專業(yè)論文文獻 -低溫甲醇洗氣體凈化工藝在煤氣凈化中的應用

1、低溫甲醇洗氣體凈化工藝在煤氣凈化中的應用低溫甲醇洗氣體凈化工藝在煤氣凈化中的應用 摘 要：低溫甲醇洗是一種以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的優(yōu)良特性，脫除原料氣中的酸性氣體的氣體凈化工藝。本文主要介紹了低溫甲醇洗的原理和工藝流程，分析了低溫甲醇洗工藝的優(yōu)缺點。 關鍵詞：低溫 甲醇洗 氣體凈化 前言 低溫甲醇洗氣體凈化工藝具有氣體凈化度高和選擇性好的特點，氣體的脫硫和脫碳可在同一個塔內分段、選擇性地進行。低溫甲醇洗工藝技術成熟，在工業(yè)上有著很好的應用業(yè)績，在國內以煤、渣油為原料建成的大型合成氨裝置中也大都采用這一技術。近幾年，我國大型合成氨裝置，所采用的凈化技術多采用低溫

2、甲醇洗和低溫液氮洗配套使用的先進的凈化工藝。 一、低溫甲醇洗工段簡介 在合成氨生產過程中，無論采用哪一種原料和任何制氣方法所制得的合成氨原料氣，除含有氫和氮外，還含有相當數量的合成氨所不需要的各種雜質，如：CO2、CO、H2S、HCN、有機硫化物、氮的氧化物、煤焦油等。其中氧化物和硫化物是合成觸媒的毒物，必須在進合成塔以前去除干凈，而CO2和H2S等高熔點物質在進入深冷裝置時就會結成固體，堵塞管道和設備，在進深冷之前就必須將它們去除。 從變換工序來的變換氣中除含有氫氣、氮氣外，約含有44.7%的CO2和少量的H2S與COS等硫化物，還含有CO、CH4、Ar以及飽和的水份等。含氧化合物與含硫化合

3、物是氨合成觸媒的毒物，氣體在進入合成工序之前，必須將他們脫除干凈；并且，由于后續(xù)工序是采用液氮洗脫除CO、CH4等，為防止CO2與水份等凍結成固體堵塞管道和設備，也必須將它們脫除干凈。另外，從變換氣中別離出來的CO2數量較大，濃度較高，而它又是生產純堿、尿素、干冰等化工產品的主要原料；H2S及COS等硫化物數量雖小，但它們也是生產硫酸等的原料，而且，H2S、COS等硫化物對大氣污染嚴重。因此，低溫甲醇洗工序的任務是： 1凈化原料氣。將進入甲醇洗的原料氣中CO2、H2O、H2S等脫除至規(guī)定的含量，以滿足后續(xù)工序液氮洗和氨合成的生產要求。 2回收副產品。CO2是低溫甲醇洗工序的主要副產品，可用于生

4、產純堿、尿素以及食用CO2等，因此，低溫甲醇洗工序必須保證CO2產品的質量和數量，以滿足用戶生產的需要；對H2S及其它含硫化合物的回收，也要保質保量，到達配套裝置規(guī)定的要求。 3環(huán)保任務。由于低溫甲醇洗工序還向外界排放廢氣和廢水，它們含有污染環(huán)境的H2S、甲醇等有毒物質，因此，必須加強生產控制，以滿足環(huán)境保護的需要。 二、低溫甲醇洗的原理 2.1低溫甲醇洗的理論根底 低溫甲醇洗的理論根底是拉烏爾定律和亨利定律。實驗證明，在稀溶液中溶質假設服從亨利定律，那么溶劑必服從拉烏爾定律。低溫甲醇洗就是利用甲醇在低溫-9-64、高壓的條件下，對CO2、H2S有較高的吸收能力，對合成氣中的有效組份CO、H2

5、有較低的溶解度。即甲醇作為吸收溶劑對被吸收的氣體具有較高的選擇性。 亨利定律在使用過程中，為了物料衡算的方便，可以有多種表達式。亨利定律適用于難溶，較難溶的氣體，對于易溶、較易溶的氣體，只能用于液相濃度很低的情況，而且必須注意溶質在氣相和溶液中的分子狀態(tài)應相同；對于混合氣體，當壓力不大時，亨利定律對每一種氣體都能分別適用，彼此互不影響，但當分壓超過其中任何一種氣體的適用范圍后，分之間的作用力就要加大，此時，各種溶質氣體就要相互降低其溶解度。亨利定律不能完全適用。 2.2低溫甲醇洗的根本原理 1多種氣體在甲醇溶液中溶解度的比擬。低溫甲醇對CO2、H2S、COS、H2等氣體的吸收屬物理吸收，在稀溶

6、液中遵循亨利定律：P=K?N。由于甲醇是極性分子，在低溫、高壓下，CO2和H2S在甲醇中的溶解度一般不遵循這一定律。因而必須校正或另作處理。 變換工藝氣中各組分在甲醇中的溶解度，依次為H2S、CO2、CH4、CO、N2、H2。而H2S和CO2的溶解度要遠遠大于其它幾種氣體的溶解度。因此低溫甲醇洗就是基于甲醇對H2S、CO2等酸性氣體具有較大的溶解度，而對CH4、CO、N2、H2具有很小的溶解度實現氣體別離的。低溫甲醇洗的物理吸收過程遵循享利定律，即被吸收組分的溶解量與其分壓和溶解度系數成正比。在大多數情況下，溶解度系數隨溫度的下降而上升。故物理吸收要求在盡可能低的溫度下進行。 2H2S、CO2

7、的解吸。在經過高壓、低溫吸收CO2、H2S后，富含酸性氣體組分的甲醇液體，經減壓后，可使溶解在其中的氣體組分自動解吸。通過控制解吸與再吸收的程度，可獲得高純度的CO2氣體，為尿素裝置提供生產原料，減壓過程是在絕熱條件下進行的，因此發(fā)生了能量的轉移，甲醇自身的溫度，及減壓釋放出的CO2氣體溫度都得到了降低，并可通過換熱將冷源交出，以實現冷熱平衡。 溶解在甲醇中的H2S將采取低溫氣提與加熱精餾的方法，使其得到完全的解吸，解吸后的H2S及剩余CO2氣體送往硫回收系統。 三、低溫甲醇洗工藝流程 3.1低溫甲醇洗流程簡述 進低溫甲醇洗系統的原料氣先噴射少量甲醇經原料氣冷卻器與合成氣、CO2氣和尾氣換熱后

8、，在吸收塔最下段別離水分后進入吸收塔下塔的脫硫段，吸收塔分為五段，最下一段為水別離段，接下來為脫硫段，上面的三段為脫碳段。在脫硫段原料氣經富含CO2的甲醇液洗滌，脫除H2S、COS和局部CO2等組分后，進入脫碳段，進入脫碳段的氣體不含硫，在塔頂用貧甲醇液洗滌，凈化氣由塔頂引出。吸收塔設有兩個中間冷卻器。這兩個中間冷卻器可為低溫甲醇洗工序提供局部冷涼，利于對酸性氣體的吸收。 吸收了H2S和CO2后，從塔脫硫段出來的含硫甲醇富液換熱降溫再減壓后在閃蒸塔上段閃蒸出溶解的氫氣、CO氣及少量CO2與H2S等氣體。同樣，從吸收塔脫碳段出來的不含硫的甲醇液換熱降溫再減壓后在閃蒸塔下段閃蒸出溶解的氫氣、CO氣

9、及少量CO2等氣體。兩局部閃蒸氣體經回收氣壓縮機增壓后返回原料氣中或送變換工序。 從閃蒸塔下段出來的含硫甲醇減壓后送入CO2解吸塔中段下部，也可以根據要求，直接排入硫化氫濃縮塔閃蒸出溶解的CO2，同時溶解的H2S也局部閃蒸出來。從閃蒸塔下段出來的不含硫甲醇液進入CO2解吸塔頂，閃蒸出溶解的CO2氣，液相局部回到塔內洗滌塔內的含硫氣體，局部送入H2S濃縮塔頂部。CO2解吸塔頂得到CO2產品氣，此氣體通過換熱后離開系統。 從CO2解吸塔中段下部出來的液體送入H2S濃縮塔上段下部，進一步閃蒸出局部溶解的CO2，同時溶解的H2S也局部閃蒸出來，H2S濃縮塔頂用從CO2解吸塔來的不含硫甲醇液洗滌，以吸收

10、氣體中的硫化物，塔頂得到硫含量符合環(huán)保要求的尾氣。尾氣與原料氣換熱升溫后再經水洗塔用水洗滌以回收甲醇，局部尾氣為氣提N2提供冷量后去水洗，水洗后含有極少量甲醇的尾氣離開系統，而含有少量甲醇的洗滌水經換熱后送入甲醇水別離塔。 從H2S濃縮塔上段下部出來含硫的溶液作為系統最低溫位冷源與貧甲醇等換熱升溫后進入CO2解吸塔，閃蒸出局部溶解的CO2等氣體，液體經泵加壓后進一步換熱升溫進入CO2解吸塔塔底，閃蒸出溶解的氣體。 從CO2解吸塔底出來的甲醇液進入H2S濃縮塔下段，用氣提氮氣提后得到CO2含量較低而且溫度也較低的甲醇液，此甲醇液含有少量CO2和根本上原料氣中所有硫化物，用泵升壓并過濾，通過換熱器

11、與從甲醇熱再生塔來的貧甲醇換熱后進入甲醇熱再生塔進行熱再生，塔底得到貧甲醇，塔頂得到富含H2S氣體。 貧甲醇從甲醇熱再生底出來后，經換熱降溫后送到吸收塔頂部。甲醇熱再生塔頂得到的H2S濃度較高的氣體，送克勞斯硫回收系統進行硫回收。尾氣到水洗塔用脫鹽水進行洗滌，以回收甲醇。洗滌后尾氣到達排空標準后放空。 從吸收塔水別離段出來的含水甲醇還含有CO2，經換熱后送入甲醇水別離塔中部，從尾氣水洗塔塔底來的含有少量甲醇的水溶液也進入甲醇水別離塔中部，從甲醇熱再生塔底來的少量貧甲醇通過換熱后作為甲醇水別離塔頂回流。甲醇水別離塔底得到甲醇含量到達排放標準的水，排出系統. 3.2再生的三種方法 低溫甲醇洗，在吸

12、收時甲醇溶劑要求低溫、加壓。溶劑再生時，要求減壓閃蒸或氣提再生及熱再生，其中閃蒸與氣提法稱為冷再生。無論采用哪種吸收流程，富甲醇溶劑再生均采用這三種方法。 1閃蒸：用減壓閃蒸解吸，這是最經濟的方法。將溶解度低的氣體閃蒸出來，便于提高再生氣中H2S和CO2純度。減壓過程溫度降低，解吸氣體的量及組分與溫度、壓力有關。這種方法受壓力限制再生不能很徹底。 2氣提法：用吹入惰性氣體方法，降低相界面上方氣相中酸性氣體分壓，將甲醇溶劑中剩余的酸性氣體從溶劑中趕走，以提高溶劑貧液度。用惰性氣進行氣提時，尾氣被氣提氣所稀釋，對進一步利用受到限制。 3熱再生：溶劑在熱再生塔的再沸器中用蒸汽加熱沸騰，用甲醇的蒸氣汽

13、提，使溶液中的H2S從溶劑中徹底去除，最終到達溶劑再生度，利于溶劑吸收，進而保證了氣體凈化度的要求。這種方法再生徹底，但需耗蒸汽。 三種再生方法應合理配置，以節(jié)省能耗，減少有用氣體的損耗，提高有用氣體回收率。 四、低溫甲醇洗的優(yōu)缺點 甲醇是一種良好的吸收劑。當溫度降低時，其吸收能力增大得更快；甲醇具有很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性；甲醇不會被有機硫、氰化物等雜質所降解，甲醇不起泡，純甲醇不腐蝕設備和管道。低溫下，甲醇的粘度也很小，在-30時，甲醇的粘度等于常溫水的粘度，而在-55時，僅比水的粘度大一倍。甲醇可以大量生產，比擬廉價，容易獲得。甲醇同時能吸收H2S和CO2，而且吸收H2S的選擇性比CO

14、2好，在任何情況下，都可以將H2S從氣體中脫除干凈而將CO2大局部保存在氣體中。 甲醇是脫除工藝氣體中CO2、H2S等酸性氣體的一種良好的吸收劑，但甲醇易燃、易爆，而且有毒，設備制造和管道安裝都要嚴格要求不漏，操作時要謹慎從事，要嚴防事故的發(fā)生。 4.1低溫甲醇洗的優(yōu)點 1低溫甲醇洗工藝可以脫除氣體中的多種雜質。低溫甲醇洗是物理吸收，當酸性組份分壓高時，物理吸收的能力比化學吸收能力高，而且吸收劑的吸收量隨組份分壓的提高而增加，幾乎成正比，這樣，操作壓力提高，循環(huán)量就會減少。當操作壓力降低時，物理吸收的吸收能力將遠高于化學吸收，這樣，物理吸收的再生能耗就小。在-30-70的低溫下，甲醇能同時脫除

15、氣體中的H2S、COS、CS2、RSH、C2H4、CO2、HCN、NH3、NO以及石蠟烴、芳香烴、粗汽油等雜質，并可同時脫除氣體中的水分，使氣體徹底枯燥，甲醇吸收的雜質可以通過不同的再生條件對不同組分加以回收，分別得到不同的副產品。以煤、渣油為原料生產合成氨時，需脫除的CO2量較多，氣化趨向于采用更高的氣化壓力，利用低溫甲醇洗來凈化工藝氣更為有利。 2氣體的凈化度高。凈化合成氣中總硫含量可脫除至0.1ppm以下，CO2可凈化到20ppm以下，低溫甲醇洗個適用于硫含量有嚴格要求的任何工藝。 3可選擇性脫出H2S和CO2。低溫甲醇洗可以選擇性地脫除H2S和CO2，并可分別加以回收，便于進一步加工，由于H2S、COS和CO2在低溫甲醇中的溶解度都很大，所以吸收劑的循環(huán)量很小，這樣勢必動力消耗、運轉費用較低；由于低溫甲醇對H2、CO和CH4的溶解度都很低，這就使有用氣體的損失保持在較低的水平。 4甲醇的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好。低溫下甲醇的蒸汽壓也很低，正常運行時，溶劑損失較低。 5低溫甲醇洗工藝和液氮洗相配合能量利用更加合理。低溫甲醇洗工藝脫除H2S和CO2與液氮洗脫除CO、CH4聯合使用時，就顯得格外合理，液氮洗需要在-190左右的低溫下進行，要求進液氮洗裝置的氣體徹底枯燥。由于低溫甲醇洗同時具有枯燥氣體的作用，并已使氣體溫度降到-50-70的低溫，這從工藝配置和制冷角度來說，防止了