90噸甲醇生產(chǎn)凈化工段的低溫甲醇洗工藝設(shè)計

1、1緒論1.1引言在國內(nèi)天然氣供應緊張和國際油價、天然氣價格連續(xù)上漲情況下，國內(nèi)許多公司將目光轉(zhuǎn)向用煤生產(chǎn)天然氣的項目，煤氣化生產(chǎn)合成氣，合成氣通過一氧化碳變換和凈化后，通過甲烷化反應生產(chǎn)天然氣的工藝在技術(shù)上是成熟的，煤氣化、一氧化碳變換和凈化是常規(guī)的煤化工技術(shù)，甲烷化是一個有相當長應用歷史的反應技術(shù)，工藝流程短，技術(shù)相對簡單，對于合成氣通過甲烷化反應生產(chǎn)甲烷這一技術(shù)和催化劑在國際上有數(shù)家公司可供選擇。對于解決國內(nèi)能源供應緊張局面的各種非常規(guī)石油和非常規(guī)天然氣技術(shù)路線進行綜合比較后判斷，煤氣化生產(chǎn)合成氣、合成氣進一步生產(chǎn)甲烷（代用天然氣）項目是一種技術(shù)上完全可行的項目，在目前國際和國內(nèi)天然氣價格

2、下，這個項目在財務上具有很好的生存能力和盈利能力。另外，作為天然氣產(chǎn)品，依賴國內(nèi)日趨完善的國家、地區(qū)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)進行分配銷售，使得天然氣產(chǎn)品的市場空間巨大。充分利用國內(nèi)的低熱值褐煤、禁采的高硫煤或地處偏遠運輸成本高的煤炭資源，就地建設(shè)煤制天然氣項目，進行煤炭轉(zhuǎn)化天然氣是一個很好的煤炭利用途徑。1.2天然氣的特性和用途天然氣系古生物遺骸長期沉積地下，經(jīng)慢慢轉(zhuǎn)化及變質(zhì)裂解而產(chǎn)生之氣態(tài)碳氫化合物，具可燃性，多在油田開采原油時伴隨而出。天然氣蘊藏在地下約30004000米之多孔隙巖層中，主要成分為甲烷，通常占85-95%；其次為乙烷、丙烷、丁烷等，比重0.65，比空氣輕，具有無色、無味、無毒之特性，

3、天然氣公司皆遵照政府規(guī)定添加臭劑，以資用戶嗅辨。在石油地質(zhì)學中，通常指油田氣和氣田氣。其組成以烴類為主，并含有非烴氣體。廣義的天然氣是指地殼中一切天然生成的氣體，包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤撐器和生物生成氣等。按天然氣在地下存在的相態(tài)可分為游離態(tài)、溶解態(tài)、吸附態(tài)和固態(tài)水合物。只有游離態(tài)的天然氣經(jīng)聚集形成天然氣藏，才可開發(fā)利用。天然氣是生產(chǎn)氨和氫氣的理想原料，由其制成的合成氣能被更有效、更清潔、更經(jīng)濟地（通過蒸汽轉(zhuǎn)化）生產(chǎn)和凈化，而用其他普通原料制成的合成氣就遜色得多。對采用合成氣制成的碳產(chǎn)品而言，如甲醇、羰基醇和費托法制成的烴，這類產(chǎn)品有個小缺點：蒸汽轉(zhuǎn)化法制成的合成氣中氫氣比例通常太低。

4、天然氣的世界儲量依然十分豐富，但在工業(yè)發(fā)達、經(jīng)濟發(fā)展更成熟的地區(qū)天然氣資源正趨于殆盡，只是最近這種趨勢更明顯。前幾年的冬天，美國天然氣價格在需求高峰期已達到高位，而今年冬天，因北海天然氣產(chǎn)量下降，造成歐洲天然氣供應緊缺。這些地區(qū)的天然氣供應將逐漸依賴于進口，從戰(zhàn)略角度考慮，這種狀況頗為不利，甚至是危險的。世界其他一些工業(yè)正迅速發(fā)展的地區(qū)至今卻無豐富的資源，一些地方甚至可能永遠也沒有天然氣。1.3中國天然氣的發(fā)展現(xiàn)狀據(jù)國土資源部統(tǒng)計，2012年全國天然氣年探明地質(zhì)儲量保持高速增長姿態(tài)，天然氣勘察新增探明地質(zhì)儲量9612.2億立方米，同比增長33%，居我國歷史最高水平。新增探明技術(shù)可采儲量5008

5、.0億立方米，同比增長36%。2012年天然氣產(chǎn)量為1067.6億立方米，同比增長5.4%，鄂爾多斯、塔里木、四川盆地仍是中國天然氣主產(chǎn)區(qū)。2012年，我國天然氣進口持續(xù)較快增長，全年累計進口天然氣2933.1萬噸（約合407.7億立方米），同比增長29.9%，進口貿(mào)易額161.8億美元，同比增長55.3%。2012年國內(nèi)天然氣表觀消費量1445.7億立方米，同比增長12.8%。 2013年全國天然氣產(chǎn)量創(chuàng)下歷史新高水平。數(shù)據(jù)顯示，全年天然氣產(chǎn)量1209億立方米，其中常規(guī)天然氣產(chǎn)量1177億立方米，凈增105億方立方米，同比增長9.8%，連續(xù)3年保持1000億立方米以上；煤層氣和頁巖氣分別超過

6、30億立方米和2億立方米。2014年11月4日，中國國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布了關(guān)于印發(fā)國家應對氣候變化規(guī)劃（20142020年）的通知，要求到2020年，控制溫室氣體排放行動目標要全面完成，要求單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放要比2005年下降4045，中國天然氣消費量在一次能源消費中的比重將達到10以上，利用量將達到3600億立方米。這意味著，在未來中國能源消費結(jié)構(gòu)中，天然氣的黃金時代正在來臨。1.4煤氣化制合成氣作為合成氣的原料，煤由于呈固態(tài)不能采用蒸汽轉(zhuǎn)化加以處理，所以不能將煤輸送到蒸汽轉(zhuǎn)化工藝所必需的固態(tài)催化劑中。不過，即使能夠輸送，煤所含雜質(zhì)的類型和數(shù)量會迅速使蒸汽轉(zhuǎn)化用的催化劑及下游其

7、他對毒物敏感的催化劑失活。采用比輕石腦油重的液態(tài)烴，情況也是如此。解決辦法是利用氣化法，或部分氧化，煤與適量氧氣或富含氧的空氣以及蒸汽燃燒，以便與CO或在不完全燃燒中所生成的氣態(tài)烴反應生成CO2和多余H2。燃燒過程為不采用催化劑、有蒸汽參與的反應提供充分熱量，因而不會出現(xiàn)合成氣反應塔內(nèi)催化劑損壞的問題。由煤和重質(zhì)烴原料氣化而來的合成氣原料含氫、CO、CO2和剩余蒸汽，還包括氣化劑不是純氧的極少數(shù)情況下，來自空氣中的氮、惰性氣體，加上硫化氫，羰基硫（COS）、煤煙和灰。氣化后，首先采用傳統(tǒng)氣體凈化方法脫除固體。然后使CO與蒸汽進一步反應生成CO2和H2，以調(diào)整氣體組分使之更適于甲醇或其他產(chǎn)品合成

8、，或者在氫或氨裝置中盡量增加氫氣量，無論最終采取何種辦法脫除CO，都要盡量減少殘留的CO。水氣變換反應需要催化劑，即使在高溫變換（HTS）工藝，原料氣中的硫含量對所采用的更耐用的催化劑而言都顯得較高，在采用轉(zhuǎn)化法的氫和氨裝置中，為進一步降低氣體中CO含量需進行低溫變換（LTS）反應，那么原料氣中的硫?qū)Ω舾械拇呋瘎┒詽舛染惋@得更高了。因此在氣體到達HTS催化劑之前，要將氣體中的硫脫除到一定程度，但若將硫濃度脫除到不破壞LTS催化劑的低濃度就不切實際了，所以，即使氣化法合成氣裝置含LTS工序，仍存在少量硫。在必需脫除所有碳氧化物的情況下，象氨裝置和制取高純度氫氣的裝置，高溫變換后用某些濕法凈化

9、工藝脫除大量CO2，隨后再采用物理吸收法如變壓吸附（PSA）、深冷分離或催化甲烷化脫除殘留CO2和CO。最后一種方法的缺點是碳氧化物會轉(zhuǎn)化回甲烷，在氨裝置中，甲烷在合成回路中積累，增加了凈化要求。在采用清潔原料的蒸汽轉(zhuǎn)化合成氣裝置中，脫除CO2的大型裝置一般采用再生式化學洗滌溶液如活化熱鉀堿（Benfield，Vetrocoke，Catacarb，Carsol工藝）或活化MDEA。但重質(zhì)原料生成合成氣時，其中的雜質(zhì)易與這些化學洗滌液發(fā)生不可逆反應，影響效率，并可能加重腐蝕。因此，氣化法制合成氣裝置往往普遍采用可逆的物理吸收工藝脫除大量CO2。這在高壓氣化裝置尤為適用。幾十年來，酸氣脫除工藝在氣

10、化合成裝置中一直占主導地位，因為該工藝極適合這種特殊條件。這就是低溫甲醇洗凈化工藝，由林德和魯奇兩家股份公司共同開發(fā)。工業(yè)化低溫甲醇洗凈化工藝為氨、甲醇、純CO或含氧氣體凈化氫氣和合成氣，以達到脫除酸性氣體之目的。低溫甲醇洗凈化工藝是操作溫度低于水冰點時利用甲醇（工業(yè)類“A”級）作為凈化吸收劑的一種物理酸氣凈化系統(tǒng)。凈化合成氣總硫（H2S與COS）低于0.110-6（體積分數(shù)），根據(jù)應用要求，可將CO2物質(zhì)的量濃度調(diào)整到百分之幾，或百萬分之幾（體積分數(shù)）。氣體去最終合成工藝（氨、甲醇、羰基合成醇、費托法合成烴類等）之前，無需采取上游COS水解工藝或使氣體通過另外的硫防護層。與其他工藝相比，除了

11、合成氣硫濃度極低外，該工藝的主要優(yōu)點是采用便宜易制取的甲醇作為溶劑，工藝配置極靈活，動力消耗很低。此外，原料氣中的硫化合物與CO2在分離、精餾工序中被脫除，在克勞斯硫回收裝置中進一步處理，分別作為純CO2產(chǎn)品。表1介紹低溫甲醇洗凈化工藝生產(chǎn)出的主要產(chǎn)品規(guī)格。表1-1 低溫甲醇洗凈化工藝生產(chǎn)出的主要產(chǎn)品規(guī)格被凈化的合成氣CO2產(chǎn)品（生產(chǎn)尿素）H2S組分（去克勞斯裝置）煙氣（放空）CO2小于510-6（體積分數(shù)）物質(zhì)的量濃度大于或等于98.5%H2S+COS小于0.110-6（體積分數(shù)）210mg/m3(標準狀況)適宜（大于25%）510-62510-6（體積分數(shù)）H2O小于110-6（體積分數(shù)）

12、小于110-6（體積分數(shù)）小于110-6（體積分數(shù)）小于110-6（體積分數(shù)）甲醇1510-63010-6（體積分數(shù)）25010-630010-6（體積分數(shù)）10010-620010-6（體積分數(shù)）壓力壓降約0.2 MPa0.170.33 MPa0.150.30 MPa0.105 MPa1.5煤氣凈化的分類N-2甲基吡咯烷酮(NMP)吸收法物理吸收法化學吸收法物化吸收法低溫甲醇洗（Rectisol）聚乙二醇二甲醚法(NHD)乙醇胺法(MEA)熱鉀堿法(如Benfield)常溫甲醇洗法(Amisol)N-甲基二乙醇胺法(MDEA)2低溫甲醇洗工藝原理2.1低溫甲醇洗技術(shù)的概念和特點所謂低溫甲醇洗

13、方法（Rectisol Process）是指利用低溫狀態(tài)下的甲醇進行氣體除酸工作的吸收方法。它以甲醇為主要原材料，分階段或同步的對煤氣中的酸性氣體，例如二氧化碳、硫化氫等進行凈化除酸，無論是在石油化工還是在城市煤氣排污方面都發(fā)揮著重要的作用。首先，低溫甲醇洗法對酸性物質(zhì)的吸收能力較強。由于在低溫狀態(tài)下酸性物質(zhì)氣體分壓較大，導致其溶解度提高，非常有利于進行酸性溶解。其次，低溫甲醇洗技術(shù)的溶劑具有較好的穩(wěn)定性，既不容易起泡又不容易降解，能夠較好的保障凈化效果。再次，低溫甲醇洗技術(shù)具有良好的選擇吸收性。通過將碳物質(zhì)或硫物質(zhì)進行分開處理，可以將碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為肥料、將硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硫磺，這樣實現(xiàn)低溫甲醇技術(shù)

14、的經(jīng)濟實用性。最后，低溫甲醇洗技術(shù)的原材料來源較為廣泛，可以有效的降低技術(shù)成本，更好地促進技術(shù)的進一步推廣。2.2基本原理以拉烏爾定律和亨利定律為基礎(chǔ)，是一個物理吸收和解吸的過程，吸收過程中的控制因素是溫度、壓力和濃度，工藝操作條件為低溫、高壓。凈化裝置的目的是去除變換氣中的酸性氣體成分。該過程是一種物理過程,用低溫甲醇作為洗液(吸收劑)。在設(shè)計溫度(-50)時,甲醇對于CO2,H2S和COS具有較高的可溶性。在物理吸收過程中，含有任何成分的液體負載均與成分的分壓成比例。吸收中的控制因素是溫度、壓力和濃度。富甲醇通過用再沸器中產(chǎn)生的蒸氣進行閃蒸和汽提再生。富甲醇的閃蒸為該過程提供額外的冷卻。閃

15、蒸氣通過循環(huán)壓縮,然后再循環(huán)到吸收塔，其損耗量最低。甲醇水分離塔保持甲醇循環(huán)中的水平衡。尾氣洗滌塔使隨尾氣的甲醇損耗降低到最大限度。變換氣冷卻段的氨洗滌塔使變換氣中的氨液位保持在甲醇放氣量最小的液位。酸性氣體通到克勞斯氣體裝置進行進一步凈化。2.3低溫甲醇洗工藝流程低溫甲醇洗工藝一般具有三個任務: 凈化原料氣 回收副產(chǎn)品 進行環(huán)保。裝置中低溫甲醇在主洗塔中(5.4MPa)脫硫脫碳,之后富液進入中壓閃蒸塔(1. 6MPa)閃蒸,閃蒸氣通過壓縮,然后再循環(huán)到主洗塔。閃蒸后的富液進入再吸收塔,在常壓下閃蒸、氣提,實現(xiàn)部分再生。然后甲醇富液進入熱再生塔利用再沸器中產(chǎn)生的蒸汽進行熱再生,完全再生后的貧甲

16、醇經(jīng)主循環(huán)流量泵加壓后進入主洗塔。在以煤為原料，氣化工藝采用冷激流程時，同時脫除變換器中的二氧化碳、硫化物和氫氰酸等雜質(zhì)。一步法：工藝流程原料氣氣化工藝采用廢鍋流程時，先在CO變換前用了吸收二氧化碳的低溫甲醇脫除原料氣中的硫化物氫氰酸等雜質(zhì)，然后在變化后用低溫甲醇貧液脫除變換器中的CO2。兩步法：圖2-1 一步法低溫甲醇洗裝置配置圖2-2 兩步法低溫甲醇洗裝置配置V1-原料氣氣液分離器 C1-甲醇洗滌塔 C2-CO2解析塔C3-H2S濃縮塔 C4-甲醇熱再生塔 C5-甲醇/水分離塔 V2-氣液分離塔圖2-3 低溫甲醇洗凈化工藝流程示意圖2.4操作要點2.4.1循環(huán)甲醇溫度溫度越低,溶解度越大,

17、所以較低的貧甲醇溫度是操作的目標(貧甲醇溫度為-50)。系統(tǒng)配有一套丙烯制冷系統(tǒng)提供冷量補充,用尾氣的閃蒸(氣提)帶來的冷量達到所需要的操作溫度。影響循環(huán)甲醇溫度的主要因素有:a丙烯冷凍系統(tǒng)冷量補充b氣提氮氣流量c循環(huán)甲醇的流量與變換氣流量比例2.4.2甲醇循環(huán)量控制出工段的氣體成分指標(S0.1ppm),甲醇循環(huán)量是最主要的調(diào)節(jié)手段。系統(tǒng)配有比例調(diào)節(jié)系統(tǒng),使循環(huán)量與氣量成比例,得到合格的精制氣。2.4.3壓力(主洗塔的操作壓力)由亨利定律知壓力越高,吸收效果愈好。凈化主洗塔的壓力取決于氣化來的變換氣壓力,系統(tǒng)氣化采用德士古氣化爐造氣,進系統(tǒng)的變換氣壓力為5.4MPa,由于壓力較高,吸收效果有

18、很大提高。2.4.4濃度(水含量、甲醇的再生度)貧甲醇中的水含量是正常生產(chǎn)中的重要控制指標,系統(tǒng)控制水含量1%，較高的水含量不但會影響甲醇的吸收效果,還會增大對設(shè)備的腐蝕。為了實現(xiàn)甲醇的循環(huán)利用,達到良好的吸收效果，必須很好的實現(xiàn)甲醇的再生，系統(tǒng)利用甲醇再生的方法有閃蒸、氣提、熱再生。利用甲醇水分離塔控制溶液系統(tǒng)中的水平衡。3低溫甲醇洗工藝設(shè)計對90噸甲醇生產(chǎn)凈化工段選擇低溫甲醇洗工藝進行設(shè)計低溫甲醇洗的主要產(chǎn)品流為：1、變換氣：CO2濃度32.1%，CO濃度19.02%，H2S濃度0.23%，H2濃度46.02%。2、甲醇合成氣：CO2濃度1.83.0%（mol），總硫0.1ppm(mol)

19、。3、放空尾氣：幾乎無硫，主要為CO2和N2。4、酸性氣體：主要由CO2和H2S組成。5、甲醇水分離塔排放廢水組成：甲醇含量0.5%（wt）3.1工藝流程的設(shè)計圖3-1 五塔流程圖3.2物料衡算3.2.1氣液分離器：相平衡 yi=kixi(i=1，2，c) 組分物料平衡 Fzi=Vyi+Lxi(i=1，2，c-1) 整體物料平衡方程 F=V+L 熱量平衡 HFF=HVV+HLL 摩爾分數(shù)的約束方程 zi=1 ，xi=1 ,yi=1 圖3-2 氣液分離器簡圖表3-1 變換器組分表組分H2COCO2H2SCOSCH4N2H2OAr含量%46.0219.0232.100.230.010.090.94

20、1.440.15表3-2 進氣液分離器原料氣組分表組分H2COCO2H2SCOSCH4N2H2OArCH3OH含量%46.0518.8531.830.2210.0090.080.911.380.130.54表3-3 氣液分離器塔頂產(chǎn)物組分表組分H2COCO2H2SCOSCH4N2Ar含量%46.9519.2232.450.230.0090.080.9280.133表3-4 氣液分離器塔底產(chǎn)物組分表組分H2OCH3OH含量%71.8828.12混合氣體（A+B） 吸收尾氣吸收劑 Y XV,Y2L,X2mn圖3-3 逆流吸收塔的物料衡算圖3-2 逆流操作的吸收塔的示意圖對整個單元過程進行物料衡算：

21、F=FEED=18066.05 Kmol/hD=LIQUID+VAPOR=346.87+17719.18=18066.05 kmol/h3.2.2酸性氣體吸收塔對單位時間內(nèi)進出吸收塔的A物質(zhì)量作衡算，可寫出下式：VY1 +LX2 =VY2+LX1為計算方便，把COS并入H2S中考慮；并把混合氣中所含的非主要組分（如微量的Ar、N2、CH4、CO等）并入H2中一道考慮。表3-5 綜合考慮后組分成分表組分H2CO2H2S含量%67.31132.450.239G（Kmol/h）11926.295749.8742.35表3-6 綜合考慮C1塔進出物料平衡表項目H2H2SCO2CH3OH總量進塔物料塔底

22、進料G含量%67.3110.23932.450100流量Kmol/h11926.2942.355749.87017719.18塔頂進料L含量%-100100流量Kmol/h-7936.617936.61出塔物料塔頂出料G2含量%97.150.0041.980.966100流量Kmol/h11927.070.49243.08118.6012276.96上塔底出料L1含量%1.58-46.0352.39100流量Kmol/h97.23-2832.703224.106154.04塔底出料LN含量%1.2370.58432.4165.769100流量Kmol/h75.7435.761984.44402

23、6.986122.923.2.3二氧化碳解析塔C2V202V201201富CO2貧液進料富H2S貧液進料來自C3C3塔圖3-4 二氧化碳解析塔流程圖表3-7 二氧化碳解析塔的進出口物流數(shù)據(jù)流股201202203204205206207溫度K233.15256.72259.25233.15233.15236.34258.13壓力MPa0.120.150.140.120.120.240.23總流量kmol/h6285.014792.733793.816689.022220.901350.744610.89摩爾分率%CH3OH52.3965.79973.676

24、0.095754.07850.34582.531CO246.0332.4124.5698.48845.24449.39216.455H21.581.2371.0890.57510.53210.00120.4125H2S-0.5840.675-0.14570.36180.6023.3能量衡算熱量恒算遵循以下公式：Q+W=Hin-Hout 3.3.1氣液分離器表3-8 氣液分離器熱量衡算表FEEDLIQUIDVAPORTemperature C-12.7-12.7-12.7Pressure MPa5.65.65.6Vapor Frac0.979801Liquid Frac0.020210Entha

25、lpy cal/sec-179003887-77012281-1019916073.3.2酸性氣體吸收塔表3-9 吸收塔熱量衡算流股塔底進料塔頂進料塔頂出料下塔凈流出塔底出料Temperature C-20-48-27.6-12-13.9Pressure MPa5.65.65.75.65.6Vapor Frac10100Enthalpy cal/sec-649.650-463.150-174.400-498.010-448.9613.3.3二氧化碳解析塔表3-10 二氧化碳解析塔熱量衡算表CO2LIINH2SLIINLIQOUTFANGKONGFENH2STemperature C-23.00

26、0003-31.500003-37.49753-46.53433-31.5Pressure MPa0.090.208000020.2080.080.208Vapor Frac0.323939870.27987598010.1504255Liquid Frac0.676060130.72021402100.8495745Enthalpy cal/sec-179760319-163527852-2.15E+0.8-31709400-1179255513.4吸收塔的設(shè)計計算1、塔板的設(shè)計：塔板數(shù)、塔徑、溢流裝置、塔板分布、浮法數(shù)目與排列。2、塔板流體力學計算：氣相通過浮、閥塔板塔的壓降、掩塔、液沫夾

27、帶。3、塔附件設(shè)計：接管、筒體與封頭、除沫器、裙座、吊柱、人孔 。表3-11 吸收塔設(shè)備計算結(jié)果簡表CO2吸收段H2S吸收段CO2吸收段H2S吸收段理論塔板數(shù)621截面積HF0.3020.302實際塔板數(shù)1553寬度WD0.2990.299空塔氣速U0.3760.363停留時間6.9312.06塔徑D2.62.6底隙高度0.080.05板間距HT0.60.6堰高hW0.03660.0500塔截面積AT5.305.30浮閥數(shù)目m11721183實際空塔氣速u0.3630.349鼓泡區(qū)面積Aa1.581.58板上清液層高h10.080.08開孔率%23.2724.07堰長lw1.561.56壓降P

28、p667.28674.423.5 酸性氣體吸收塔的模擬圖3-5 酸性氣體吸收塔流程模擬圖圖3-6 酸性氣體吸收塔模擬結(jié)果3.6 二氧化碳解析塔流程模擬圖圖3-7二氧化碳解析塔流程模擬圖3.7硫化氫濃縮塔流程模擬圖圖3-8 硫化氫濃縮塔流程模擬圖3.8甲醇再生塔的模擬流程圖圖3-9甲醇再生塔的模擬流程圖3.9甲醇水分離塔的模擬流程圖圖3-10 甲醇水分離塔的模擬流程圖3.10全流程工藝流程模擬圖圖3-11全流程工藝流程模擬圖3.11帶控制點的低溫甲醇洗工藝流程圖圖3-11帶控制點的低溫甲醇洗工藝流程圖4低溫甲醇洗在煤氣凈化中的現(xiàn)狀及發(fā)展4.1 低溫甲醇洗工藝技術(shù)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)對低溫甲醇洗工藝的研

29、究始于20世紀70年代，中國石化集團蘭州設(shè)計院、南化集團研究院、浙江大學、上?；ぱ芯吭骸⒋筮B理工大學、北京化工大學等單位在基礎(chǔ)理論研究、化工工藝模擬計算、熱力學和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定、氣液平衡計算數(shù)學模型方面做了大量工作并取得一定進展。目前國內(nèi)已有多套大型酸性氣體凈化裝置采用了低溫甲醇洗工藝，有的裝置已運行近20年，在設(shè)計、施工、安裝、操作等方面都積累了豐富的經(jīng)驗。隨著研究工作的進展和對生產(chǎn)操作中暴露出的問題的處理，使引進的低溫甲醇洗工藝不斷得到改進和完善。國內(nèi)已經(jīng)有幾個單位采用模擬技術(shù)完成了低溫甲醇洗工藝包的改造，相應的工程設(shè)計也應該能夠順利完成。在完成現(xiàn)有裝置的擴能改造后，能夠有針對性地獨立設(shè)計

30、新流程，因此可以認為低溫甲醇洗技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)成熟。 近年來，在低溫甲醇洗設(shè)備制造方面，國內(nèi)也取得了可喜的進展。大連冰山集團金州重型機器有限公司為上海焦化有限公司引進的林德公司低溫甲醇洗裝置制造了特大型成套設(shè)備，包括塔器、換熱器和罐類等共23臺23個種類，其中有硫化氫濃縮塔、變換氣吸收塔、煤氣甲醇吸收塔等關(guān)鍵設(shè)備，這些設(shè)備不僅使用了國內(nèi)目前難以掌握的3.5Ni低溫鋼材料的加工工藝技術(shù)，而且體積龐大，單臺設(shè)備最大直徑為23m，長55m，質(zhì)量近百噸。此外，河南開封空分集團有限公司制造的低溫甲醇洗關(guān)鍵設(shè)備高壓繞管式換熱器，工作壓力為16.5MPa，可成功地替代Linde公司的進口設(shè)備。武漢東海石化重型

31、裝備有限公司制造的101級低溫甲醇洗裝置的核心非標設(shè)備H2S/CO2吸收塔，已在內(nèi)蒙古鄂爾多斯金誠泰化工公司的煤制甲醇裝置上開車運行成功，標志著我國低溫甲醇洗工藝全面實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并為國家標準承壓設(shè)備用低溫合金鋼板的修訂提供了實物依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該設(shè)備作為低溫甲醇洗主要過程核心裝備之一，其設(shè)計壓力較高、操作溫度低，對原材料、設(shè)計技術(shù)要求高，制造加工難度大。上世紀80年代以來，國內(nèi)此類設(shè)備的制造加工均引進國外技術(shù)和鋼板材。武漢東海石化重型裝備公司經(jīng)過自主創(chuàng)新，采用國產(chǎn)08Ni3DR鋼板材研制出國內(nèi)首臺低溫甲醇洗H2S/CO2吸收塔，實現(xiàn)了08Ni3DR鋼材在低溫壓力容器制造上的應用。4.2 低溫

32、甲醇洗工藝技術(shù)的發(fā)展前景當今社會，低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的作用越來越明顯，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)的應用前景也越來越廣闊。 首先是在合成氨中的應用。目前國內(nèi)市場對煤制合成氨的需求越來越多，低溫甲醇洗技術(shù)憑借其獨特的優(yōu)越性，在合成氨過程中發(fā)揮著重要的作用。在技術(shù)施工過程中通過采用低溫甲醇洗技術(shù)，有效的降低工程施工費用，保證排放氣體達標，實現(xiàn)工藝流程的順利完成。運用低溫甲醇洗技術(shù)，增強氣體的凈化程度，降低溶劑能耗、提高溶液的循環(huán)使用量，保證煤制合成氨工藝的順利完工；其次，在煤制甲醇的過程中，利用低溫甲醇洗技術(shù)，保證施工過程中硫的排放量不得大于0.1mg/L，碳的排放量小于百分之三，

33、保障甲醇的相關(guān)含量符合國家標準，提高低溫甲醇洗技術(shù)的優(yōu)勢性地位。運用低溫甲醇洗技術(shù)，有效的祛除煤制甲醇中碳和硫元素的含量，實現(xiàn)流程的可行性和環(huán)保性，對煤制甲醇工作意義重大。最后，隨著我國民眾對天然氣的廣泛需求，加之天然氣的有限性，導致煤制天然氣行業(yè)興起，在人們的生活中發(fā)揮著重要的作用。在煤制天然氣中，低溫甲醇洗技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用，通過對碳硫化合物進行必要的凈化活動，保障煤制天然氣的安全性。因此，研究人員必須穩(wěn)固低溫甲醇洗解析塔和吸收塔之間的關(guān)系，逐步擴大對酸性氣體的凈化程度，保證低溫甲醇洗技術(shù)在天然氣凈化活動中作用的充分發(fā)揮，促進煤制天然氣的廣泛適用和推廣。當前，我國合成氨、甲醇與碳一化工

34、正處于大規(guī)模快速發(fā)展時期，裝置規(guī)模越來越大，原料氣的高效率、低消耗凈化顯得非常重要。低溫甲醇洗正是這樣一種優(yōu)良的凈化工藝技術(shù)。4.3 低溫甲醇洗工藝技術(shù)的發(fā)展和改進目前低溫甲醇洗的專利技術(shù)已達60多項。低溫甲醇洗被廣泛應用于合成氨、合成甲醇和其它羰基合成、制氫、城市煤氣和天然氣脫硫等的氣體凈化裝置中。隨著研究工作的進展和生產(chǎn)操作中暴露的問題,低溫甲醇洗工藝不斷改進和完善。流程不斷優(yōu)化,能量利用更加合理與70年代引進的甲醇洗裝置相比,新的低溫甲醇洗在能量利用和換熱流程的安排上根據(jù)各工程的情況各具特色。例如,林德公司對原料氣的冷卻有一步法和兩步法之分;采用部分H2S餾分循環(huán)以提高H2S餾分濃度;甲

35、醇水分離塔的塔頂氣不再經(jīng)冷卻而直接注入甲醇熱再生塔中部作為汽提熱源等等。魯奇公司根據(jù)不同部位溫差要求采用多種等級的制冷劑;優(yōu)化半貧液五級閃蒸的排布次序;采用大量廉價氮氣氣提富甲醇以減少熱再生的蒸汽耗量等等,所有這些措施有效地降低設(shè)備投資和裝置能耗。提高操作靈活性,降低裝置投資通過對流程的優(yōu)化和合理設(shè)計,新裝置的開工率和操作靈活性大大提高。首先是通過對裝置各部分生產(chǎn)能力的平衡和生產(chǎn)中暴露問題的研究,消除了瓶頸或采取相應措施包括加大設(shè)備、增設(shè)備用等等,提高了裝置的運轉(zhuǎn)率。其次,通過采用新技術(shù),單臺設(shè)備的操作彈性有了很大的提高,使整個裝置的負荷范圍加大,適應H2S和CO2氣量波動的能力增強。通過對流

36、程的模擬優(yōu)化,尋找裝置投資和操作費用的最佳點。在滿足工藝要求的前提下,裝置投資得以降低。一方面,努力簡化流程。例如林德新設(shè)計的低溫甲醇洗裝置甲醇水分離部分的流程都已大大簡化,至少可省去3臺設(shè)備。魯奇公司將相關(guān)設(shè)備組合為一體,依靠液位和重力輸送液體,以減少機泵和節(jié)約管道。另一方面,通過合理設(shè)計和選材,減少設(shè)備、材料費用。例如,林德公司原設(shè)計的貧甲醇換熱器(E9)采用整體不銹鋼的繞管式換熱器,面積約2000m2 ,繞管長,易堵塞。在林德新設(shè)計中,這一換熱器被分為兩部分,0以上采用普通的TEMA不銹鋼換熱器,耐腐蝕,易于清洗;0以下因腐蝕小,采用碳鋼材質(zhì)的繞管換熱器即可滿足溫差要求。這樣可使投資費用

37、大大下降。 針對生產(chǎn)中存在問題,采取相應改進措施 林德公司和魯奇公司及時跟蹤各裝置的生產(chǎn)操作情況,對裝置暴露的問題采取相應的措施加以解決,并將這些信息反饋到新裝置的設(shè)計中。這些措施包括增大原料氣分離器的容積、降低原料氣進入系統(tǒng)的溫度;設(shè)置預洗段以除去原料氣中的NH3、HCN等雜質(zhì);定期排放含NH3、HCN高的富甲醇;在貧甲醇管線上增設(shè)過濾器;甲醇再生塔增設(shè)水提濃段以增強系統(tǒng)除水能力;在半貧液中注入原料氣以抑制FeS、NiS的生成;通過提壓等措施使FeS和NiS在特定部位生成并除去等等。5 結(jié)論低溫甲醇洗是一種節(jié)能型成熟可靠的酸性氣體凈化工藝,具有吸收能力大、選擇性好、凈化度高、操作費用低等特點,該工藝在國內(nèi)具有良好的發(fā)展勢頭和廣闊的應用前景。目前，國內(nèi)亟待加強對該工藝的研究開發(fā),