?即C1、C3、C5塔)。Vs一進塔氣中HS流速,m/h;φ一脫除度,%。3低溫甲醇洗工藝相關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定吸收系數(shù):3.1cI、C2、C3塔上段塔板數(shù)的確定Cl塔上段的理論塔板數(shù)采用逐板計算的方法確其中,W一塔釜平衡條件下的溶劑量,t/h;定,按自塔釜部至頂部的順序逐板計算,直至氣相中W一塔釜實際采用的溶劑量,t/h的CO2小于所要求達到的凈化值。一般吸收系數(shù)大和脫除度低(即HS高)時,則理C2、C3塔上段的理論塔板數(shù)根據(jù)以下因素確定:論板數(shù)量減少。(1)產(chǎn)品CO2氣中HS和尾氣中HS含量控制。32酸性氣中HS濃度的控制般控制產(chǎn)品CQ2中含H<1×10°,尾氣中排放HS的低溫甲醇洗裝置可以提供不同濃度的HS酸性流量<25mg/h。氣,可以滿足WSA、 Clause等不同硫回收裝置對酸性2)自C2塔和C3塔的上段塔頂淋酒下的無硫富氣中HS濃度的要求。 Clause硫回收工藝要求酸性氣甲醇流量大時,排放氣中HS含量會下降或可使該塔中HS體積分?jǐn)?shù)約為30%,如達不到時,最好是用提高的理論塔板數(shù)減少,反之亦然氣提N2量(如自6000/h提高到10000/h)的辦法通常此理論塔板數(shù)是用圖解法得出的。理論塔板實現(xiàn)。從優(yōu)化能量利用的角度考慮,一般不希望用返數(shù)與出塔氣體中HS的脫除度和自塔頂淋灑下的無回 Clause餾分氣體的辦法來提高其進 Clause裝置硫富甲醇的數(shù)量(以吸收系數(shù)體現(xiàn))有關(guān)。其方程式如氣體濃度,因為這樣會造成外供冷量的增加。下:3.3冷量消耗的確定Vue-k一般系統(tǒng)的冷耗由7個部分組成:(1)換熱溫度差損失:如在E1中,進料氣和排放其中,V一出塔氣中B流速,m/h;的尾氣、合成氣間的換熱經(jīng)濟溫差定為10℃。進出冷2008年4月劉慶;NHD和低溫甲醇洗酸性氣脫除工藝的比較和選擇區(qū)和熱區(qū)的富、貧甲醇換熱(在E9中)的經(jīng)濟溫差定4低溫甲醇洗工藝在合成有效氣消耗上的為6℃-7℃。上述兩項溫差損失均須外供冷量進行補優(yōu)勢充(2)泵的壓送造成的溫升,須外供冷量進行補充因為凈化工序所影響的范圍是從變換到合成,對(3)富甲醇的減壓、節(jié)流造成的溫升,須外供冷量其工藝及經(jīng)濟都應(yīng)從這一角度來評價。采用熱法或進行補充。NHD法加甲烷化流程,在采用低變前提下,一般變換(4)C2、HS的不完全解吸造成的冷量損失。因甲出口C0體積分?jǐn)?shù)為0.3%-0.4%,而ND凈化出口C2醇吸收C2、HS的放熱和富甲醇解吸CO2、HS的吸熱,體積分?jǐn)?shù)為0.2%,相應(yīng)在甲烷化的過程中要消耗氫;是通過數(shù)臺換熱器的熱量交換而相互抵償?shù)?這就是而低溫甲醇洗加液氮洗使合成氣中的C0已可忽略不低溫甲醇洗流程能耗低的原因。但是,送到熱再生系計,而且變換出口的C體積分?jǐn)?shù)容許為1.5%或更統(tǒng)的富甲醇中仍溶解有CO2和HS,其解吸熱是靠熱高,為變換系統(tǒng)的優(yōu)化提供了更大的空間。且未轉(zhuǎn)化再生塔的再沸器供給的,從而造成這部分CO2和HS的C0還可以加以回收,設(shè)置從液氮洗返回變換前裝的解吸熱不能通過換熱器與吸收熱相互抵償,即出現(xiàn)置,使C0轉(zhuǎn)化率接近100%,且無甲烷化耗氫問題。而cQ2和HS不完全解吸的損失,此部分損失靠外界補氫氣來源于煤氣化,綜合考慮,采用低溫甲醇洗加液充的冷量抵償。為減少外供冷量,則應(yīng)把送到熱再生氮洗凈化流程比采用ND法加甲烷化流程每噸氨少系統(tǒng)的富甲醇中所溶解的CO2和BS盡可能降低,這耗煤近100kg,低溫甲醇洗裝置在投資上比NHD法多也就是富甲醇先采用減壓再生,再采用氮氣氣提再生耗的資金最長5年可以收回。(或采用真空再生)和最后再采用熱再生的原因。在此強調(diào)一點的是:HS、CO2等 Clause氣體返回至C3塔的5結(jié)語量越多,則因富甲醇中所溶解的HS、CQ2的吸收熱和在合成氣凈化單元,通過對低溫甲醇洗工藝和解吸熱不能抵償?shù)囊苍蕉?就需向系統(tǒng)補充更多的冷NHD工藝的比較,以及對低溫甲醇洗工藝的深入了量,故一般在原料煤含硫較低或萬不得已時,才用此解,我公司在30萬t/a合成氨項目氣體凈化單元選方法來保證 Clause氣體中的HS的濃度。擇了低溫甲醇洗工藝。在項目建設(shè)的過程中,我公司(5)系統(tǒng)的冷損失,需外供冷量進行補充,為此須工程技術(shù)人員對氣體凈化單元,尤其是低溫甲醇洗工采用高效的保冷材料(如用發(fā)泡聚氨酯)以減少系統(tǒng)藝、設(shè)備和選材進行了大量的論證。低溫甲醇洗裝置的冷損失。從技術(shù)到設(shè)備都可以實現(xiàn)國產(chǎn)化,較之以前,投資已(6)進料氣中帶入微量N和飽和HO的冷凝與經(jīng)大大降低,隨著低溫甲醇洗技術(shù)在大氮肥裝置中的蒸發(fā)損失,需外供冷量進行補充。廣泛應(yīng)用以及工程公司、科研單位對該技術(shù)的深入研(7)噴人甲醇造成的冷損失,需外供冷量進行補究,國內(nèi)對該技術(shù)的掌握已經(jīng)日漸成熟,該技術(shù)在煤充化工行業(yè)的發(fā)展中,將得到更為廣泛的應(yīng)用。Comparison and Selection of Two Acid Gas Removal Processes(Anhui Huaihua Group Co, Ltd, Huainan 232038Abstract The low temperature methanol wash process and the NHd process were described and compared. Inconnection with the 300 000 w/a ammonia project in Anhui Huainan Chemical Group, the advantages and the flexibility ofthe process arrangement for low temperature methanol wash process was discussed in particular. The article also introducedcontrol of CO, concentration in the product gas, the adjustment of Hs concentration in the acid gas, and also themethod for determining the key process parameters such as cold consumption. Consequently, the economic evaluation ofthe low temperature methanol wash process was conducted in combination with the energy utilization and optimization ofconsumption in the whole ammonia plantKey words acid gas, low temperatureol wash, NHD, comparison, technology