NHD脫硫脫碳氣體凈化工藝技術(shù)介紹

1、NHD脫硫脫碳氣體凈化 工藝技術(shù)介紹目錄第一章根底理論和數(shù)據(jù)1.1概述1.2NHD溶劑物化性質(zhì)1.3吸收原理和相平衡規(guī)律1.4脫硫工藝參數(shù)的選定1.5脫碳工藝參數(shù)的選定第二章工藝過程設(shè)計2.1工藝說明2.2脫硫脫碳方案比擬2.3結(jié)論第一章根底理論和數(shù)據(jù)1.1概述NHD凈化技術(shù)與美國專利Selexol凈化技術(shù)類似,并到達同等水平.NHD溶劑是一種有機溶劑聚乙二醇二甲酰,它對氣體中硫化物和二氧化碳具有較大的溶解水平,尤其是對硫化氫有良好的選擇吸收性, 蒸汽壓低,運轉(zhuǎn)時 溶劑耗損少,是一種較理想的物理吸收劑,適合于以煤油為原料,酸氣分壓 較高的合成氣等的氣體凈化,脫硫時需消耗少量熱量,脫碳時需消耗少

2、量冷量, 屆低能耗的凈化方法.根據(jù)化工部“七五國家重點科技攻關(guān)方案合成氨一條龍中“75-7-6NHD凈化技術(shù)的研究合同,即采用 NHD物理溶劑法脫除合成原料氣中的硫化物和二 氧化碳,并選擇一個中型廠使用此項技術(shù), 然后提供大型廠使用,“七五為油 頭和煤頭大型廠凈化技術(shù)作準備,提出氣液平衡數(shù)據(jù)和工業(yè)化根底設(shè)計.1988年批準的山東魯南化肥廠二期擴建工程為年產(chǎn) 8萬噸合成氨,造氣局部引 進德士古煤漿氣化技術(shù),其它局部由國內(nèi)配套.由于煤氣中硫化物和二氧化碳含 量較高,經(jīng)多方研究認可選用了 NHD溶劑脫除合成氣中硫化物和二氧化碳的工 藝,于1992年投產(chǎn).原料氣先經(jīng)選擇脫硫,而后脫碳,H2S經(jīng)富集后進

3、克勞斯硫回收,在2MPa壓力 下將含CO2 43%, H2S 4.5克/標米3, COS 13毫克/標米3的變換氣凈化至 CO2 0.1%,總硫1ppm,每噸氨總能耗99萬大卡,溶劑損耗0.5公斤.在氣液平衡數(shù)據(jù)的測定和魯化廠年產(chǎn) 8萬噸生產(chǎn)裝置的根底上,提供了大型廠設(shè) 計參數(shù),進行此項年產(chǎn)30萬噸合成氨NHD脫硫脫碳根底設(shè)計,條件是以德士 古煤漿氣化氣經(jīng)中低溫耐硫變換后的氣體為原料,和設(shè)定操作壓力為3.4MPa.選用脫CO2溶劑脫碳富液選擇性脫硫,此后脫碳,H2S富集后去克勞斯回收的流程,在3.3MPa壓力下,原料氣含 CO2 42.91%, H2S 0.86%, COS 18ppm 凈化至

4、CO2 0.1%,總硫1ppm,每噸氨脫硫及H2S提濃需耗蒸汽0.31噸,脫碳 需耗冷量0.709X 106KJ,總能耗1.9727X 106KJ,溶劑損耗0.4公斤,溶劑吸收 水平47標米3 CO2/米3.該項工藝技術(shù)由南化公司研究院負責, 根底設(shè)計以化工部第一設(shè)計院為主, 在南 化院參加下共同編制完成.1.2NHD溶劑物化性質(zhì)NHD溶劑是聚乙二醇二甲酰的混合物, 是一種有機溶劑,其分子式為：CH3 O CH2CH2O nCH3, n=28.其物理性質(zhì)如下：25 C時 分子量:260密度：1.022g/cm3冰點：-22-29C蒸汽壓：0.0007mmHg外表張力：33dyn/cm粘度：4.

5、2cp導熱系數(shù)：0.13Kcal/hmC 比熱：0.5Kcal/gC閃點：151C燃點：157 C外觀：活、淡黃色液體PH:68Cl-ppm:<8本根底設(shè)計中采用分子量為260280的NHD溶劑作為設(shè)計依據(jù).其溶液的根底 物性數(shù)據(jù)采用南化院88年提供的“ NHD溶劑物性數(shù)據(jù).1.3吸收原理和相平衡規(guī)律：根據(jù)廣義的酸堿理論,在聚乙二醇二甲酰溶劑的分子結(jié)構(gòu)中, ?；鶊F內(nèi)的氧為硬 堿性中央,而CH3和CH2CH2 一基團那么為軟酸局部,因此該溶劑對硬酸性氣體如H2S、CO2和軟堿性氣體如硫酸,CS2和COS均有一定的溶解水平, 幾種氣體在溶劑中的溶解度與分壓的關(guān)系如圖1-3-1.聚乙二醇二甲酰

6、溶劑吸收H2S、CO2的過程是一個物理吸收過程.根據(jù)相平衡 數(shù)據(jù)可知,H2S在NHD中的溶解度能較好的符合專利定律,可用以下數(shù)字模型 描述：對于CO2在NHD中的溶解度,當CO2分壓低于1.0MPa時,氣相壓力與液相濃 度根本符合亨利定律,可用以下數(shù)學式計算其平衡溶解度.超過1.0MPa,特別是在低溫條件下,亨利定律不再適用,此時按下式進行計算CO2溶解度.式中：C一氣體溶解度l/lPH2S H2S氣體氣壓 mmHgPCO2 CO2 氣體分壓 kg/cm2F2co2 CO2 逸度 kg/cm2Xco2一液相中的CO2分子別離a、b常數(shù)CO2的逸度f0co2應用適合丁極性氣體的 RKS狀態(tài)方程式

7、.NHD溶劑吸收H2S、COS、CO2的過程具典型的物理吸收特征, 由圖1 3-2 和圖1 3-3可見：H2S和CO2在NHD溶劑中的溶解度隨壓力升高,溫度 降低而增大,此時進行H2S和CO2的吸收過程,當壓力降低,溫度升高時溶液 中溶解的氣體釋放出來,實現(xiàn)溶劑的再生過程.NHD溶劑對H2S的吸收具有較好的選擇性,從下表可見：表1 3-1 NHD溶劑對H2S, CO2的本生系數(shù)厘米3/厘米3.表 1-3-1溫度20 CH2S30.5CO23.4H2S/CO28.97從表中數(shù)據(jù)可見H2S與CO2的溶解度之比9由丁溶劑對H2S的選擇吸收,所 以在凈化裝置中可以獲得合格的產(chǎn)品氣,乂相應地得到高H2S

8、濃度的酸性氣,后者可以采用克勞斯裝置回收硫.1.4脫硫工藝參數(shù)的選定1.4.1工藝流程的選擇針對不同的氣源與凈化要求,可以選擇不同的凈化流程,其 H2S濃縮方式也不 一樣,以德士古煤漿氣化法生產(chǎn)的原料氣經(jīng)變換后進入脫硫, 脫碳工序的氣體主要組分是：H2S 0.86%, COS 10ppm, CO2%42.91%,要求出脫硫塔總硫 <10ppm,脫碳后凈化氣CO2%0.1%,總硫1ppm再生CO2氣量及純度應滿足尿素生產(chǎn)需 要,脫硫再生尾氣中H2S濃度25%,以便能直接進克勞斯硫回收裝置,故本 根底設(shè)計根據(jù)計算機優(yōu)化結(jié)果選擇了：“CO2予飽和吸收與濃縮H2S的流程,即對H2S和CO2的吸收

9、是在脫硫,脫碳塔中分別進行.而在脫硫塔中對H2S的 吸收液是采用來自脫碳塔底預飽和 CO2后的脫碳富液.由于使用預飽和CO2溶 液使在脫硫塔中減少了對 CO2的吸收,這一方面提升了脫硫塔底富液中 H2S的 比例,對H2S提濃有利,另一方面也降低了脫硫塔溫升,從而提升了溶液的吸 收水平.由于防止了大局部CO2在塔頂吸收所造成的塔頂處“溫度膨脹現(xiàn)象, 調(diào)整了吸收塔的溫度分布,使得塔頂處溫度和 K值較低,對于給定的吸收劑而 言,那么減少了所需的塔板數(shù).脫硫后的氣體,總硫含量為6.4ppm, CO2 44.48%進入脫碳塔進行脫碳,并進一 步脫除剩余的硫化物,進脫硫塔氣體CO2 45.99%,在脫硫塔

10、中CO2的脫除率為 7.5%,假設(shè)不用預飽和CO2溶液那么CO2脫除率22%.為使脫硫再生氣能直接進克斯斯硫回收裝置而設(shè)置濃縮塔,溶液中H2S在濃縮塔中的提濃也是利用了 NHD溶液對H2S的選擇吸收原理.此濃縮塔的溶液中 H2S /CO2比值比出脫硫塔富液中的相應比值提升了 4.6倍,使之再生尾氣中H2S 含量到達 2.5%的指標.濃縮塔塔底吹入N2氣進行汽提,使溶液中更多的CO2解吸出來利于H2S提濃, 所以在濃縮塔中存在著氣提CO2和吸收H2S的兩種物理過程.1.4.2吸收溫度H2S在NHD溶劑中的溶解度隨吸收溫度的降低而增大如圖1 3-2,所以在低溫下進行吸收過程對提升脫硫氣的凈化度和溶

11、劑的吸收水平均有利,可減少溶液循環(huán)量,這進而降低了用于泵送溶液的功率消耗, 而且也降低了從溶液中解 吸酸性組份時用于溶劑再生的能量消耗,另外低溫吸收可提升對H2S吸收的選擇性.低溫吸收的缺點是溶液的粘度大,傳質(zhì)速率下降,并且需消耗一定的冷量, 故吸收溫度的選擇可根據(jù)工藝的需要和整個工藝流程中能量的分配等而決定之. 本根底設(shè)計脫硫吸收液是利用預飽和 CO2溶液一一脫碳塔富液,經(jīng)計算機優(yōu)化 結(jié)果進脫硫塔溶液溫度取12C為宜,這樣的溫度既可滿足脫硫在較高的氣液比 500下脫硫的凈化度要求總硫10ppm,也保證了脫碳在較適宜的溶液 循環(huán)量和適宜的吸收溫度下 CO2的凈化度0.1%.1.4.3溶液的再生

12、進吸收塔的溶液貧度直接影響著氣體的最終凈化度,而溶液的貧度取決于再生效 果,在脫硫凈化度要求高的情況下,溶液再生狀況尤其重要.1再生方法NHD溶液的再生可采用多級減壓閃蒸和汽提法加熱汽提,惰性氣汽提,一 股假設(shè)凈化度要求不高,可采用多級減壓閃蒸,假設(shè)凈化度要求高須采用惰性氣汽提 或加熱汽提法.本設(shè)計脫硫凈化度要求較高,故采用加熱汽提法再生.2溶液水含量脫硫再生塔中存在一定量水對溶劑再生有利, 一方面由于水的蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸汽降 低了溶液外表酸性氣體分壓,有利于酸性氣的氣提,另一方面純?nèi)軇┑姆悬c較高, 而隨著溶液中水含量的增加溶液沸點降低, 水仍可大量蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽,而減少了 溶劑的蒸發(fā),從而降低溶劑

13、的損耗.但在一定的熱負荷下,再生塔中溶液含水多,必然使出再生塔溶液水含量增加, 由圖1-4-1知：溶液中水含量大于5%時將影響酸性氣體的吸收,因此再生 貧液中含水限制在4%以下較為適宜.根據(jù)模式數(shù)據(jù)及計算機計算結(jié)果說明進煮沸器溶液含水在5%左右為宜,這一值是通過限制再生塔頂回流冷凝液量來保證的.1.4.4H2氣的回收出脫硫塔富液先經(jīng)一級閃蒸槽,在 1.1MPa壓力下進行閃蒸,經(jīng)閃壓機加壓返回 系統(tǒng),以回收在脫硫塔中被吸收的 H2氣.經(jīng)計算可回收244Nm3/h的H2氣, 折合每小時產(chǎn)氨0.11噸,貝U每年可增產(chǎn)792噸氨.所以設(shè)置一級閃蒸氣壓縮機 回收H2氣是合理的.1.4.5二級閃蒸,濃縮塔

14、壓力確實定閃蒸壓力的變化直接影響著再生氣的濃度所以脫硫富液閃蒸壓力的選擇首先要考慮尾氣處理對再生氣濃度的要求,閃蒸壓力低對提升再生氣中H2S濃度有利. 克勞斯法硫回收流程要求再生氣 H2S濃度25%,由于濃縮塔底通過N2氣汽提, 利于CO2的解吸,所以進閃蒸槽的溶液換熱至 60C,二級閃蒸壓力為0.6MPa 時即可到達要求.濃縮塔壓力的選擇是依據(jù)在該壓力下 NHD溶劑能較完全的選擇吸收H2S而溶解 盡量少的CO2,以便提升塔底溶液中H2S/CO2之比,到達濃縮H2S的目的, 并使塔頂氣體符合排放標準.本設(shè)計經(jīng)計算機優(yōu)化結(jié)果選擇如下工藝條件可使再生,濃縮工藝指標均到達要 求：進二級閃蒸槽溶液溫度

15、60C,閃蒸壓力0.6MPa絕濃縮塔頂溶液量95T/h, 塔頂進液溫度12C,塔操作壓力0.6MPa 絕,塔底通入N2氣汽提.這時出 濃縮塔氣體總硫為4.4kg/h H2S計,可直接排放,塔底溶液經(jīng)再生塔再生后, 再生氣H2S濃度25%,可送往克勞斯硫回收裝置.由于二級閃蒸槽和提濃塔可采用相同的操作壓力故閃蒸氣可直接進入濃縮塔,而 省去了壓縮機.1.4.6溶劑的損耗與回收1、NHD溶劑蒸汽壓低,在25C時為0.0007mmHg,由丁溶劑的蒸汽壓脫硫系統(tǒng) 各工藝氣流火帶NHD溶劑量如下表：損耗量工藝氣流每小時公斤每噸NH3公斤脫硫氣9.8 X 10-30.24X 10-3出濃縮塔氣1.4X 10

16、-30.034X 10-3閃蒸氣0.5 X 10-30.012X 10-3再生氣0.1984.752X 10-3合計0.2105.038X 10-3從表中數(shù)據(jù)可見,由丁溶劑的蒸汽壓而造成的溶劑損失很少, 因此流程中不設(shè)置 洗滌回收溶劑裝置.2、由丁 NHD溶劑價格較貴,所以要盡量減少溶劑的機械損耗,主要舉措有：(1) 采用高效除霧器,在各塔頂及氣體別離器均設(shè)有不銹鋼絲網(wǎng)除沫器.(2) 泵采用單端面機械密封.(3) 系統(tǒng)要嚴格限制跑、冒、滴、漏,并對可能發(fā)生滴漏處均要考慮回收舉措.1.4.7腐蝕問題及材料選擇NHD溶劑本身無腐蝕性,所以整個裝置可以用碳鋼制造,但考慮到氣體中存在 著H2S、CO2

17、和水蒸汽這些氣體對設(shè)備有一定的腐蝕作用,所以在脫硫系統(tǒng)中 對丁那些接觸酸性氣濃度較高和濕熱氣體的局部,設(shè)備及填料采用不銹鋼填料, 或可采用聚丙烯材質(zhì)材料.具體地說,再生塔上段筒體采用碳鋼襯不銹鋼材料,再生塔填料,各塔的內(nèi)件, 貧富液換熱器中的個別部位,再生氣冷凝冷卻器的列管,再生塔至冷凝器的氣體 管路采用不銹鋼,其它設(shè)備及管道均采用碳鋼制造.脫硫塔、濃縮塔填料經(jīng)運行試驗合格前方可建議采用聚丙烯環(huán).其它材料：泵的材料：脫硫再生泵,液下泵用不銹鋼余者碳鋼.密封墊,填料函材料可用中 壓石棉橡膠板,聚回氟乙烯、硅橡膠、膨脹石墨.NHD溶劑為一般漆類的強溶劑,故設(shè)備及管道內(nèi)不涂防腐涂料.1.5脫碳工藝參

18、數(shù)的選定1.5.1脫碳流程的選擇：鑒于聚乙二醇二甲酰脫除 CO2是個典型的物理吸收過程,從1965年至今二十多 年來,世界上幾十個工業(yè)裝置都采用吸收一閃蒸一氣提的溶液循環(huán)過程,其中閃蒸操作可分為幾級,逐級減壓,高壓閃蒸氣中含有較多的氫氣等有用的氣體,一股讓它返回系統(tǒng)予以回收,或做燃料用,低壓閃蒸氣含CO2可到達98%以上,常用之于尿素生產(chǎn).本設(shè)計中脫碳塔分為兩段.經(jīng)閃蒸、氣提等手段再生的溶液充作半貧液進入脫碳 塔中部,用以吸收進口氣體中大局部 CO2.進入脫碳塔頂?shù)呢氁簛碜詿嵩偕? 由于這局部溶液的再生更徹底,溫度也較低-5C,因此降低了塔頂CO2的 平衡分壓,保證了凈化氣中CO2含量小于0

19、.1%的指標.1.5.2用氮氣作氣提劑：本設(shè)計采用氮氣作為氣提氣,因此,解決了溶液中硫化物的氧化析硫問題,改善 了整個系統(tǒng)的可操作性,更是脫硫塔以預飽和 CO2的溶液作貧液這種先進工藝 的采用的先決條件.1.5.3塔型的選擇：NHD溶劑吸收二氧化碳的傳質(zhì)速度較慢,而且低溫操作下的溶劑粘度大,流動 性差.所以需要較大的氣液傳質(zhì)界面.因此,我們選用了操作彈性較大的填料塔. 在國外已經(jīng)運轉(zhuǎn)的聚乙二醇二甲酰氣體凈化工業(yè)裝置,也多采用填料塔.關(guān)于填料,可以根據(jù)開展情況,考慮選用 4 50X 25碳鋼階梯環(huán),也可使用 4 50X 25玻纖增強聚丙烯階梯環(huán),但必須有低溫長期使用的經(jīng)驗前方可使用.1.5.4脫

20、碳溫度：在吸收壓力及進脫碳塔氣的CO2濃度為定值時,二氧化碳在聚乙二醇二甲酰中 的平衡溶解度隨溫度降低而升高.見圖 1 5-1.所以,降低脫碳溫度,有利丁加大吸收水平,減少溶液循環(huán)量和輸送功率,也有 利丁提升凈化度.更由丁溶劑蒸汽壓隨溫度降低而降低,可使系統(tǒng)的溶劑損耗減 少,但低溫下的溶劑粘度大,傳質(zhì)慢,增加了填料層高度和冷量損失.據(jù)計算,脫碳負荷,填料層高度,吸收壓力等條件均相同時,脫碳貧液溫度為-1C 時,凈化度為0.06%,貧液溫度降低到-5,凈化度可達0.02%.1.5.5填料高度的影響：脫碳塔和氣提塔是通過填料層來到達別離效果的.很活楚,填料層越高,別離效果越好.現(xiàn)以本設(shè)計的氣提塔為

21、例,液相中 CO2含量隨塔板數(shù)的增加而減少, 給出一個量的概念.由此確定,脫碳塔選用12塊理論板,汽提塔選用10塊理論板.實際填料高度脫 碳塔上塔一層7米高,下塔四層28米高,氣提塔共四層28米高.表 1 5 1理論板數(shù)02468液相CO2摩爾分率6.4X 10-24.3X 10-34.4 X 10-44.7X 10-55.1 X 10-61.5.6氨冷器的位置脫碳操作溫度低丁常溫,所以需要冷凍舉措.我們選用液氨為冷源,其蒸發(fā)溫度 為-15C.根據(jù)國外同類型運轉(zhuǎn)工廠的經(jīng)驗, 氨冷器的位置有兩種,一種冷卻貧液,一種是 冷卻富液.兩種方法各有千秋.用氨冷器冷卻貧液的有美國奧馬哈氨廠, 西德的 一些

22、工廠以及TVA的有關(guān)報價材料.它的優(yōu)點是,限制進脫碳塔貧液溫度比擬 直接,經(jīng)冷卻后的低溫管道較短,其它設(shè)備操作溫度均稍高,這樣有利丁氣提過 程及減少冷量損失.缺點是傳熱溫差小,溶劑損耗大.另一種冷卻富液,即冷卻 剛出脫碳塔的富液.采用這種氨冷器位置的有加拿大希爾哥頓公司氨廠,加拿大 工業(yè)公司氨廠等.它的優(yōu)點是傳熱溫差大,有利丁減少傳熱面積.由于整個脫碳系統(tǒng)中,富液溫度最高整個脫碳系統(tǒng)操作溫度都較低,溶劑損耗少.然而帶 來的缺點是不利丁解吸過程,低溫管道設(shè)備多,冷量損失就大.本設(shè)計脫碳系統(tǒng)的半貧液冷卻采用第二種位置,貧液是由熱再生塔來,經(jīng)溶液換熱后再用氨冷卻,屆丁第一種位置.1.5.7脫碳塔氣液

23、比確實定：1、氣液比對凈化度的影響.在其它工藝條件不變時二氧化碳凈化度隨著氣液比的增大而降低. 下表中模式數(shù) 據(jù)顯示了這種影響.從該表中看到,在吸收再生條件均相近的情況下,吸收塔氣 液比越小,凈化度越高.吸收壓力均在 2.52.8MPa,吸收溫度均在2634C , 氣提空氣/溶劑在18.223.6表 1 52序號氣液比 1溶劑吸收CO2能力m3標/m3CO2 mol%進塔氣凈化氣143.211.025.60.1249.812.926.20.4354.014.226.00.4462.016.227.21.4下面我們再看三組計算數(shù)據(jù).下表的 A、B列為某工藝條件下,氣液比由80.7 減少到78.9

24、%,凈化氣中CO2含量即由0.020%減少到0.016%.下表中的C、D、 E三列為另一工藝條件下,CO2凈化度隨氣液比降低而升高的情況,下表中 F、 G、H三列為某一工藝條件下,CO2凈化度,脫碳水平與氣液比之間的數(shù)量關(guān)系.2、假設(shè)要保證一定的CO2凈化度,貝U氣液比提升所產(chǎn)生的不利影響,需通過提升 填料層高度來彌補.下表列出了在某工藝條件下,將CO2由進口的41.73%脫到0.5%的比照數(shù)據(jù).表 153序號ABCDEFGH氣液比80.778.984.273.769.266.063.561.9脫碳水平m3標/m344.734.429.929.226.825.2凈化度CO2%0.0200.01

25、60.7130.0860.0530.0200.0170.015表 154丁與溶液循環(huán)量m3/h塔底飲和度%填料高度mA72.060.017.9B62.072.328.0上表說明,溶液循環(huán)量減少了 100m3/h,填料高度增加10.1米,凈化度效果相同. 本設(shè)計脫碳氣液比106,此時溶液脫碳水平為47,脫碳塔底CO2飽和度為58.7%, 氣體出 口 CO2<0.1%.1.5.8水力透平的設(shè)置：本設(shè)計中,脫碳吸收水平為3.24MPa,而高壓閃蒸壓力為1.1MPa,這兩者之間, 可利用的壓差達2.03MPa,而且脫碳溶液循環(huán)量有1260米3/小時,因此設(shè)置水 力透平可以回收大量的能量,計算回收

26、功率 612kW,每年可節(jié)電440萬度.1.5.9閃蒸壓力確實定1、高壓閃蒸：高壓閃蒸氣含有局部氫氣,因而需要返回脫硫塔進口,到達回收目的,高壓閃蒸 的壓力與高壓閃蒸氣的數(shù)量,成份密切相關(guān),同時還影響到低壓閃蒸氣的流量和 質(zhì)量,假設(shè)減低高壓閃蒸壓力,那么其優(yōu)點是回收氫氣較多,也有利丁低壓閃蒸氣 中CO2純度的提升.同時帶來以下缺點：高壓閃蒸氣壓縮功耗大,增加脫硫塔 負荷,因此需增大脫硫塔塔徑和溶液循環(huán)量.假設(shè)提升高壓閃蒸壓力,那么上述優(yōu)缺 點返之,下面請看某工藝條件下,高壓閃蒸壓力由800Kpa下降到750Kpa所引起的變化.表 155其它工況閃蒸壓力800KPa閃蒸750KPa閃蒸比擬|%高

27、壓閃蒸總量Kmol/h41.93 _|55.73f 32.9氣H2 量 Kmol/h9.599.90f 3.1H2濃度mol%22.8817.76J 22.4CO2 濃度 mol%76.4881.72f 6.4H2回收率87.991.1f 3.7閃蒸氣壓縮機電耗kW41.4059.10f 42.8本設(shè)計的高壓閃蒸壓力定為1.1MPa,高壓閃蒸氣含氫氣16.3%,每小時回收氫 氣達940標米3.2、低壓閃蒸：本設(shè)計的低壓閃蒸壓力定為150Kpa,低壓閃蒸氣流量為40000m3 標/h,含CO299.6%.在確定低壓閃蒸壓力時,我們主要考慮尿素生產(chǎn)所需CO2的純度和數(shù)量,下表列出低壓閃蒸壓力由20

28、0Kpa降至108Kpa時,對低壓閃蒸氣的影響.表 1 56閃蒸壓力200KPa180KPa比擬低壓閃蒸氣閃蒸閃蒸%總量 Kmol/h371390f 5.2CO2 量 Kmol/h369388f 5.2CO2 濃度 mol%99.4999.50f 0.01溶劑的再生和貧度進脫碳塔貧液的貧度越高,塔頂?shù)奈胀苿恿υ酱?凈化度越高.下表顯示了這 種影響.表 15 7序 號AB貧液CO2濃度ppm9.434.7凈化度CO2mol%0.0170.020本設(shè)計采用氮氣氣提比用空氣氣提脫除溶劑中 CO2效果更好.氣提塔的氣液比 為20.3.接近常用的20.但我們這里氣提再生的是半貧液,另有加熱再生的貧 液

29、,所以貧液的貧度是足夠低的了.配以適當?shù)拿撎妓?氣提塔填料高度,可以 滿足凈化氣CO2含量小丁 0.1%的要求.溶劑含水量NHD溶劑具有很強的吸收水蒸汽的水平,實際運轉(zhuǎn)時,由丁原料氣帶水分,溶液中始終保持一定的含水量,據(jù)含水溶劑的 CO2溶解度測定和工業(yè)裝置的實際 運轉(zhuǎn)證實,含水量小丁 5% 重量的NHD溶液溶解CO2的水平幾乎不變.在 本設(shè)計中,水的來源只有一個,從原料氣中帶來,但原料氣別離器能排出冷凝水, 能將系統(tǒng)中的水分排除.經(jīng)衡算,溶劑含水量可以得到限制,系統(tǒng)水平衡問題可 以解決.溶劑損耗：如前所述,NHD溶劑的飽和蒸汽很低,氣相中帶走的溶劑損耗極少.因此,不 設(shè)溶劑洗滌回收裝置.腐蝕

30、及材料選擇：NHD溶劑本身無腐蝕性,并能在有些原來的腐蝕的脫碳系統(tǒng)內(nèi)抑制腐蝕,這是 由于NHD溶劑吸收了水分,減輕了 CO2和H2O的結(jié)合對碳鋼的腐蝕.但在高溫和有二氧化碳和水蒸汽存在的情況下, 對設(shè)備有一定的腐蝕作用.因此, 脫碳系統(tǒng)的大局部設(shè)備一一脫碳塔、 氣提塔,兩個閃蒸槽等都可用碳鋼制作,僅 局部內(nèi)件,如除沫器,液體分布器,填料支承及壓板等,采用不銹鋼材料.管道間墊片可用石棉,機械密封材料可選用硅橡膠,聚丙烯和聚四氟乙烯,一般 的高分子材料慎用.NHD溶劑是油漆的溶劑,管道和設(shè)備內(nèi)外表不能使用涂料,偶爾接觸NHD溶劑 的設(shè)備防腐涂層可用環(huán)氧樹脂漆.第二章工藝過程設(shè)計2.1工藝說明2.1

31、.1設(shè)計依據(jù)1、根據(jù)國家計委、國家科委及國產(chǎn)化辦公室頒發(fā)的“七五重點科技專題,引 進技術(shù)消化吸收一條龍方案,采用 NHD凈化工藝,解決德士古煤漿氣化技術(shù)的 酸性氣脫除,NHD凈化技術(shù)合同編號75-7-6.2、NHD脫硫脫碳根底設(shè)計是根據(jù)一九九.年八月,由南化公司研究院與化工部第一設(shè)計院簽定的國產(chǎn)化一條龍子項合同?引進技術(shù)消化吸收一條龍子項 7-6, 30萬噸/年氨廠,NHD脫硫脫碳根底設(shè)計?及九.年十月南化研究院第029號便 函.合同確定90年12月底完成.2.1.2技術(shù)來源：1、本世紀六十年代中期,美國的阿利德化學公司首先開發(fā)出聚乙二醇二甲?；瘜W名稱縮寫為DMPEG是一種用于吸收別離H2S、

32、CO2、水分及其他氣體的優(yōu) 秀的有機溶劑,具有能耗低,凈化度高,無蠹無腐蝕的特點,已經(jīng)廣泛用于煤氣, 合成氨、甲醇、天然氣等工業(yè)規(guī)模的脫除 CO2、H2S、H2O的凈化工藝,命名 為眾所周知的Selexol工藝.具有典型意義的代表有：希爾哥頓礦物公司三十萬 噸合成氨裝置加天然氣為原料的脫CO3工藝,TVA煤氣化合成氨裝置美 四萬噸脫硫脫碳工藝.塞勒克索爾Selexol法與勒克梯爾Rectisol法的比擬表項 目勒克梯索爾法塞勒克索爾法日本宇部興產(chǎn)公司提出的比擬相當 600t/dNH31根底條件：原料氣量,標米3/時十基8155281552組成：體積H263.2763.27CO1.001.00C

33、O235.0735.07H2S0.240.24COS00N20.140.14Ar0.070.07CH40.190.19壓力,公斤/厘米2 表7575溫度,C4040凈化氣要求：CO20.1體%0.1體%H2S<1ppm<1ppm酸性氣中H2S含量約25 體%約25 體%排出廢氣中H2S含量<25ppm<25ppm(2) 技術(shù)特性：溶劑甲醇聚乙二醇二甲酰吸收原理物理吸收物理吸收操作溫度(吸收塔頂),-57H2S吸收17CCO2吸收-1溶液循環(huán)量,米3/時約100約370溶劑消耗,公斤/時170.76排出廢氣中甲醇215ppm溶劑平安性有蠹,易燃無蠹,不燃溶劑價格1.14美

34、元/磅專利公司林德/魯奇聯(lián)合化學專利費用約44.0770美元約30.8000美元3設(shè)備投資費用100%100%不包括一次裝入溶劑包括一次裝入溶劑費用費用4消耗指標：蒸汽：10公斤/厘米2 表0.65噸/時7.0噸/時5公斤/厘米2 表4.0噸/時電,千瓦小時/時16801730氮氣,標米3/時45008190冷卻水,米3/時38460英國福斯特惠勒公司提出的比擬溶劑循環(huán)量,噸/時87350吸收溫度,C-380蒸汽用量：10公斤/厘米2 表0.5噸/時3噸/時5公斤/厘米2 表3.6噸/時2、2脫硫脫碳方案比擬2、2、1工藝技術(shù)由于變換氣中含有較高的CO2,氣體壓力為3.5MPa,因此二氧化碳的

35、分壓也較 大,同時變換氣量乂大,用傳統(tǒng)的化學方法脫除,溶液循環(huán)量非常大,能耗較高, 溶液泵的揚量太大也難選到,因此只有從物理吸收范圍內(nèi)選擇濕法凈化工藝才是 現(xiàn)實.用于H2S、CO2酸性氣脫除的物理吸收方法很多,目前在工業(yè)上應用廣泛,技 術(shù)先進,投資省,能耗低的方法如下：-低溫甲醇洗Rectisol法-常溫甲醇洗Amisol法-MDEA法物理一化學吸收-Selexol法國外常用-NHD法國內(nèi)新開發(fā)-碳酸丙烯酯法常溫甲醇洗對H2S、CO2不能選擇吸收,而且甲醇消耗大,能耗較高,大型廠 也沒有使用經(jīng)驗,因此不宜采用.碳丙PC,用于脫硫尚缺少大廠實踐經(jīng)驗,用于脫 CO始于六十年代美國弗 絡(luò)系Fcour

36、公司,但在國內(nèi)不少氨廠中使用經(jīng)驗說明,其凈化度差,溶劑揮 發(fā)損失較大,國內(nèi)不少氨廠已轉(zhuǎn)向其他凈化方法,新建廠已很少采用.MDEA和Selexol,均屆國外技術(shù),如使用須付給國外技術(shù)使用費和軟件費.與低溫甲醇法方法相比,均為國外引進技術(shù),NHD為國內(nèi)自行開發(fā)的技術(shù),在工程設(shè)計中應優(yōu)先考慮自有技術(shù).經(jīng)過初步分析后可確定暫在低溫甲醇法和 NHD兩種方法相比擬選定.a低溫甲醇洗乂稱冷法凈化工藝,是利用甲醇溶液在 -60C低溫下洗滌變換 氣,溶解別離混合氣中的 CO2、H2S和COS等雜質(zhì).低溫下甲醇對 CO2、H2S 和COS溶解度較大,因此循環(huán)溶液量小,耗電較少.其最主要的優(yōu)點是凈化度高,脫COS水

37、平強,一般的凈化度可到達總 SV0.1ppm、CO2 10ppm.同時分 離出足夠尿素生產(chǎn)使用的CO2純度達98.5%,它與液氮洗-190C深冷操作 配套,均在低溫下操作,減少低溫復熱的過程,使流程簡化、設(shè)備減少.該法的缺乏之處是低溫操作-60C,因此需要補充-40 C以下的低溫冷量較大, 此局部冷量折能耗較大,且甲醇溶劑蒸汽壓高,揮發(fā)損失較大,因此,尤其是在 甲醇再生蒸僻過程中蒸汽消耗較大. 所以此法的冷、熱能量消耗較高.低溫甲醇 洗法是在低溫條件下操作,設(shè)備及配管、儀表、閥門材質(zhì)要求高,不但造價高, 而且國內(nèi)不易解決,需要引進的范圍大.該法工藝技術(shù)屆國外工程公司專利技術(shù), 盡管國內(nèi)已引進投

38、產(chǎn)四套75巴和35巴壓力低溫甲醇洗裝置,有的國內(nèi)工程 公司也從事了一些配套工作,但真正設(shè)計這樣大型裝置還是要引進技術(shù),因此技術(shù)費、引進設(shè)備費要高于國內(nèi)的技術(shù)和設(shè)備.另外甲醇本身有蠹,揮發(fā)損失大, 對人和環(huán)境均有污染.bNHD凈化工藝此工藝是國內(nèi)八十年代以后開發(fā)成功的新技術(shù),具有九十年代的水平,該工藝在常溫-510C條件下操作,設(shè)備材質(zhì)大局部為碳鋼,國內(nèi)可以解決,價格也 廉價.NHD工展出1,在P=3.5MPa壓力下,溶液對H2S、COS、CO2選擇吸收水平強, 溶液循環(huán)量不大,能耗較低.H2S/CO2選擇吸收性能強,H2S酸性氣提濃縮效 果好,再生氣提濃后可直接去克勞斯硫回收或 Clinsul

39、f硫回收,裝置回收硫 磺.NHD溶劑物化性能穩(wěn)定,蒸氣壓低,揮發(fā)損失小,無氣味、無蠹、不腐蝕、 不分解.該工藝能耗低、消耗低、本錢低.NHD工藝技術(shù)是國內(nèi)南京化工研究院開發(fā),化工部第一設(shè)計院已在魯南化肥廠 皿期工程凈化系統(tǒng)成功的設(shè)計了一套年產(chǎn) 810萬噸氨裝置,現(xiàn)已投產(chǎn)三年多, 運行十分穩(wěn)定.在此根底上還可以進一步優(yōu)化設(shè)計,降低能耗,節(jié)省投資.從后 面的技術(shù)比擬可以活楚看出本技術(shù)的優(yōu)越性.c 低溫甲醇洗與NHD都是先脫硫后脫碳,脫硫后的溶劑采用熱再生,脫CO2 后的溶劑均采用汽提,因此二者流程是相似的,低溫甲醇洗脫硫與脫碳是用同一 個高的吸收塔分為兩段,上段脫二氧化碳,下段脫硫,上塔吸收CO2

40、的溶劑一 局部去下塔繼續(xù)吸收H2S, NHD目前的流程是脫S和脫CO2溶劑分開各自成立 系統(tǒng)循環(huán),但低溫甲醇洗額外增加一個甲醇一水蒸僻塔. 低溫甲醇洗吸收溫度是 -60C, NHD脫CO2吸收溫度-5C,脫硫溫度在24 C ,因此流程中換熱局部低 漸甲醇洗比NHD要復雜得多,總的來說 NHD流程比低溫甲醇洗流程簡單,同 時,值得注意的是工廠內(nèi)如果沒有空分裝置, 那么低溫甲醇洗的氣提用氮氣將無法 解決,而相反NHD可以用空氣作氣提劑.2、2、2操作壓力的比擬(a)低溫甲醇洗脫硫脫碳由丁低溫甲醇作為物理吸收,不同壓力對操作費影響較大,見下表： 各種費用和單價列表表2項 目單位馬克折合人民幣國內(nèi)單價

41、電kWh0.030.16670.23蒸汽t633.3235冷卻水m30.030.16670.07氣提氮氣0.0030.01667甲醇0.52.7772.500冷量-40 CkW0.029280.1626-38 CkW0.0282240.15674-5CkW0.0118650.0659操作費用是依據(jù)丁 100000m3 (標)/h的原料氣流量,同時對丁不同壓力下的投資根據(jù)林德公司介紹在56bar左右為最少.(b)NHD脫硫脫碳對丁不同壓力下的操作參數(shù)；從以下表看出對工藝技術(shù)的經(jīng)濟性影響很大,通過最優(yōu)化計算的結(jié)果如下：表3參數(shù)值相對費用投資操作費用治理費用合計1.72MPa(17.5ata)1.271.071.16