低溫甲醇洗概述.doc

一、低溫甲醇洗概述1.低溫甲醇洗發(fā)展史低溫甲醇洗(Rectisol)是20世紀(jì)50年代初德國林德(Linde)公司和魯奇(Lurgi)公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化工藝。第一個(gè)低溫甲醇洗裝置由魯奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工廠，目前該工藝已被廣泛應(yīng)用。工藝原理：一氧化碳變換和熱量回收后的工藝氣中除含有甲醇合成及一氧化碳生產(chǎn)所需要的氫氣一氧化碳極少量的二氧化碳外，還含有多余的二氧化碳及不需要的硫化氫及硫氧化碳等成分，硫化物是甲醇合成的毒物，多余的二氧化碳在甲醇合成中無法利用，所以必須除去，硫化物又可以進(jìn)一步回收利用，需要對它們進(jìn)行回收。甲醇洗工段就是用甲醇脫出工藝氣中甲醇合成不需要的多余的二氧化碳及所有的硫化物，一氧化碳生產(chǎn)所不需要的全部二氧化碳及硫化物，使工藝氣成分達(dá)到甲醇合成和一氧化碳生產(chǎn)要求，吸收了二氧化碳和硫化氫及硫氧化碳的富甲醇也通過減壓、閃蒸、氮?dú)鈿馓岬确椒▽ζ湓偕⒒厥绽淞?，重?fù)利用。2 G. $ 7 l( y) Z5 2.酸性氣體的來源在現(xiàn)代合成氨生產(chǎn)過程中，無論采用何種原料(煤、天然氣、輕油、重油等)，何種氣化方式制氣，都會發(fā)生下列反應(yīng)：2COO22CO2COH2OCO2H2因此產(chǎn)生大量的CO2氣體，同時(shí)隨著所用原料中硫含量的不同，也有一定數(shù)量的硫化物生成(包括無機(jī)硫和有機(jī)硫)，如我廠是以渣油為原料，采用部分氧化法制取原料氣，原料氣經(jīng)變換后約有46000Nm3/h的CO2生成，占變換氣總量的34.10%；約有328Nm3/h的H2S和COS生成。由于上述氣體都呈酸性反應(yīng)故統(tǒng)稱為酸性氣體。; D: S/ yM( z0 ) R3.脫除酸性氣體的必要性如此多的酸性氣體在氨的生產(chǎn)過程中不但會引起合成氨催化劑中毒，設(shè)備腐蝕、低溫下堵塞管道等事故，導(dǎo)致生產(chǎn)中止，而且還會占據(jù)造價(jià)昂貴的高壓高容器空間，增加不必要的動(dòng)力消耗。而CO2則是制造尿素、純堿、干冰等化工產(chǎn)品的重要原料，硫本身也是一種重要化工原料，因此，在現(xiàn)代合成氨生產(chǎn)過程中必然要設(shè)有酸性氣體脫除工序，實(shí)現(xiàn)既脫除對氨生產(chǎn)有害的CO2、H2S、COS等酸性氣體，同時(shí)又充分回收其它化工產(chǎn)品的原料。, Y6 e$ C+ a4 # , i4.脫除酸性氣體的方法從氣體中脫除H2S和CO2等雜質(zhì)，主要采用吸收法。吸收方法很多，其基本特點(diǎn)都是利用氣體中各種組分在某種溶劑中的溶解度不同而進(jìn)行的。其中的H2S和CO2同時(shí)或分步被溶劑選擇性地吸收，然后，在提高溫度和降低壓力的情況下，使H2S和CO2從溶液中分步釋出。根據(jù)原理不同，吸收操作可以分為化學(xué)吸收法和物理吸收法兩大類。化學(xué)吸收法是利用酸性氣體和溶解在水中的堿性化合物或堿性溶劑反應(yīng)來除去的。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，應(yīng)選擇能夠再生的溶液，即吸收酸性氣體后的溶液在減壓、加熱的條件下，酸性氣體能從溶液中釋放出來，而再生后的溶液冷卻后可以重新用于吸收。目前應(yīng)用較廣的是乙醇胺法和熱鉀堿法。物理吸收法是利用各種氣體組份在某一溶劑中的溶解度不同而進(jìn)行的。一般用于脫除酸性氣體的最適宜的溶劑為各種極性液體，因?yàn)闃O性液體能溶解酸性氣體，而對H2、N2等非極性組分則溶解很少，常用的物理吸收有高壓水洗法(巨化廠)，N-甲基吡咯烷酮法(Purisol法)及低溫甲醇法(Reactisol法)。實(shí)際上要嚴(yán)格區(qū)分物理吸收和化學(xué)吸收是很困難的，從現(xiàn)代物理化學(xué)的觀點(diǎn)來看，溶質(zhì)溶解于溶劑中時(shí)，即發(fā)生溶劑化，也就是發(fā)生了化學(xué)變化。低溫甲醇洗工藝屬于物理吸收法，是以低溫甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體溶解度極大的特性，脫除原料氣中的酸性氣體。由于甲醇的蒸汽壓較高，所以低溫甲醇洗工藝在低溫(60)下操作，在低溫下CO2與H2S的溶解度隨溫度下降而顯著地上升，因而所需的溶劑量較少，裝置的設(shè)備也較小。在30下，H2S在甲醇中的溶解度為CO2的5到6倍，因此能選擇性脫除H2S。該工藝氣體凈化度高，可將變換氣中CO2脫至小于20ppm，H2S小于0.1ppm，氣體的脫硫和脫碳可在同一個(gè)塔內(nèi)分段、選擇性地進(jìn)行，而CO2、H2S再生可在不同的塔中進(jìn)行，分別得到合格的二氧化碳含量為98.5%的原料氣和硫回收原料氣。5.低溫甲醇洗的優(yōu)、缺點(diǎn)(1) 用甲醇作為溶劑，對CO2、H2S、COS等具有較強(qiáng)的吸收能力，這樣所需的溶液循環(huán)量較少，因而動(dòng)力消耗減少。(2) 用甲醇作為溶劑，對欲除去的CO2、H2S、COS組份和不欲除去的H2、N2等組份之間具有較高的選擇性。一方面可以理解為甲醇對CO2、H2S的溶解度大，而對H2、N2等的溶解度小，這一點(diǎn)還有減少有效H2損失的意義，選擇性高的另一方面表現(xiàn)在甲醇對H2S的吸收要比對CO2的吸收快好幾倍，前者的溶解度也比后者大，因此可以在同一塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)分步吸收H2S和CO2。 (3) 甲醇的蒸汽壓低，使吸收塔和解吸塔的塔頂出氣中所帶走的蒸汽損失降低，溶液損失少。(4) 甲醇的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，不會被有機(jī)硫、氯化物等雜質(zhì)所分解和變質(zhì)，不會起泡，腐蝕性小(當(dāng)CH3OH中水含量1.0%時(shí))，全部設(shè)備和管道可以用碳鋼或耐低溫的合金剛制造。(5) 甲醇的粘度小，不僅降低了溶液輸送時(shí)的動(dòng)力消耗，還可以提高傳熱、傳質(zhì)效率。(6) 甲醇的沸點(diǎn)較低，因此在解吸塔的再沸器中采用廉價(jià)的低壓蒸汽即可。 (7) 甲醇的熔點(diǎn)較低，因而可在-80下進(jìn)行吸收操作，也不至于有凍結(jié)堵塞管道的危險(xiǎn)。(8) 甲醇價(jià)廉易得，不易自燃。甲醇作為溶劑雖然優(yōu)點(diǎn)不少，但也有不足的一面：(1) 再生流程長而復(fù)雜。 (2) 甲醇是一種有毒物質(zhì)，當(dāng)人服10mL時(shí)就會雙目失明，服30mL時(shí)就可以致死，在空氣中的允許濃度為50mgNm3，因此對設(shè)備制造和管道安裝都要求嚴(yán)密不漏，操作時(shí)不可掉以輕心，防止事故發(fā)生。(3) 甲醇洗一般均在低溫下進(jìn)行，故只有在和空分、液氮洗配套時(shí)才能顯示其特殊的優(yōu)點(diǎn)。二、理論基礎(chǔ)8 i) % h+ F0 K9 W# M : U1.拉烏爾定律溶液中溶劑的蒸汽壓P1等于純?nèi)軇┑恼魵鈮篜1。與其摩爾分?jǐn)?shù)X1的乘積，這就是拉烏爾定律。P1 P1。 X1% S+ A0 nS/ v) r c+ W: , I（1）P1。：純?nèi)軇┑恼魵鈮篜1 ：溶液中溶劑的蒸汽壓X1 ：溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。設(shè)溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)為X2,由于X1=1X2,所以（1）式可以改寫為：P1 P1。（1 X2）或X2 (P1。P1P)/ P1。. M6 u5 P) i3 q& N7 w1 W7 l: ( （2）* W/ a; HO! p) L8 , ?即溶劑蒸汽壓下降的分?jǐn)?shù)等于溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。* Y: W$ P2 a+ Z2.亨利定律在一定溫度和平衡狀態(tài)下，一種氣體在液體中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。P2K X2* + A: S( o, s U n（3）式中：X2平衡時(shí)氣體在液體中的摩爾分?jǐn)?shù)。 P2平衡時(shí)液面上該氣體的分壓。K為一個(gè)常數(shù)，其數(shù)值與溫度總壓氣體和溶劑的性質(zhì)有關(guān)，總壓對K的影響，在壓力不很大時(shí)可忽略不計(jì)， K的數(shù)值要通過試驗(yàn)來確定。亨利定律是化工吸收過程的依據(jù)，吸收分離就是利用溶劑對氣體混合物中各組分溶解度的不同，選擇性的把溶解度大的氣體吸收，達(dá)到從氣體混合物中除去或進(jìn)一步回收這種氣體的目的。1 w3 A; s5 H C( z. z1 R5 e3.氣提原理% n1 B K2 % 3 B* P) e氣提是物理過程，它用于破壞原氣液平衡而建立新的氣液平衡狀態(tài)，達(dá)到分離物質(zhì)的目的。n$ I* o, a5 q9 K) c$ I! b在甲醇洗脫除酸性氣體的工藝中采用兩次氣提來脫除甲醇中的CO2、H2S、COS以得到貧甲醇，第一次在硫化氫濃縮塔底部通入一股N2作為氣提介質(zhì)，降低CO2氣體的分壓，將大部分CO2在塔中解吸，以回收冷量。第二次在甲醇再生塔C1604中用甲醇蒸汽作為介質(zhì)，將溶解于甲醇的CO2、H2S、COS全部解吸出來，達(dá)到甲醇再生的目的，為了向硫回收工段提供合格的原料氣，用易分離的甲醇蒸汽做氣提介質(zhì)，是比較合理的。) B4 i2 J- B# m0 q5 T( 5 p4.精餾原理/ |& f( Q0 K- H/ . |精餾是利用物質(zhì)揮發(fā)性不同（沸點(diǎn)不同）而將兩種或兩種以上的物質(zhì)分離的過程。精餾過程在精餾塔內(nèi)完成，混合組分從塔中間某一個(gè)塔板（進(jìn)料板）連續(xù)進(jìn)入塔內(nèi)，在進(jìn)料板以上，上升蒸汽中所含的重組份向液相傳遞，而回流液中的輕組分向氣相傳遞，這樣經(jīng)過足夠的塔板，在塔的上半部完成了上升蒸汽的精制。即除去了其中的重組分，因而稱為精餾段。2 g$ Z! _% q; z0 |+ Y在進(jìn)料板以下，下降液體（包括回流液和加料中的液體）中的輕組分向氣相傳遞，上升蒸汽中所含的重組份向液相傳遞，這樣經(jīng)過足夠的塔板，在塔的下半部完成了下降液體中的重組份的提濃即提出了輕組分，因而稱為提溜段。7 |) C$ r) D3 C2 k. f一個(gè)完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提溜段，進(jìn)料板是二者的分節(jié)。在這樣的塔內(nèi)可將一個(gè)雙組分混合物連續(xù)地、高純度地分為輕、重兩組分。9 C- x. X) y3 z Y0 I3 ) f( y+ # M5.回流5 6 C9 b5 M# _5 回流（包括塔頂?shù)囊合嗷亓髋c塔釜部分汽化造成的汽相回流）是精餾操作的重要因素，他是構(gòu)成氣、液相接觸的必要條件，沒有氣液兩相的接觸也就無從進(jìn)行物質(zhì)交換，就難以將混合物精餾而分離開。 c2 c* k8 B0 L4 D/ r6.閃蒸原理7 x3 b5 a) l5 v7 b6 F$ l水在一定壓力下加熱到一定溫度，然后注入下級壓力較低的容器中，突然擴(kuò)容使部分水汽化為蒸汽的過程。多個(gè)這樣的過程組成的系統(tǒng)稱“多級閃蒸5 ) h6 D+ , + q6 P7 o$ K u& Y9 R閃蒸就是高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。0 W- Y1 kV: |物質(zhì)的沸點(diǎn)是隨壓力增大而升高，而壓力越低，沸點(diǎn)就越低。這樣就可以讓高壓高溫流體經(jīng)過減壓，使其沸點(diǎn)降低，進(jìn)入閃蒸罐。這時(shí)，流體溫度高于該壓力下的沸點(diǎn)。 流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進(jìn)行兩相分離。使流體達(dá)到氣化的設(shè)備不是閃蒸罐，而是減壓閥。閃蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。2 u$ o6 q1 w. % P. C4 y4 ?! . J9 q4 h7.甲醇的物理性質(zhì)(1) 沸點(diǎn)：64.564.7；(2) 熔點(diǎn)：-97.8；(3) 自燃點(diǎn)：在空氣中437，在氧氣中461；(4) 比重：0.7913；(5) 粘度：0時(shí)為0.86cP，20時(shí)為0.59cP；(6) 比熱：2025間的比熱為2.5082.533 Jg。甲醇又稱木醇、木酒精，為無色、透明、略有乙醇味的液體，是工業(yè)酒精的主要成分之一。攝入甲醇510毫升就可引起中毒，30毫升可致死。甲醇對人體的毒作用是由甲醇本身及其代謝產(chǎn)物甲醛和甲酸引起的，主要特征是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷、眼部損傷及代謝性酸中毒為主。潛伏期：836小時(shí)，亦有短至幾十分鐘，長至4天后發(fā)病者。 癥狀：中毒早期呈酒醉狀態(tài)，出現(xiàn)頭昏、頭痛、乏力、視力模糊和失眠。嚴(yán)重時(shí)譫妄、意諷模糊、昏迷等，并可出現(xiàn)腦水腫、甚至死亡。雙眼可有疼痛、復(fù)視，甚至失明。2 a/ L P# ) J( P9 F4 % d* b6 T8.物理吸收、化學(xué)吸收（1）若溶入溶劑中的氣體不與溶劑發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，此種過程叫物理吸收。（2）若氣體溶解后與溶劑或預(yù)先溶于溶劑里的其它物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，這種過程稱為化學(xué)吸收。 （3）不同氣體在甲醇中的溶解度 K9 V. s; H5 e1 s, W# V5 低溫甲醇洗吸收酸性氣體以及溶液再生，解析回收有用氣體的基礎(chǔ)就是各種氣體在甲醇中的溶解度不同，操作條件不同時(shí)，溶解度的變化。各種氣體在甲醇中的相對溶解度列于表1，各種氣體在甲醇中的溶解熱列于表2.從表中可以看出CO2和H2S在甲醇中的溶解熱不大，但因?yàn)槠淙芙舛容^大，因而塔內(nèi)仍有明顯的溫升，為了保持一定的吸收效果，塔中部需設(shè)置冷凍以排除吸收溶解熱。( q: U! n q: w氣體氣體的溶解度H2的溶解度氣體的溶解度CO2的溶解度% r, M# B b8 l; D+ C H2S25405.9! M1 R, k, l. h3 N7 R8 e; p4 O6 S5 P* LCOS15553.65 5 Y% l9 Xl2 d xa KCO24301.0/ c) f N) k# E# a2 K5 CH412% F! Y% k$ d, j$ F! ( X; CO5$ N& y* D+ w9 k9 n: x W H21.07 N- V8 , l; ) aN22.5) k$ w( l: R2 w- i; Y$ Z k 各種氣體在甲醇中的溶解熱KJ/mol; l0 i5 QA5 R. M 氣體H2SCO2COSCS2H2CH4) 3 4 n4 F9 F& N6 R溶解熱19.316.917.427.6-3.83.33 w- E) * * V, r O : Y& Y+ R9 U4 e% u) ?7 T9.溶液兩種或兩種以上的組份混合在一起，每一組份都以分子或離子的形式分散到其他組份中而形成的均勻相稱為溶液。在工程上應(yīng)用最多的是液態(tài)溶液。將兩種液體混合能否成為溶液，取決于它們的性質(zhì)，兩種液體的極性越接近，則相互溶解度越大，反之，兩種液體的極性相差越遠(yuǎn)，則相互溶解度越小，甚至幾乎完全不互溶，例如，水和甲醇是可以按任何比例互溶的，而水與煤油就不能互溶。某些固體或氣體也能溶解在適當(dāng)?shù)囊后w中，形成濃度有限的溶液。溶質(zhì)：溶液中被溶劑溶解的物質(zhì)。溶劑：是一種可以溶化固體，液體或氣體溶質(zhì)的液體，繼而成為溶液。三、工藝原理1、脫水我廠進(jìn)入低溫甲醇洗醇裝置的氣體是來自一氧化碳變換工號，溫度為40，含有飽和水蒸汽約102kgh(另外還有部分夾帶水)的濕變換氣，為了使甲醇能更好的吸收CO2和H2S，要求進(jìn)入甲醇洗滌塔前的氣體溫度在-9以下，要達(dá)到這個(gè)溫度，必須經(jīng)過預(yù)冷，在預(yù)冷過程中，氣體中的水份冷到冰點(diǎn)時(shí)就會結(jié)冰，堵塞管道設(shè)備，給生產(chǎn)帶來困難，因此變換氣在進(jìn)入低溫部分前必須先除去水份。3 J; N, k( D2 W0 # S6 o 氣體H2N2COArCO2H2SCOSH2O) Q4 v* x& o: w+ q/ C未變換氣32.810.3343.230.1323.090.3100PPM飽和1 r4 Q$ J* xk5 z# & x6 v變換氣6 ; j! v5 v& ! |! n 2、脫除CO2和H2S有關(guān)CO2和H2S的脫除原理前已敘述，此處不再重復(fù)，但有必要介紹一下甲醇洗滌塔塔頂甲醇量確定的依據(jù)。設(shè)計(jì)：甲醇洗滌塔上塔底部出口甲醇吸收CO2的飽和度為71，下塔吸收的CO2量僅為總CO2量的2.5，進(jìn)上塔的壓力為5.23MPa3、富甲醇液的再生及H2、CO2、H2S的回收（1）一級減壓閃蒸1) 目的甲醇在溶解酸性氣體的過程中，不可避免地溶解了部分有用的氫氣，如你們現(xiàn)在要去的實(shí)習(xí)單位惠生化工公司，甲醇洗滌塔出口甲醇液中溶解氫氣量約1600Nm3h。這部分氫氣隨CO2一同解吸出去，不僅是一種浪費(fèi)，而且還影響CO2產(chǎn)品的純度，所以在釋放CO2前，利用H2在甲醇中溶解度遠(yuǎn)比CO2、H2S要小的特點(diǎn)，先作一級閃蒸，以釋放、回收H2和CO，為保證CO2產(chǎn)品純度創(chuàng)造條件。2) 預(yù)冷前已敘述H2與H2S、CO2相反，在甲醇中的溶解度隨著溶液溫度的降低而減小，為了在一定壓力下，最大限度地回收H2和節(jié)省壓縮功，增加CO2產(chǎn)量出發(fā)，又希望盡可能少地使CO2、H2S和H2一起解吸，所以需再生的甲醇液在一級減壓閃蒸前必須分別從-11和-7預(yù)冷到-31.6和-28。預(yù)冷的另一目的就是通過一級閃蒸，利用較低能位的冷量，如為使甲醇液在硫化氫濃縮塔出口達(dá)到-40的低溫，先在經(jīng)過丙烯冷卻器、出塔冷流體等處冷卻，充分利用管間低能位的冷量。3) 壓力的確定一級閃蒸壓力的確定主要取決于產(chǎn)品CO2的要求。因?yàn)橐患夐W蒸壓力高，H2的釋放量相對就少，再次減壓閃蒸時(shí)隨CO2一起出去的H2就多，產(chǎn)品CO2純度就低。反之，如果壓力低，H2的釋放量就多，再次減壓釋放時(shí)CO2濃度就高，但釋放H2的同時(shí)也釋放了不少CO2，這又是影響了產(chǎn)品CO2的產(chǎn)量。其次在選擇一級閃蒸壓力時(shí)還要考慮循環(huán)氣壓縮機(jī)的壓縮比的合理性，使其能耗最小。本裝置一級閃蒸壓力為2.25MPa，閃蒸溫度為2832，閃蒸氣量為2188Nm3h。其中H2占48.77，產(chǎn)品CO2濃度在98.5以上。(2) 二級減壓閃蒸1) 目的二級減壓閃蒸的目的是回收更多高質(zhì)量的CO2，以滿足尿素生產(chǎn)的需要。在二級減壓閃蒸中產(chǎn)品CO2量(包括部分甲醇溶液由于溫度升高而釋放出的CO2)為30729Nm3h，濃度98.74，(H2CO)1.11，總硫1.4ppm。2) 壓力的確定二級閃蒸時(shí)，閃蒸溫度由一級閃蒸溫度和甲醇中CO2、H2S的飽和度所確定，而閃蒸壓力一方面要考慮滿足產(chǎn)品CO2的數(shù)量，壓力低、產(chǎn)品CO2量多，反之則少。另一方面還要考慮克服甲醇液送到硫化氫濃縮塔的阻力，省去幾臺甲醇輸送泵，從二氧化碳產(chǎn)品塔塔送甲醇液到硫化氫濃縮塔的阻約0.1MPa，故二氧化碳產(chǎn)品塔的閃蒸壓力不得低于0.2MPa。如何確保產(chǎn)品CO2純度富甲醇液在二級減壓閃蒸時(shí)要防止H2S氣體隨CO2一起釋放。以確保產(chǎn)品CO2的濃度和質(zhì)量，利用甲醇吸收CO2后不影響H2S的吸收和相同條件下H2S在甲醇中的溶解度及溶解速度大于CO2的特性，在二氧化碳產(chǎn)品塔頂部第59塊塔板上，用從甲醇洗滌塔來的不含H2S的甲醇液吸收含硫甲醇液中釋放出來的H2S氣體。（3）H2S組分的濃縮1） 回收H2S的意義用含硫渣油氣化制氨過程中，必有一定量的硫化物生成，硫化物對氨生產(chǎn)的害處前已講述，所以要設(shè)法將硫化物分離出來，分離出的硫化物氣體不能放空，否則會污染環(huán)境，而且也會造成極大的浪費(fèi)，因?yàn)榱虮旧砭褪且环N重要的化工原料，必須加以回收?？藙谒沽蚧腔厥昭b置的要求從酸性氣體脫除工段回收的含硫氣體，是在克勞斯硫磺回收裝置內(nèi)先氧化后再還原成硫磺的。反應(yīng)式如下：2H2S3O22SO22H2OSO22H2S3S2H2O當(dāng)H2S濃度過低時(shí)，上述的反應(yīng)溫度不好維持而且過剩的氧會使催化劑中毒，所以克勞斯硫磺回收裝置要求回收氣中H2S含量15。2) 減壓氣提為了滿足克勞斯裝置對H2S含量的要求，在本裝置內(nèi)設(shè)有硫化氫濃縮塔，在該塔內(nèi)采用氮?dú)鈿馓岬姆椒?，將甲醇液進(jìn)一步減壓，釋放出大量的CO2等氣體進(jìn)入大氣，達(dá)到濃縮H2S的目的。所謂氣提就是把一定量氮?dú)馔ㄈ隒3塔內(nèi)，破壞其原來的氣液平衡，即降低塔內(nèi)CO2、H2S等氣體的氣相分壓，使溶解在液相中的CO2、H2S進(jìn)一步解吸，但這里不希望H2S解吸，因?yàn)槲覀兡康氖菫榱藵饪sH2S，而且過多的H2S與CO2一起排入大氣，會污染環(huán)境，所以，在硫化氫濃縮塔塔頂用不含硫的甲醇液吸收塔內(nèi)溶液中釋放出來的H2S氣體。(4) 加熱再生1) 目的) 通過加熱徹底解吸溶解在甲醇中的CO2、H2S等氣體，使甲醇得到完全再生，為循環(huán)使用創(chuàng)造條件。解吸出來的氣體經(jīng)冷卻，回收甲醇后送往克勞斯硫磺回收裝置。2)熱再生塔壓力的確定熱再生塔的頂部壓力由克勞斯裝置要求的進(jìn)氣壓力和熱再生塔到硫回收的系統(tǒng)阻力之和決定的。硫回收進(jìn)氣壓力要求為0.145MPa、熱再生塔硫回收工號系統(tǒng)阻力為0.1MPa，故再生塔塔頂部壓力確定為0.245MPa，塔底壓力為0.275MPa。3) 熱再生塔溫度的確定熱再生塔塔頂、底部的溫度在壓力確定后也隨之確定了，均以飽和蒸汽壓來考慮。塔頂壓力0.245MPa，對應(yīng)溫度為93，塔底壓力為0.275MPa，對應(yīng)溫度為103。熱源來自低壓蒸汽管網(wǎng)管網(wǎng)，通過再沸器傳遞。4、甲醇脫水蒸餾(1) 甲醇精餾塔的任務(wù)1) 回收用于變換氣脫水的噴淋甲醇；2) 回收裝置各處排放的污甲醇；3) 除去雜質(zhì)。前面幾個(gè)工號產(chǎn)生并帶入甲醇洗裝置的雜物，如：Fe、Ni等重金屬化合物，HCN、HCOOH和水份等在此時(shí)都轉(zhuǎn)入甲醇液中，另外變換氣進(jìn)入甲醇洗滌塔塔時(shí)仍有部分水份帶入甲醇洗滌塔，使系統(tǒng)內(nèi)水量不斷增加，故從熱再生塔底抽出796kgh甲醇液(其中含水0.2)到甲醇水分離塔頂部，既作為甲醇水分離塔的回流液又除去上述雜質(zhì)和平衡系統(tǒng)內(nèi)水量。(2) 甲醇蒸餾塔壓力和溫度的確定甲醇蒸餾塔是利用甲醇和水的沸點(diǎn)不同，通過蒸餾把甲醇和水加以分離的。由于出甲醇水分離塔的甲醇蒸汽與熱再生塔塔頂部出來的氣體是一起加以冷凝分離的，這樣就決定了甲醇水分離塔塔頂部壓力必須大于熱再生塔頂部壓力(甲醇水分離塔熱再生塔管道阻力0.04MPa)，即0.284MPa，底部壓力為0.314MPa。壓力確定后，甲醇水分離塔頂、底的溫度也隨之而底了，即頂104、底145。熱源來自低壓蒸汽S10管網(wǎng)，通過再沸器傳遞。(3) 雜物的排除和廢水中酸度的控制甲醇液中所含的雜物通過蒸餾，重組分均殘留于塔底，隨廢水一起從塔底排至氣化磨煤工號，由于甲醇液中可能帶有甲酸及氫氰酸，使污水呈酸性，故需定期檢測污水中的PH值。四、低溫甲醇洗的動(dòng)力學(xué) I$ j) Z2 g6 y在研究甲醇吸收CO2和H2S的動(dòng)力學(xué)時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)吸收過程的速度只取決于CO2的擴(kuò)散速度，溫度降低時(shí)，吸收速度緩慢減小。在相同條件時(shí)， H2S的吸收速度約為CO2的吸收速度的10倍，因H2S的濃度比較小，所以CO2的吸收是抑制過程。影響吸收速度的最大因素是溫度和壓力。五、甲醇洗工段冷量的來源和回收7 W1 B( A+ I% e甲醇洗工段脫除CO2， H2S及COS是在低溫下進(jìn)行的，為了滿足凈化的工藝要求，工段必須從外界得到冷量以維持正常的操作。本工段冷量的直接來源為-4、0.37Mpa的液氨，在氨冷器、中蒸發(fā)向甲醇洗提供-38 的低溫冷源；另外，通過E1602、E1612、E1618向系統(tǒng)提供冷量。0 Q8 K; a4 V( t+ F n( D5 I/ H4 Q系統(tǒng)開車時(shí)，用液氨冷卻循環(huán)甲醇及進(jìn)入系統(tǒng)的氣體，不合格的工藝氣經(jīng)開工管線及E1617、E1601回收冷量后放入冷火炬。正常開車時(shí)，本工段的冷量損失包括：（1）換熱器的換熱損失: X* i$ K, p! ! G: S（2）保冷損失（3）酸性氣體吸收時(shí)由于溶解熱所造成的冷量損失（4）去往液氮洗的工藝氣所帶走的冷量& B% a0 2 o- J4 H+ x- p因此，為了維持甲醇洗工段的正常運(yùn)行必須對以上損失和帶走的冷量進(jìn)行回收和補(bǔ)償。/ h; x6 Pa) A. c4 _2 V（1），（2）兩種冷量損失由液氨提供-38 的冷量進(jìn)行補(bǔ)償。 （3）的冷量損失部分可以加以回收，另一部分由液氨提供的冷量進(jìn)行補(bǔ)償。 CO2， H2S及COS溶解于甲醇時(shí)，由于釋放大量的溶解熱使得洗滌甲醇的溫度升高，造成冷量損失。但這些氣體在減壓解吸回收過程中，由于解吸需吸收熱量，這就使甲醇溫度又降低了，一部分的冷量在這里被回收。由于CO2不能全部在冷區(qū)解吸， H2S及COS在熱區(qū)解吸，以及吸收、解吸的不可逆性，使得CO2解吸的冷量回收率只有60-70，而其余部分的冷量由液氨提供補(bǔ)償。（4）的冷量損失可通過液氮洗來的低溫合成氣在E1617及E1601中復(fù)熱回收冷量而加以補(bǔ)償。六、工藝流程敘述：（南京惠生化工有限公司）工藝流程敘述以惠生年產(chǎn)30萬噸CO和年產(chǎn)20萬噸甲醇。1 Y# |. . b% h3 A: q1 , R1 c3 ?未變換原料氣在壓力5.6MPa，溫度為40，流量83700Nm3/h進(jìn)入甲醇洗裝置。5 X, z; K1 v2 & t% |原料氣中噴入甲醇（400kg/h）防止工藝氣中的水結(jié)冰，未變換原料氣在未變換原料氣冷卻器E3007中分別與已經(jīng)凈化的原料氣、尾氣換熱冷卻到-4，冷卻后的原料氣進(jìn)入未變換原料氣深冷器E3008中與制冷劑丙烯換熱冷卻到-15，然后進(jìn)入未變換原料氣分離罐V3002進(jìn)行氣液分離。分離出液體后的未變換原料氣（95000Nm3/h.-15.5.505MPa）進(jìn)入未變換原料氣甲醇洗滌塔T3002底部，從塔頂來的低溫甲醇（-43.5.4MPa.185Nm3/h）進(jìn)行洗滌。從V3002分離出的甲醇水混合物（0.643M3/h）經(jīng)過E3024由-15加熱到75，壓力由5.5MPa減壓到0.55Ma進(jìn)入甲醇/甲醇水分離塔T3006中部進(jìn)行精餾。H2S、COS和CO2的脫除和復(fù)熱未變換氣原料氣甲醇洗滌塔T3002分為上塔和下塔，上塔共分2段。來自貧甲醇泵P3005的貧甲醇（9.1MPa.47.170t/h）經(jīng)過水冷卻器E3018（與水換熱）、甲醇/甲醇換熱E3017、甲醇/甲醇換熱E3016（與T3003底部經(jīng)P3004泵加壓后的富硫化氫甲醇液換熱）、貧甲醇深冷器E3015（與丙烯換熱）和貧甲醇冷卻器E3014（與來自硫化氫濃縮塔T3003上塔底部甲醇換熱）分別被冷卻到8.5、-33.5、-35-43.5，其中185M3/h送到未變換氣甲醇洗滌塔T3002的上塔上段頂部吸收CO2，使出T3002塔頂?shù)脑蠚庵械腃O2含量低于10PPM 、CH3OH含量小于150ppm、H2S小于0.1ppm凈化氣然后送往分子篩脫除其中的甲醇及二氧化碳后返回甲醇洗工段，經(jīng)過原料氣甲醇換熱器E3011，原料氣冷卻器E3007，由-43 分別復(fù)熱到-22、30.5后進(jìn)入冷箱。吸收CO2后的甲醇溶液溫度上升，這是由于CO2溶解熱造成的。這部分溶解熱一部分通過冷流體冷卻移走。當(dāng)甲醇溶液溫度上升到-23.5后從上塔上段抽出，經(jīng)過循環(huán)甲醇冷卻器E3009和甲醇深冷器E3010與從E3014來的甲醇和冷卻器丙烯冷卻劑冷卻到-30和-35，然后返回上塔下段再次吸收CO2。這次抽出冷卻的目的就是將吸收劑甲醇的溫度冷卻到最佳吸收溫度，以保證CO2的充分吸收。另一部分溶解熱經(jīng)T3002上塔下段底部富CO2甲醇液（5.445MPa,-17.220m3/h）帶出，這股溶液分為兩部分：一部分經(jīng)過半貧甲醇泵P3001加壓到6.3MPa,經(jīng)過尾氣/甲醇換熱器E3012、半貧液甲醇深冷器E3013分別冷卻到-23，-35進(jìn)入變換氣甲醇洗滌塔T3001上塔上段第63塊塔板繼續(xù)作為吸收液使用，另一部分進(jìn)入T3002下塔頂部。下塔主要是吸收H2S、COS，由于H2S的溶解度大于CO2的溶解度，而且H2S的溶解速度遠(yuǎn)大于CO2的溶解速度，且硫組分在氣體中的含量遠(yuǎn)小于CO2的含量，因此進(jìn)入下塔的吸收了CO2的甲醇只需一部分作為吸收劑吸收H2S和COS，使進(jìn)入上塔的總硫含量低于1PPM。凈化后的原料氣部分不經(jīng)過分子篩，此股氣流經(jīng)過原料氣/甲醇換熱器E3028和原料氣冷卻器E3007，由-40分別復(fù)熱到-20，30.5送甲醇合成。富硫化氫甲醇液膨脹閃蒸。從T3002塔底來的富硫化氫甲醇液（-12.5.505MPa.88N3/h）,在原料氣/甲醇換熱器E3028（如果只生產(chǎn)CO，則無工藝氣通過）和原料氣/甲醇換熱器E3011中與凈化后低溫原料氣換熱，由-12冷卻到-22，通過減壓閥LIC30009從5.505MPa減壓到1.6MPa進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐V3004，使溶解的大部分H2和CO閃蒸解析出來。閃蒸汽（989Nm3/h,-22,1.6MPa）進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐V3005，與V3005閃蒸氣混合進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)二段。甲醇液經(jīng)過減壓閥LIC30023減壓到0.65MPa進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐V3007中閃蒸，使溶解的H2和CO再次閃蒸解析，降低從尾氣中排放到大氣的CO。閃蒸汽(654.5Nm3/h.0.815MPa,-24 )進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐V3009，甲醇液經(jīng)過減壓閥LIC30026減壓到0.245MPa進(jìn)入甲醇閃蒸罐V3006繼續(xù)進(jìn)行閃蒸。甲醇洗工段用于生產(chǎn)甲醇，對變換后的原料氣凈化處理。變換后的原料氣（5.6MPa,40，35000Nm3/h）進(jìn)入甲醇洗裝置。NH3的脫除和原料氣冷卻。(原料氣中設(shè)計(jì)的氨含量小于10ppm ,對甲醇洗裝置影響不大。但若原料氣中帶入的氨含量增加，對低溫甲醇洗的影響不可忽視，主要影響如下：9 Y* U. h O q& _! W1 k) T由原料氣帶入的氨首先在洗滌塔中被甲醇吸收，然后在甲醇再生過程中生成(NH4)2S，而(NH4)2S則隨循環(huán)甲醇又回到了洗滌塔，分解為NH3 和H2S，使無硫甲醇受到污染，最后在解析塔解析時(shí)進(jìn)入CO2氣體中，導(dǎo)致CO2氣體中H2S含量升高；隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的增長，循環(huán)甲醇中的氨會積累，甲醇再生過程中解析出來的NH3和CO2會在冷卻過程中生成碳酸氫銨結(jié)晶而堵塞換熱器E3020.)5 t6 7 |% q/ K8 / O& l- o為了防止變換后的原料氣中的NH3在甲醇回路中聚集，從變換來的原料氣中的NH3在變換原料氣預(yù)洗塔T3008(現(xiàn)在在變換工段安裝)中通過脫鹽水（6.4MPa,40,0.7Nm3/h）洗滌除去原料氣中所含的NH3，脫鹽水來自界區(qū)外的脫鹽水泵，含NH3的水（40.02，5.5MPa,0.71Nm3/h）送往界區(qū)外，水洗后的原料氣從T3008（在變換工段）塔頂離開進(jìn)入原料氣冷卻器E3001冷卻。原料氣中噴入貧甲醇（170kg/h）防止原料氣中的水結(jié)冰。變換原料氣在變換原料氣冷卻器E3001中分別與已經(jīng)凈化的原料氣、尾氣換熱冷卻到-9.冷卻后的原料氣進(jìn)入原料氣分離罐V3001進(jìn)行氣液分離，分離出氣液后的變換原料氣（43627Nm3/h）進(jìn)入變換原料氣甲醇洗滌塔T3001下塔底部，與從E3014來的低溫甲醇（5.4MPa.-43,26t/h）和從半貧液甲醇泵P3001送來的經(jīng)降溫后的半貧液甲醇進(jìn)行洗滌。從V3001分離出的甲醇水混合物經(jīng)過E3025由-9加熱到90，壓力由5.5MPa減壓到0.55MPa進(jìn)入T3006中部進(jìn)行精餾。* U( F$ L! b7 u/ C( SH2S、COS及CO2的脫除及復(fù)熱。變換氣原料氣甲醇洗滌塔分為上塔和下塔，上塔分為上段和下段。來自貧甲醇泵P3005的貧甲醇(9.1MPa.47.170t/h)經(jīng)過水冷卻器E3018(與水換熱)、甲醇/甲醇換熱器3E3017甲醇/甲醇換熱E3016(與T3003底部經(jīng)P3004泵加壓后的富硫化氫甲醇液換熱)、貧甲醇深冷器E3015(與丙烯換熱）和貧甲醇冷卻器E3014(與來自硫化氫濃縮塔T3003上塔底部甲醇換熱)分別被冷卻到8.5、-33.5、-35-43.5，其中26t/h送到變換氣甲醇洗滌塔T3001的上塔頂部吸收CO2，其余送入未變換氣甲醇洗滌塔T3002頂部。半貧液甲醇（5.5MPa,-38,133Nm3/h）送入變換氣洗滌塔T3001上塔上段第63塊塔板使出T001塔頂?shù)脑蠚庵蠧O2含量為35%。凈化氣經(jīng)過原料氣/甲醇換熱器E3004、變換氣原料氣冷卻器E3001，溫度由-28分別復(fù)熱到-18、30.5進(jìn)入甲醇合成。在甲醇洗滌塔T3001中吸收了CO2的甲醇液，溫度升高，這是由于CO2在甲醇中的溶解熱造成的，這部分溶解熱一部分通過冷流體冷卻移走。當(dāng)甲醇溶液溫度上升到-30后，從上塔上段底部抽出，經(jīng)過甲醇/甲醇換熱器E3002甲醇深冷器E3002被從E3014來的甲醇和冷卻劑丙烯冷卻到-32和-35，然后送到上塔下段頂部再次吸收CO2。另一部分溶解熱經(jīng)T3001上塔下段底部富CO2甲醇液(-22，5.56MPa，182Nm3/h）帶出，其中一部分從上塔底送出，在甲醇/甲醇換熱器E3005與從V3006來的經(jīng)過P3002泵加壓的低溫甲醇-36換熱，經(jīng)深冷器E3006降溫，進(jìn)入循環(huán)閃蒸罐V3003進(jìn)行閃蒸，另一部分進(jìn)入T3001下塔頂部繼續(xù)吸收硫化氫。下塔主要用來脫硫(H2S、COS)，由于硫化氫的溶解度遠(yuǎn)大于CO2的溶解度，H2S在甲醇中的溶解速度遠(yuǎn)大于CO2的溶解速度，且硫組分在氣體中的含量遠(yuǎn)小于CO2的含量，因此進(jìn)入下塔吸收了CO2甲醇只需一部分(上塔下段流出的50%）作為吸收劑吸收硫化氫和硫氧化碳，使進(jìn)入上塔的總硫含量低于1PPM。甲醇中間膨脹。閃蒸：利用氣體在溶劑中的溶解度隨壓力的降低而減小的原理，通過降低系統(tǒng)的壓力，使溶劑達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)而進(jìn)行簡單的氣液分離過程。從T3001下塔底部出來的富硫化氫甲醇液(-12,5.65MPa)在原料氣/甲醇換熱器E3004與凈化后的低溫原料氣換熱冷卻到-18，在甲醇/甲醇換熱器E3005中與從V3006來的經(jīng)過P3002加壓的低溫甲醇（-36）換熱冷卻到-31，冷卻后的富硫化氫甲醇溶液經(jīng)減壓閥LIC30030減壓到1.6MPa進(jìn)入循環(huán)閃蒸罐V3005中進(jìn)行閃蒸，閃蒸氣（102Nm3/h，1.6Nm3/h,-35）與V3004的閃蒸氣混合成一股氣（-31，1.6MPa,2763Nm3/h）進(jìn)入閃蒸氣壓縮機(jī)二段。甲醇液經(jīng)減壓閥LIC30048減壓到0.65MPa進(jìn)入循環(huán)閃蒸罐V3009繼續(xù)閃蒸回收甲醇液中的H2和CO,，降低排放到大氣即尾氣中的CO。從V3009頂部出來的閃蒸氣與從V3007和V3008來的閃蒸氣混合成一股（-320.815MPa,1804Nm3/h）進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)一段，經(jīng)過壓縮循環(huán)回到已變換原料氣冷卻器E3001上游的原料氣中。甲醇液 經(jīng)減壓閥LIC30049進(jìn)入硫化氫濃縮塔T3003上塔第28塊塔板。同樣的過程也用于從T3001上塔下段底部來的富甲醇液：從T3001上塔下段底部來的無硫富CO2甲醇液，在甲醇/甲醇換熱器E3005中與從V3006來的經(jīng)過P3002加壓的低溫甲醇液換熱冷卻到-31在富液深冷器E3006中與丙烯換熱到-36，經(jīng)減壓閥LIC30032減壓到1.6MPa，進(jìn)入循環(huán)閃蒸罐V3003中進(jìn)行閃蒸，閃蒸汽（1.6MPa,-36,1302Nm3/h）進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐V3005，甲醇液經(jīng)減壓閥LIC30041減壓到0.65MPa進(jìn)入V3008繼續(xù)閃蒸，閃蒸汽（0.65MPa,-35.5,649Nm3/h）進(jìn)入循環(huán)閃蒸罐V3009頂部，甲醇液（0.65MPa,-35.5,144.6Nm3/h）經(jīng)減壓閥LIC30044減壓進(jìn)入硫化氫濃縮塔T3001上塔頂部。循環(huán)氣壓縮機(jī)C3001。循環(huán)機(jī)壓縮機(jī)就是將兩級閃蒸的氣體及冷箱閃蒸汽回收再利用。循環(huán)氣壓縮機(jī)C3001分三段壓縮。從循環(huán)氣閃蒸罐V3009低壓閃蒸汽（1804Nm3/h,-32.3,0.65MPa）進(jìn)入壓縮機(jī)一段，從循環(huán)氣閃蒸罐V3005來的閃蒸汽（-31，2763Nm3/h,1.6MPa）及冷箱來的閃蒸汽（28，1.6MPa,5160Nm3/h）進(jìn)入壓縮機(jī)二段。經(jīng)過壓縮機(jī)二段出來的氣體，經(jīng)E3031冷卻后進(jìn)入壓縮機(jī)三段，然后經(jīng)水冷器E3029冷卻后，閃蒸氣進(jìn)入變換氣原料氣冷卻器中E3001。硫化氫濃縮部分。硫化氫濃縮部分包括硫化氫濃縮塔，CO2氣提塔及其附屬設(shè)備，脫除從甲醇閃蒸罐來的富液甲醇中的CO2。H2S濃縮和CO2氣提塔。氣提：通過破壞原氣液平衡而建立一種新的氣液平衡狀態(tài)，達(dá)到分離物質(zhì)的的物理過程。硫化氫濃縮塔也叫CO2氣提塔，主要目的是解析甲醇中溶解的CO2，濃縮溶解在甲醇中的硫化氫及硫氧化碳。從V3008(不含H2S)來的甲醇液（0.65MPa,-35,144.6Nm3/h）經(jīng)減壓閥LIC30044減壓到0.18MPa，進(jìn)入硫化氫濃縮塔T3003頂部進(jìn)行閃蒸,解析出的CO2直接進(jìn)入尾氣，甲醇液同時(shí)作為回流液由下而上洗滌其他甲醇液在T3003中閃蒸出的閃蒸汽中所含的硫化氫，保證尾氣中的硫化氫達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。從循環(huán)氣閃蒸罐V3009來的甲醇液經(jīng)減壓閥LIC30049減壓到（0.24MPa,-36,32.4Nm3/h）進(jìn)入硫化氫濃縮塔T3003上塔中部第28塊塔板。從甲醇/甲醇換熱器E3005來的富硫化氫甲醇液（-30.5，0.28MPa,239Nm3/h）進(jìn)入硫化氫濃縮塔下部第20塊塔板，此外從富H2S餾份分離器V3012來的冷凝液經(jīng)減壓閥減壓進(jìn)入T3003塔底。所有進(jìn)入T3003塔的甲醇液在0.07MPa(a)解析溶解的CO2。從T3003頂部出來的尾氣(N2+CO2混合物，0.07MPa,-48,3198Nm3/h)，實(shí)際上已不含硫，在尾氣/甲醇換熱器E3012中被半貧甲醇液復(fù)熱到-22.7，在原料氣冷卻器E3001和E3007中分別被原料氣復(fù)熱到30.5后混合進(jìn)入尾氣洗滌塔T3007。為使所有進(jìn)入硫化氫濃縮塔的甲醇液中的CO2進(jìn)一步解析，在硫化氫濃縮塔底部引入（0.5MPa，30，4500Nm3/h）的低壓氮?dú)?，用以破壞原系統(tǒng)的氣液平衡，降低二氧化碳和硫化氫的氣相分壓，使溶解的二氧化碳進(jìn)一步解析，而同時(shí)解析下來的硫化氫被回流液洗滌下來。從硫化氫濃縮塔上塔底部經(jīng)富液甲醇泵P3003抽出甲醇液（-50,0.3MPa,162Nm3/h），由于不斷減壓并解析出CO2，甲醇液溫度降為-50 （此處溫度最低）。為了回收冷量，送到貧甲醇冷卻器E3014中與貧甲醇換熱溫度升到-39分為兩股：一股（57.4Nm3/h）在循環(huán)甲醇冷卻器E3002中與從T3001抽出的甲醇換熱，溫度變?yōu)?37.5，進(jìn)入甲醇閃蒸罐V3006。另一股在循環(huán)甲醇冷卻起E3009中與從T3002抽出的甲醇換熱，溫度變?yōu)?34.06，送入甲醇閃蒸罐V3006，兩股甲醇液與從V3007來的甲醇液一起在V3006進(jìn)行閃蒸，閃蒸氣體進(jìn)入硫化氫濃縮塔下塔頂部，液體經(jīng)P3002加壓送到甲醇/甲醇換熱器E3005與T3001（底部及中部）來的甲醇