淺談低溫甲醇洗和NHD工藝技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

1、 40 化 工 技 術(shù) 與 開 發(fā) 表9 第 36 卷 洞氮廠 3 種凈化方法消耗指標(biāo)比較 Selexol 60 21 45 59 0 85 ( 0 59 M Pa 684 0 126 (1 5 4 0 低溫甲醇洗 29 60 15 50 0 058( 1 3 M Pa 0 306( 0 9 M Pa 280 0 358( - 40 0 134( + 5 2 7 NHD 43 41 12 00 0 39 ( 0 35 M Pa 578 0 137 ( - 15 4 6 /元 N HD 14 67 0 74 115 0 93 129 67 0 91 綜上所述, 相對其它凈化方法而言 , 低溫甲醇

2、洗 與改良 NHD 2 種凈化方法的凈化度高, 能耗較低 , 操作費用也偏低 , 都是合成氣凈化可供選擇的好方 法。不過 2 種方法各有特色, 在選擇時必須根據(jù)整 體工藝流程、 各配合單元裝置情況、 對合成氣凈化的 要求以及項目建設(shè)的經(jīng)濟實力 等諸多因素綜 合考 慮。低溫甲醇洗必須低溫運行 , 即使只脫硫也要在 - 20 以下的溫度下操作, 工藝過程中制冷和冷量 回收裝置不可缺少 , 致使工藝流程復(fù)雜, 設(shè)備較多 , 其投資自然要高。其次我國現(xiàn)有的低溫甲醇洗法都 是引進的 , 即使最近上海焦化廠甲醇項目擴建 , 重復(fù) 使用 L inde 公司的低溫甲醇洗技術(shù)仍要付專利使用 費, 這部分費用是很

3、可觀的。當(dāng)然 , 我國對低溫甲醇 洗法也進行了多年的消化吸收工作 , 也有我國自己 的專利, 但這些專利都是針對脫 CO 2 進行的一些改 進, 其工業(yè)應(yīng)用多為原有裝置改造。迄今只有德州 化肥廠的合成氨裝置屬新建的脫硫脫碳裝置, 目前 已成功開車 , 它是否會發(fā)生知識產(chǎn)權(quán)紛爭尚不得而 知?？傊? 采用低溫甲醇洗技術(shù)在知識產(chǎn)權(quán)方面是 要承擔(dān)一定風(fēng)險的, 尤其是在脫硫方面。再有 , 低溫 甲醇對 H 2 S 和 CO2 的吸收選擇性相對改良 NHD 溶 劑來講要差些, 所以對于甲醇項目只要求脫除合成 氣中的硫化物 , 盡可能保存其中的 CO 2 而言 , 低溫 甲醇溶劑就不如改良 NHD。此外 ,

4、 合成甲醇裝置無 低溫操作單元, 如采用低溫甲醇洗工藝必須為它專 設(shè)制冷系統(tǒng), 這樣一來其能耗必然增加 , 操作費用不 會低很多, 經(jīng)濟上也不一定會更合理。鑒于上述原 因, 對甲醇項目中的合成氣脫硫凈化, 我們推薦改良 NHD 法, 該法具有自主知識產(chǎn)權(quán) , 技術(shù)成熟可靠, 投 資省 , 技術(shù)使用費低 , 完全能滿足甲醇生產(chǎn)要求。 洞庭氮肥廠煤代油改造工程 360 kt!a- 1 合成氨 裝置 , 采用謝爾粉煤氣化技術(shù) , 配套耐硫、 一氧化碳 變換流程。因其變換氣中 CO2 分壓高 , 氣體凈化脫 硫脫碳宜采用物理吸收方法, 目前國內(nèi)外比較先進 的物 理 吸 收 方法 有 Selexol 法

5、、 低溫甲醇洗法和 NHD 法, 前二者為國外技術(shù), 后者為國內(nèi)新開發(fā)的 技術(shù)。根據(jù)對整個改造工程具體情況的比較和分析 ( 見表 9 和表 10 8 , 該廠決定采用低溫甲醇洗法。 這樣選擇的主要原因一是總費 用低溫甲醇洗 法比 NHD 法稍低, 二是 NHD 法當(dāng)時尚沒有同等工況下 工業(yè)運用的經(jīng)驗 , 有一定的風(fēng)險性。 t 氨消耗 電 / kWh 3 循環(huán) 水/ m 蒸汽 / t 氣提耗 N 2/ t 冷凍量 / GJ 溶劑消耗 / 元 表 10 洞氮廠 3 種凈化方法 經(jīng)濟指標(biāo)比較 項目 t 氨投資費 投資相對比 t 氨操作費 操作費相對比 t 氨總費用 總費用相對比 Selexo l 1

6、9 91 1 123 1 142 91 1 低溫 甲醇洗 17 13 0 86 97 0 79 114 13 0 80 2 工藝設(shè)計和生產(chǎn)控制的主要因素 Selexol 工藝設(shè)計和生產(chǎn)控制需要 考慮的主要 因素有: 壓力、 溫度、 流量和 Selexol 溶液的組成等。 如 : 吸收塔頂溫度及進塔頂?shù)呢氁毫髁? 對于保證凈 化氣質(zhì)量起決定性作用?？刂崎W蒸罐的壓力可以保 持去克勞斯硫磺回收裝置酸性氣的適當(dāng)濃度。汽提 塔頂溫度是控制汽提塔運轉(zhuǎn)狀態(tài)及蒸汽消耗的主要 因素。圖 1 5 表示的參數(shù)關(guān)系可供設(shè)計及生產(chǎn)控 制參考。 ( 1 溶液吸收酸 性氣體的負荷與其分壓成比 例 , 如圖 1 所示。因此

7、, 凈化前將氣體加壓是比較經(jīng) 濟的。 40 &F= 4 44 1 psia= 6 895 kPa 圖1 英尺 3= 0 0283168 m 3 1 加侖 = 4 54609 dm 3 溶劑負荷與壓力的關(guān)系 第4期 秦旭東等: 淺談低溫甲醇洗和 NHD 工藝技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比 41 ( 2 溶劑負荷與溫度的關(guān)系如圖 2 所示。由于 大部分氣體在液體中的溶解度與溫度成反比, 故應(yīng) 在經(jīng)濟允許的低溫下操作, 并對全裝置的溫度進行 嚴格控制。 劑 - 1 時, 凈化氣中 H 2 S 含量穩(wěn)定在 5 g !g - 1 以下, CO2 含量在 6% 以上。 溫度 : 48 89 , 總壓 7 03

8、M Pa, 脫除 率 99% 40&F = 4 44 1 psia= 6 895 kPa 圖2 1 英尺 3 = 0 0283168 m 3 1 加 侖 = 4 54609 dm 3 溶劑負荷與溫度的關(guān)系 圖4 酸性氣體為 H 2S, 25 塊實際塔盤 1000 加侖 / 分 = 7 57682 # 10 2 m 3!s1 酸性氣體濃度與溶劑待循環(huán)量的關(guān)系 ( 3 吸收塔填料高度或塔板數(shù)對溶劑負荷也有 影響, 見圖 3。確定填料高度時要將設(shè)備投 資與操 作費用進行綜合平衡才能達到經(jīng)濟合理。 中試數(shù)據(jù) : 壓力 35 M Pa( 表 原料氣 : H 2S 25% , CO2 10% 圖5

9、 溶劑酸性氣體負荷與凈化度的關(guān)系 40&F= 4 44 圖3 1 英尺 3= 0 0283168 m 3 1 加侖 = 4 54609 dm 3 3 其他 Selexol 富液中的 大量酸性氣可通過閃蒸而析 3 1 溶劑再生方案 出 , 特別是在脫除 CO2 時 , 常常僅需閃蒸即可完成 溶劑的再生, 凈化氣可達到所要求的凈化指標(biāo)。但 在脫除 H 2 S 時, 單靠閃蒸是不可能使凈化氣達到管 輸指標(biāo)的 , 必須加以氣提。在 Selex ol 法的發(fā)展中, 曾有過如下方案: ( 1 空氣氣提。最初設(shè)想是將含 H 2 S 的空氣與 閃蒸氣合并進入克勞斯硫磺回收裝置, 但在實際操 作中有元素

10、硫生成 , 懸浮于溶液中, 給操作帶來困難 而放棄該再生方案。 溶劑負荷與填料高度的關(guān)系 ( 4 溶劑循環(huán)量是決定動力費用的重要因素。 圖 4 是酸性氣體濃度與 Selexol 和 MEA( 單乙醇胺 溶劑循環(huán)量的關(guān)系。曲線表明當(dāng)酸性氣體濃度大幅 度變化時, 物理溶劑 Selex ol 的適應(yīng)力強, 循環(huán)量變 化小 , 而化學(xué)溶劑則必須成比例加大循環(huán)量, 增加動 力消耗。 圖 5 是壓力為 3 5 M Pa( 表 下的中間試 驗結(jié) 果。在原料氣含 H 2 S 25% 、 CO 2 10% 的情況下 , 溶 劑的 酸性 氣體負 荷維持 在 75 m 酸性 氣 ! ( m 溶 3 3 42 化 工

11、 技 術(shù) 與 開 發(fā) 第 36 卷 ( 2 凈化氣氣提。此方案可免除元素硫生成 , 但氣提中含大量 H 2 S, 尚需進一步處理。 ( 3 水蒸汽汽提。由于水蒸汽可以冷凝 , 所以 氣提塔排出的氣提氣經(jīng)冷凝后可送克勞斯硫磺回收 裝置 , 但此方案能量消耗較大 , 同時貧液中的水含量 一般約為 2% 4% , 因此裝置兼有脫水任務(wù)時 , 吸 收塔需在低溫下操作。 ( 4 真空閃蒸。在脫 CO 2 的 M itchell 裝置比較 了最終再生段的各種方案 , 認為真空閃蒸比較經(jīng)濟 , 在絕壓 0 05 M Pa 下, 所得貧液完全合格 , 此方案在 脫除 CO2 裝置中應(yīng)用是合適的。 3 2 腐蝕

12、 Selexol 溶劑在中等溫度下 , 對普通碳鋼的腐蝕 是不嚴重的 , 在脫除 CO2 裝置里溶劑通過閃蒸再生 時, 整個裝置完全可以用碳鋼制作。對于脫除 H 2 S 為主的裝置, 蒸汽汽提系統(tǒng)溫度較高, 氣提塔的某些 敏感區(qū)需要用不銹鋼制作。 3 3 溶劑發(fā)泡問題 德國的 NEAG 及美國的 Pikes Peak 裝置應(yīng) 氣 , 在裝置設(shè)計中采取了 2 個主要措施: ( 1 富液在吸收塔底或緩沖罐內(nèi)停留時間不少 于 2 3 min, 以使夾帶的氣體逸出。 ( 2 閃蒸汽應(yīng)當(dāng)有足夠的界面 , 并使溶劑在罐 內(nèi)的停留時間不少于 3 5 m in 。 3 5 塔型 早年投產(chǎn)的 Selexol 裝

13、置 , 吸收塔及再生塔普遍 采用填料塔 , 內(nèi)裝鮑爾等高效填料, 有的從胺法轉(zhuǎn)產(chǎn) 的裝置甚至也將塔盤拆除并裝上填料。這是由于物 理吸收的吸收速度較慢 , 需要較大的氣液傳質(zhì)界面, 填料塔較為適宜。但近年來設(shè)計的 Selexol 裝置 , 也 有采用板式塔的, 例如采用浮閥塔盤。 參考文獻: 1 2 3 4 5 6 7 8 李正西 朱世勇 塞勒克索爾 ( Selex ol 氣體凈化工藝 J 化 工 環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù) M 北京 : 化學(xué)工 低溫甲醇洗工藝在中小化肥凈 化 廠設(shè)計 , 1981, ( 3 : 48 60 業(yè)出版社 , 2001 256 257 張駿馳 , 鄭明鋒 , 等 裝置中

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15、化 工 與 腐 蝕 控 制, NHD 的 開 發(fā) 應(yīng) 用 現(xiàn) 狀 J 中 上 化肥 用 Selexol 時均未出現(xiàn)過發(fā)泡問題。但當(dāng)有較多的 硫化鐵、 液態(tài)烴或壓縮機油等進入溶劑時, 發(fā)泡還是 值得注意的, 另外溶劑水含量過高也容易發(fā)泡。 3 4 烴類氣體的溶解與夾帶問題 Selexol 溶劑對烴類的溶解度隨碳數(shù)的 上升而 急劇上升 , 故不適于處理含重?zé)N較多的 濕氣 , 僅適 于處理 干氣 或 貧氣 。 即使處理 干氣 、貧氣 , 由于溶劑在低溫下粘 度較高 , 它不可避免地要溶解和夾帶一部分非酸性 氣體, 為了盡可能回收這些氣體并使之不進入酸性 Economic Target Contras

16、t of Low Temperation Methanol Scrubbing and NHD QIN X u dong 1 , LI Zheng x i 2 , S ON G Hong qiang 1 , W U X i z hang 1 ( 1. Jiang Su T ianyin Chemical Industry Co. L td. , Y ix ing 214262, China; 2. R efiner y of Jinling P etrochem Corpor atio n, Nangjing 210033, China Abstract: T he rectisol ( low t emerat ion met hanol scrubbing gas clean w as used in most of large nitrogen fertilizer factory in domestic, and t he dimet hy et her of polyet hy lene glycor ( NH D w as