第28卷第2期煤炭轉(zhuǎn)化Vol 28 No. 22005年4月COAL CONVERSIONApr.2005低溫甲醇洗裝置的擴能改造設(shè)計陳立1)包宗宏2)摘要在總結(jié)南化大化肥現(xiàn)有低溫甲醇洗裝置實際運行狀況的基礎(chǔ)上,分析了原設(shè)計存在的欠缺以及原料結(jié)構(gòu)由油調(diào)整為煤后的新工況,研究制定了擴能改造設(shè)計方案.原料改煤后,裝置的設(shè)計氣量將為原設(shè)計的1.18倍,原料氣中CO2總量將比原設(shè)計高出30%,硫化物含量是原設(shè)計的4.8倍.在維持設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模仍為30萬t/a合成氨的基礎(chǔ)上,增設(shè)了一個預(yù)吸收塔、一個解吸塔和部分熱交換器,對部分物流的走向和處理進行了重新設(shè)計,這樣的改造方案可使主要物流的技術(shù)·指標均與原設(shè)計相當,單位能耗不高于原設(shè)計值,不產(chǎn)生新的污染源,不降低裝置的操作可靠性和靈活性,可實現(xiàn)裝置對原料油改煤的順利轉(zhuǎn)換關(guān)鍵詞甲醇洗裝置,油改煤,合成氨中圖分類號TQ440,TQ536可行的工藝流程改造方案.經(jīng)比較,確定了改造設(shè)計0引言的最終方案中石化南化大化肥工程以瀝青及渣油為原料,1原裝置設(shè)計問題設(shè)計年產(chǎn)30萬t合成氨,全部加工為尿素.工程于02年7月建成,并試生產(chǎn)出合格尿素.后因揚子1原設(shè)計工藝流程說明公司尤里卡裝置不再產(chǎn)瀝青,渣油價高貨缺而停車低溫甲醇洗系統(tǒng)工藝流程見第93頁圖1,圖中現(xiàn)根據(jù)中石化集團公司意見,南化大化肥原料結(jié)構(gòu)虛線框為改造部分調(diào)整為石油焦或煙煤,新建煤(焦)處理單元,制造適酸性氣體(CO2,H2S等)的吸收.變換氣與來自合德士古氣化工藝的水煤(焦)漿(簡稱水煤漿).新循環(huán)氣壓縮機K1的循環(huán)氣混合,注入貧甲醇,進入建水煤漿氣化單元(采用853MPa氣化壓力,單臺E1冷卻、V1分離后,送至甲醇洗滌塔C1下塔底爐生產(chǎn)能力為30萬t/a合成氨)需對原下游工序做部,H2S和COS等硫化物被吸收至p=0.1×10以局部改造,以形成新的合成氨生產(chǎn)線下;氣體進入上塔進一步脫除CO2,吸收了硫化物的原料改為煤后,進入低溫甲醇洗裝置的設(shè)計氣甲醇從塔底排出,經(jīng)冷卻、減壓入二級閃蒸罐V5閃量將為原設(shè)計的1.18倍,CO2總量將比原設(shè)計高出蒸.出上塔的甲醇溶液(除用于下塔洗滌外)冷卻減30%硫化物含量是原設(shè)計的4.8倍多.改造設(shè)計不壓入一級閃蒸罐V3閃蒸.出C1頂?shù)膬艋瘹馑屯簝H要核算原裝置的最大生產(chǎn)能力,還須著重解決三氮洗裝置作進一步處理.為充分利用甲醇的吸收能個方面的問題:一是要在裝置的絕大多數(shù)設(shè)備不動,力,減少甲醇循環(huán)量,在設(shè)計上采取了將吸收劑分段特別是吸收塔不動、甲醇循環(huán)量增加不多的情況下,取出冷卻的方法如何能把原料氣中CO2吸收下來;二是如何處理高循環(huán)氫氣的回收.為了回收溶解的H2,N2等氣硫原料氣;三是原料氣中CO2量過多,使得CO2產(chǎn)體,提高系統(tǒng)的氫回收率以及保證CO2產(chǎn)品的純品氣及尾氣量超大,原CO2解吸塔和H2S濃縮塔能度,設(shè)置了一個中間閃蒸過程V3,v5中的閃蒸氣否勝任.本文對原裝置實際運行狀況進行了總結(jié)分送到K1壓縮后與變換氣混合析,用大連理工大學(xué)開發(fā)的低溫甲醇洗工藝流程模CO2的解吸回收,CO2解吸塔C2的主要作用擬軟件(RPS軟件)對原設(shè)備進行計算分析,提出了是將含有CO2的甲醇溶液減壓,使其中溶解的CO21)碩土生、高級工程師;2)研究員,南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,210009南京第2期陳立等低溫甲醇洗裝置的擴能改造設(shè)計El E f eIS/TV7Tv4Waste waterUndr圖1低溫甲醇洗系統(tǒng)工藝流程圖Fig 1 Flow diagram for reactor wash process解吸出來,生產(chǎn)無硫的CO2產(chǎn)品.CO2產(chǎn)品的來源甲醇、水分離.出V1的甲醇、水混合物進入精主要有三處:一是V3底部的無硫甲醇溶液進入C2餾塔C5,用來自C4的再生甲醇作為回流液,塔頂甲的上段閃蒸,液體部分回流至C2中段的頂部吸收醇蒸氣回至C4,塔底甲醇廢水送至含氰污水處理裝上升氣中的硫化物,剩余部分送至H2S濃縮塔C3置.上段的頂部作為洗滌液,吸收出塔尾氣中的硫化物;1.2原裝置存在的設(shè)計問題二是V5底部含H2S的富甲醇溶液進入C2的中段進行閃蒸分離,解吸出CO2.從中段流出的甲醇溶液V1中CO2冷凝問題.從實際操作數(shù)據(jù)來看,根據(jù)需要送往C3塔的上段或直接送至積液盤;三E16出口兩股物流溫度比設(shè)計值偏低較多,變換氣是出C3上段底部的富甲醇溶液換熱后進入甲醇閃在v1分離后,其冷凝液量偏大許多,原因是原料氣蒸罐V2閃蒸分離.從V2頂部出來的氣體直接進入中CO2部分冷凝下來.查溫熵圖知,CO2分壓在C2下段,出V2底部的閃蒸甲醇溶液泵入C2底部,2.3MPa~2.5MPa情況下,其冷凝溫度大約在258進一步解吸所溶解的CO2出C2頂部的CO2產(chǎn)品K左右,計算值為256.7K,而現(xiàn)場操作值正是在氣回收冷量后送往CO2壓縮機.在尿素裝置停車期這一溫度左右,所以就出現(xiàn)了CO2冷凝現(xiàn)象間CO2排放至大氣.出C2底部的甲醇溶液減壓后El1冷卻效果欠佳問題.設(shè)計工況下E11水冷進入C3下段器的傳熱面裕度為7.04%,說明此水冷器傳熱面積H2S的濃縮HS濃縮塔C3,主要作用是利用設(shè)計偏緊,管程阻力未加任何裕度.實際工況在氣提原理進一步解吸甲醇溶液中的CO2,濃縮甲醇80%負荷下,其換熱能力只為原設(shè)計的1/3,也說明溶液中的H2S,同時回收利用冷量冷卻水進出口實際條件偏離設(shè)計值較遠,應(yīng)加以改甲醇溶液的熱再生.C3底濃縮后的甲醇溶液進進人熱再生塔C4,將其中所含的硫化物和殘留的CO2C1~C5塔設(shè)備能力問題.塔設(shè)備流體力學(xué)性用塔釜產(chǎn)生的甲醇蒸氣氣提解吸出來出C4頂部能判斷一般以下面六個條件為依據(jù)(2:1)塔板上溢的富含H2S氣體經(jīng)冷卻、分離甲醇后送制硫酸裝流強度,一般小于80m3/(m:h)~100m2/(m置徹底再生的甲醇進入甲醇收集罐V6.經(jīng)貧甲醇h);2)降液管中液體流速小于0.1m/s;3)降液管泵P4加壓、冷卻后進入C1頂部作為吸收劑中液層高度小于板間距的一半;4)液體在降液管中煤炭轉(zhuǎn)化2005年的停留時間大于3s,最好大于5s;5)液體在降液獨立設(shè)計,可保證能承受原料氣量的增加.解決第三管中拋出距離與堰寬之比大于60%;6)霧沫夾帶量個問題主要有三個方法:一是將原料氣中的CO2在小于0.1kg液體/1kg氣體.進入吸收塔之前移走,即在V1中冷凝下來,再進行CⅠ~C4按浮閥塔板計算,C5按篩板塔計算,結(jié)處理,使進入系統(tǒng)的CO2量與原設(shè)計的105%相當;果表明,CI塔a,b,c和d段降液管內(nèi)液體流速都大二是對C2/C3塔系統(tǒng)進行改造,使其能夠處理超大于0.1m/s,而液體在降液管中停留時間都稍大于3的氣量;三是新增一個C6塔來處理增加的那部分s,氣液負荷圖操作點都在框中,但操作彈性不大;氣量.方法一的缺點在于大量CO2冷凝和氣化需要C2塔液體在降液管中停留時間為4.2s,而降液管大量的冷源和熱源,難以解決,方法二對原裝置改動中流速為0.1187m/s,大于0.1m/s;氣液負荷圖較大,方法三切實可行操作點都在操作框內(nèi);C3塔的操作彈性稍好些;C4具體改造方案及措施.根據(jù)上述分析,初步形成塔底部液體在降液管中停留時間為3.8s,而流速以下三個方案0.1046m/s,稍大些,操作點在可行范圍;C5塔降方案一:原吸收塔脫硫段改造,增加解吸塔C6液管中液層高度大于板間距的一半,其他各項指標措施一:將原進入脫硫段的27號物流降溫后再送至均滿足要求綜上所述,五個塔設(shè)計裕度均不夠大,脫硫段.27號物流用新增的接力泵增壓,通過新增屬于偏緊類型.的換熱器Ed1與C6塔頂來的尾氣換熱,再經(jīng)新增2模擬計算與改造方案加的氨冷器Ed2冷卻,進脫硫段;措施二:增加一新的CO2解吸塔C6,其結(jié)構(gòu)與尺寸同原裝置的C3上2.1設(shè)計工況下的全流程模擬計算段相當.將原進入C2塔的45號物流通入C6塔,原進C2和C3的52號和54號物流重新分配,部分進用RPS軟件對原設(shè)計工況進行全流程物流模C6塔項,用于吸收氣體中的硫化物,C6塔底也可通擬計算,計算結(jié)果與原設(shè)計值吻合良好,主要物流的入氣提氮氣,以控制出塔液的溫度.出塔頂?shù)臍怏w經(jīng)計算偏差為:C1塔頂凈化氣流率偏差為0.6%,溫換熱升溫后與原尾氣混合,形成新的尾氣,進E1.塔度偏差為1.6℃,H純度偏差o.015%;CO2產(chǎn)品流底的甲醇液通過新增泵打到C3塔上段積液盤上;率偏差一2.6%,純度偏差一0.4%;C3塔底去E10措施三:裝置氨冷負荷增加20%左右,負荷可在的甲醇流率偏差一0.29%,溫度偏差1.8℃,甲醇濃E2,E6和Ed2三者間分配;措施四:更換甲醇精餾度偏差0.34%;C5塔底廢水的流率偏差ω.001%,塔C4再沸器和冷凝器,使其負荷能力增加40%左溫度偏差0.45C.各流股的溫度偏差絕大多數(shù)在1右C~2C之內(nèi)模擬數(shù)據(jù)還表明,原裝置設(shè)計能力不方案二:增加預(yù)脫塔ClE.措施1:出原吸收塔足110%,只有5%的裕度脫硫段的40號物流用新增加的接力泵Pd1增壓,通過新增加的換熱器Ed1與C6塔頂來的尾氣換2.2改造工藝流程設(shè)計熱,再經(jīng)新增加的的氨冷器Fd2冷卻,進CE頂;進改造思路.經(jīng)過計算,若甲醇循環(huán)量增加為原設(shè)原吸收塔的13號物流通人CIE底,塔頂預(yù)脫氣再計的110%左右,就能解決第一個問題,將CO2在通入C1塔底;CE塔底的溶液送往換熱器E8;措施CI吸收下來,同樣,H2S也能在脫硫段(a段)完全吸、三、四同方案收,這也解決了第二個問題.但解吸時對C4塔帶來方案三:增加預(yù)脫塔C1E,增加CO2解吸塔C6.較大壓力,再沸器和冷凝器的負荷經(jīng)計算均比設(shè)計措施一、三同方案二;措施二:增加一個新的CO2解值增加40%左右,塔徑需要增大或更換內(nèi)件,帶來吸塔C6,操作壓力與C2相當.將原進入C2塔的45較多問題,而且原設(shè)計的裕度不足10%,單靠增加號物流通入C6塔下部,原進C2頂?shù)?5號物流重甲醇循環(huán)量顯然不行解決第一、二個問題還可以有新分配,部分進C6塔頂,用于吸收氣體中的硫化兩個思路:一是降低進脫硫段甲醇溫度,而循環(huán)量不物.出塔頂?shù)腃O氣體經(jīng)Edl換熱升溫后部分與原增加;二是增加一個預(yù)脫塔,用C1塔底的負載甲醇CO2產(chǎn)品氣混合,部分與尾氣混合.塔底的甲醇溶液降溫后預(yù)洗,同樣可不增加循環(huán)量.兩者相比,前者不需要設(shè)泵就可以送入C3中;措施五:增設(shè)Ed3,優(yōu)點在于不增加塔設(shè)備,投資少,但原脫硫段能力能Ed4,利用CO2冷凝液蒸發(fā)潛熱冷卻貧甲醇及富硫第2期陳立等低溫甲醇洗裝置的擴能改造設(shè)計2.3改造方案的對比分析kmol/h,-64C;預(yù)洗塔CE操作壓力7.5MPa(絕壓);CO2解吸塔及C6塔操作壓力0.3MPa(絕用RPS軟件計算了三個改造方案的物流數(shù)據(jù),壓);甲醇精餾塔C4操作壓力0.36MPa(絕壓);甲比較后可以看出,方案一的缺點是脫硫段氣量較大,醇水分離塔C5操作壓力0.38MPa(絕壓);進預(yù)洗超過設(shè)計能力,因此不予采用;方案二與方案三相塔原料氣溫度-10.6C;進預(yù)洗塔甲醇溫度一30比,主要缺點在于通過E1的尾氣量太大,流通阻力℃;出水冷器E11貧甲醇溫度42C;C3塔底甲醇溫大,會影響C2和C3的操作控制,也影響C3塔的氣度>-48C;合理分配進C6,C2和C3塔無硫甲醇體解吸;方案三主要優(yōu)點在于C6的操作壓力與C2量:C6塔的量為總量的23%左右,C2塔的量為總塔相當,其出口氣可靈活地通往CO2產(chǎn)品氣和尾氣量的37%左右,其余的進C3塔管線中,能控制各自的操作壓力,保證液體從C2到工藝流程簡迷.改造工藝流程見圖1.進系統(tǒng)的C3塔的暢通,同時少增加一個C6到C3的接力泵,變換氣冷卻分離液體后在預(yù)洗塔C1E中脫除部分節(jié)省操作費用;缺點在于解吸壓力略大,CO2在C6H2S和CO2等組分,進入原吸收塔C1底,凈化氣由的解吸量有所減少.綜合考慮,方案三投資較省,易C1頂引出C1底甲醇用泵接力經(jīng)Ed1與C6頂出于操作,對原裝置改動小,新增加設(shè)備系統(tǒng)可通過控來的CO2氣換熱后,經(jīng)氨冷器Ed2冷卻至-30C,制閥與原裝置徹底分開,故推薦采用方案三裝置負送至C1E頂部荷低于80%時可不使用新增加的設(shè)備系統(tǒng)出CE的含硫甲醇富液冷卻后在V5閃蒸,同3改造工藝流程設(shè)計樣,從C1上塔出來的不含硫的甲醇液冷卻后在V3閃蒸,兩股閃蒸氣經(jīng)循環(huán)壓縮機K1增壓后送入變3.1設(shè)計基礎(chǔ)換氣中V5的含硫甲醇減壓送入C6下部,C6頂?shù)腃O2設(shè)計依據(jù).主要依據(jù)為南化公司大化肥甲醇洗氣用從V3來的不含硫甲醇液洗滌后,經(jīng)Ed1分別裝置設(shè)計數(shù)據(jù)和南化公司大化肥甲醇洗裝置生產(chǎn)數(shù)與CO2產(chǎn)品氣和尾氣混合,通過E換熱后離開系據(jù)統(tǒng).C6塔底甲醇送至C3上塔.設(shè)計原則.采用RPS軟件對原裝置設(shè)計工況和從V1中分離的含水甲醇及CO2冷凝液分別用若干典型工況進行全流程模擬分析后,提出包括消于冷卻貧甲醇及富硫化氫氣體后分離,分離的氣體除原裝置薄弱環(huán)節(jié)的技術(shù)改造方案,以適應(yīng)原料改至C3,液體經(jīng)減壓后送至C5精餾煤后的系統(tǒng)要求;主要物流的技術(shù)指標均與原設(shè)計工藝循環(huán)水由進回水總管直接引入甲醇洗裝置相當,改造后不降低裝置的操作可靠性和靈活性,單水冷器位能耗不高于原設(shè)計值;原裝置主流程和各主要設(shè)主要儀表及聯(lián)鎖說明.低溫甲醇洗作為合成氨備不作大的改動,改造方案充分考慮現(xiàn)場布置及配裝置的一部分,本次改造不考慮設(shè)置獨立的DCS系管的實際情況,使改造能在短期內(nèi)實施完成;裝置投統(tǒng),只將改造中所增加的信號和回路引入現(xiàn)有的合產(chǎn)后不產(chǎn)生新的污染源.31成氨裝置DCS系統(tǒng),并對改造后操作條件發(fā)生變化設(shè)計規(guī)模改造后的生產(chǎn)規(guī)模仍然為30萬t/a的參數(shù)在DCS上進一步核查和修改改造的硬件僅合成氨涉及現(xiàn)場一次儀表元件性能指標凈化氣體:壓力7.35MPa(絕壓),溫度-64C,流量3851.21kmol/h,p(CO2+4結(jié)論CH3OH)<20×10-6,g(總硫)<1×10-6.硫化氫餾分中g(shù)(H2S)>24%CO2產(chǎn)品氣:流量1810.68確定新增預(yù)吸收塔及解析塔的改造方案,投資kmol/h,CO2純度>985%,g(總硫)<10×10-6,g較省,易于操作,對原裝置改動小.新增加設(shè)備系統(tǒng)(CH3OH)<183×106,g(CO+H2)<1.13%.甲可通過控制閥與原裝置徹底分開.裝置負荷低于醇污水:流量89kmol/h,v(甲醇)<0.5%80%時可不使用新增加的設(shè)備系統(tǒng).本文是油改煤3.2改造工藝說明(焦)后國內(nèi)首次對林德低溫甲醇洗裝置進行的擴能改造,將有助于提升國內(nèi)對林德公司低溫甲醇洗工煤炭轉(zhuǎn)化2005年參考文獻[1]石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計院氮肥工藝設(shè)計手冊.理化數(shù)據(jù)分冊.北京;石油化學(xué)工業(yè)出版社,1977[2]時均汪家鼎,余國琛等.化學(xué)工程手冊第二版上卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.14-26[3]王志華大型合成氨裝置進一步增產(chǎn)節(jié)能改造的探討.大氮肥,1992(2):45-47REVAMPING DESIGN OF RECTISOL WASH UNITChen Li and Bao Zonghong(College of Chemistry and Chemical Engineering, NanjingUniversity of Technology, 210009 Nanjing)ABSTRACt On the basis of practical running conditions of Rectisol Wash Unit(RWU) inNanjing Chemical Industrial Co. Ltd, the deficiencies in original design were summarized andthe new situations in feedstock change from heavy oil to coal were analyzeda revampdesign scheme for RWU was proposed. After the feedstock change, the raw gas flow rate, thetotal CO2 and the H2s in raw gas flow will be 1. 18, 1. 30 and 4.8 times as large as the originaldesign respectively. Maintaining the 300 000 t/a ammonia synthesis capacity, a preabsorptiontower,a desorption tower and some heat exchangers were added. Measures for some processflows were redesigned. The revamped design scheme could guarantee both the technique indexesof primary process flows and the energy consumption indexes were not exceed to the originaldesign, produce no new contaminations, keep reliabilities and flexibilities for the RWU andrealize a smooth transformation of feedstock change from oil to coalKEY WORDS rectisol wash unit, feedstock change from oil to coal, ammonia synthesis本刊入選《中國科技期刊精品數(shù)據(jù)庫》本刊訊由《中國知識資源總庫》編輯委員會通過對《中國期刊全文數(shù)據(jù)庫》中8000種期刊10年的引文分析與綜合評價,經(jīng)專家委員會審核,遴選確定500種科技期刊進入《中國科技期刊精品數(shù)據(jù)庫》,《煤炭轉(zhuǎn)化》入選其中(本刊通訊員)