低温甲醇洗提高CO2产品气浓度的参数优化

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2013年第30卷低温甲醇洗提高CO2产品气浓度的参数优化朱国祥(云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司,云南开远661600)摘要:解化二甲醚厂低温甲醇洗CO2产品气浓度一直偏低,影响气化炉搀兑,通过大量摸索,优化了流程中部分工艺参数,在保证硫微量合格的情况下,提高了产品气浓度。关键词:CO2产品气;优化;浓度中图分类号:TQ0.2文献标识码:B文章编号:1003-3467(2013)03-0050-03浓度,进行了大量的工业实验,寻找到了较适宜的操0引言作参数变化范围,为气化炉安全搀兑CO2奠定了基云南解化化工分公司二甲醚厂采用-40℃级础。低温甲醇洗工艺对变换气进行净化。作为目前国内1CO2产品气流程简述外成熟的一项气体净化技术,自2008年9月装置投产以来,低温甲醇洗显示出吸收能力强、操作弹性大简易流程图如图1。来自变换的煤气(12万(处理煤气负荷在4万~12万Nm3/h)等优势,但Nm3h)经换热和氨蒸发器冷却至-40℃进入H2S是,CO2闪蒸塔Ⅲ段闪蒸的CO2产品气浓度一直偏吸收塔E61301。在H1S吸收塔内,上升煤气被来自低,成为煤制醇系统的一个大问题。CO2产品气经CO2吸收塔底部含CO2的甲醇富液(118m3/h)逆加压用于气化炉控制床温。由于浓度偏低,可燃气流接触洗涤脱除了粗煤气中大部分H2S、COS,洗含量高,存在爆炸的重大安全隐患,气化炉一直采用涤后的煤气总硫含量约2×10°。然后进入CO2吸氮气控制床温导致粗煤气中含有大量的氮气,氮气收塔B61302底部向塔顶流动,在塔板上与向下流作为惰性气体,不利于煤气的净化和粗甲醇的生成,的精洗甲醇(278m3/h,-39℃)、主洗甲醇(178同时也增加了能耗。为了尽可能提高CO2产品气m/h,-57℃)逆流接触洗涤;在14层升气塔盘将H2S吸收塔CO2吸收塔CO2闪蒸塔合成气Ⅲ段产品气Ⅱ段闪蒸气甲醇液无甲醇液甲醇富液去浓缩塔c61305冷却后的变换气口气氨C6l306甲醇液低压氨气污甲醇去预洗再生J61301A/B段闪蒸气甲醇液去浓缩二次吸收1304AB图1CO2产品气简易流程图收稿日期:2012-12-27作者简介:朱国祥(1983-),男,助理工程师,从事二甲醚生产管理工作,电话:13312665812。第2期(上)朱国祥:低温甲醇洗提高CO2产品气浓度的参数优化汇积了精洗和主洗甲醇的甲醇引出加压冷却作为冷板式塔的正常操作范围内,气液比越小,气液两相在却甲醇(470m3/h,-40℃)返回到第13块塔盘再塔内接触越充分,传质效果越好,但单位体积溶解的吸收CO2ε底部的甲醇富液分作两股:一股加压冷CO2气体相应减少;溶液的循环量过小,气液比过却送H2S吸收塔,另一股送到CO2闪蒸塔F61303大,气液接触不良,传质效果降低,但单位体积溶解闪蒸再生后加压送至F61302塔主洗段循环吸收。的CO2气体相应增多。甲醇循环量大,有利于CO2、在E61303塔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段逐级减压闪蒸,Ⅳ段H2S的吸收,但不利于产品气CO2浓度的提高,甲醇用氮气气提再生。在Ⅰ段减压至0.70MPa,有用可循环量小,将导致微量突破所以需要找到一个平衡燃性气体(CO、H2、CH4)被解吸出来,甲醇经氨蒸发点。器C61307冷却至-40℃进入Ⅱ段,压力下降为2.4甲醇的质量0.25MPa,Ⅲ段压力0.04MPa闪蒸再生,自Ⅲ段闪进入低温甲醇洗涤塔的甲醇纯度,包括甲醇的蒸出来的闪蒸气复热回收冷量后;一股作为CO2产含水量、甲醇中硫化物和二氧化碳的浓度等,对硫化品气去压缩机加压,供气化炉稳定床温,一股去水洗物的吸收效果都有重要影响。如甲醇中含水5%塔洗涤回收甲醇后排放至大气。在Ⅳ段,用氮气气时,二氧化碳在甲醇中的溶解度降低15%,硫化氢提(1900Nm3/h)再生,再生甲醇(-57℃)分成两的溶解度也大幅度下降;另一方面,甲醇中除含有水股:一股加压送至E61302作为主洗甲醇循环吸收;和硫化物、二氧化碳外,还含有轻油组分。若甲醇质一股加压送至H2S浓缩塔二次吸收。量差,甲醇循环量相应增多,其单位体积溶解的CO2少,不利于产品气浓度的提高2影响CO2产品气浓度的因素2.5粗煤气中硫化物偏高低温甲醇洗CO2产品气浓度设计值为99.3%,气化炉采用高硫褐煤作为原料,2012年变换气投产以来,其一直偏低(见表1)。低温甲醇洗工艺中H2S平均含量高达1.7%,比设计值0.57%高出是一种物理吸收、解吸过程,它依据的基本原理是各3倍多。因此需要增加甲醇循环量来保证硫微量合种组分在甲醇中的溶解度不同,并且酸性气体与其格(H2S+COS+CS2,<0.1×10-),导致单位体积他组分的溶解度差别很大。CO2产品气浓度高低与内CO2溶解量减少。吸收、解吸都有紧密关联,影响的因素主要有:温度、3操作参数优化压力、甲醇的循环量和气液比、变换气中硫化物浓度的变化、甲醇的纯度、甲醇再生质量等。针对上述分析,二甲醚厂针对低温甲醇洗工艺表1CO,产品气成分分析及其操作条件进行了系统分析,找出了提高CO2产负荷CO2CH4COH2N2CnH总计品气浓度的试验方法,并取得了成功。在优化调试万m3/h%%中,遵循以下几点:在保证合成气微量合格的情况6-791.853.111.240.060.333.42100.01下,多次微调细调,优先提高甲醇质量,确保优化期8-994.172.290.630.040.272.5799.97间的工艺安全;其次降低闪蒸压力操作,因降低闪蒸10-Ⅱ1%.58·020.30020142.131∞0压力不影响整个系统;然后微调各循环甲醇的温度2.1温度及流量;最后逐步提高主洗甲醇闪蒸温度。在一定压力下,CO2气体在液体中的溶解度随3.1严格控制甲醇质量温度的降低而增大,因此,采用较低的洗涤温度对在低温甲醇洗系统中,甲醇的再生采用分段解CO2吸收过程有利,采用较高的温度对CO2的闪蒸吸、气提和加热再生相结合的方法。甲醇中已经溶有利。解了二氧化碳、硫化氢、有机硫等组分,如果甲醇再2.2压力生质量不合格,再生效果难以保证,这样的甲醇进入从传质推动力的角度分析,压力越高,越有利于低温甲醇洗,将直接导致吸收效率降低。尤其严重吸收过程的进行,压力越低,越有利于解吸过程的进的是,当甲醇中硫化物较高时,甲醇中的硫化物将挥发到净化气中,直接导致净化气体不合格,硫化物超2.3甲醇的循环量和气液比标。因此。优化操作甲醇的再生过程,加强CO2解从传质动力学角度分析溶液的循环量越大,在吸过程的条件控制,合理匹配甲醇量的分布,确保热河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2013年第30卷平衡,采取多种措施,保证再生甲醇中硫化物和水、解的可燃性气体(CH4、CO等)在Ⅱ段大量闪蒸出轻油等组分的含量达到最低值来,进入Ⅲ段闪蒸时,仅有少量的可燃性气体,CO23.2压力的控制浓度将提高在CO2闪蒸塔E61303塔,可以适当降低Ⅰ、Ⅱ但是,由于甲醇温度的提高,将使E61303塔再段闪蒸压力,可燃气体的溶解度降低,甲醇中溶解的生甲醇温度升高,不利于ξ61302塔的吸收,有可能可燃气体被释放出来,在Ⅲ段闪蒸的时候,可燃气体导致系统硫微量超标,所以调整时十分谨慎,每次温减少,产品气浓度升高。调整时,I段闪蒸压力由度提高约2℃,并稳定24h,以便观察对吸收的影响0.70MPa降至0.60MPa,Ⅱ段闪蒸压力由0.25以及CO2浓度的变化情况。另外,通过加大Ⅳ段气MPa降至0.15MPa,产品气浓度变化不大(见表体氮气量(由1900m3/h加至2600m3/h)及降低2),主洗甲醇的温度升高了4℃,达-53℃氮气的温度(由-35℃降低至-40℃)来减缓甲醇表2降低闪蒸压力CO2产品气成分分析温度的回升。最终,C-61307出口甲醇的温度由负荷H2N2C,H。总计40℃提高至-30~-32℃。通过大量的试验,在万m3/h%%%%%%%降低闪蒸压力的前提下,CO2浓度得到了大幅提升,995.021.680.590.020.202.4899.99达到了设计值(见表3),但主洗甲醇温度也大幅回l197.120.900.1000.201.6599.97升,由-57℃回升至-48℃。在调试中,缓慢提高3.3合理调整甲醇循环量和气液比在一定温度、压力下,溶液对气体的吸收能力受现,CO2产品气浓度未下降(见表4),闪蒸压力对浓气液平衡的限制,而在实际运行时吸收操作达不到度影响较小,提压后主洗甲醇温度降至-52℃,不气液平衡状态。因此过大的循环量可确保合成气微影响F61302塔吸收,出口合成气硫微量及CO2微量合格,但会导致过大的动力消耗,也增大氨蒸发器量控制良好。的热负荷。因单位体积甲醇溶解的酸性气减少,导表3提温至-32℃、降闪蒸压力CO2产品气成分分析致产品气浓度降低。因此在保证气体净化度的前负荷02CH,C0H2N2C.H,总计提下,应当尽量精确控制甲醇的循环量,般余量为万m7h%%%10%。经过大量的调试,变换气量约110000m3/h时精洗甲醇循环量控制在220~230m3/h,主洗甲1996400200.3599.97醇循环量控制在170~180m/h,H2S吸收塔循环量表4提温至-32℃闪蒸压力不变CO2产品气成分分析控制在120~130m3/h,冷却循环甲醇控制在530~负荷CO2CH1CH2N2CH总计550m3h万m3/h%%%%%%%因变换气中H2S含量高,所以H2S吸收塔循环998.410.190.0400.061.34100.04量比较大,在操作中要求H2S吸收塔顶出口气体中I199.590.020000.40100.0lH2S含量小于2×10°,以保护主洗甲醇不被HS4结语污染。冷却循环甲醇主要是循环吸收CO2,其量大有利于单位体积甲醇内溶解的CO2增多。经过长期的系统化试验研究,优化了H2S吸收3.3温度的控制塔、CO2吸收塔及CO2闪蒸塔的重要工艺参数,并温度是影响CO2产品气浓度的重要因素。在对以上因素采取了严格控制与管理措施,使CO2产E61301/02塔,控制各循环甲醇温度在-40℃。由品气浓度得到了大幅提升,可满足气化炉的安全运于温度降低,酸性气体溶解度增大,可相应减少精洗行。因减少氨蒸发器C-61307用氨量,甲醇洗每甲醇、主洗甲醇循环量,使单位体积的甲醇里溶解的小时液氨用量由55m3/h减少到50m3/h,配套的氨CO2气体增多,其降压闪蒸时,CO2浓度会有所提制冷系统可节约低压蒸汽约3Uh另外,变换气气高;在E-61303塔,因流程中配置有氨蒸发器量低于6万Nm3/h时,CO2产品气浓度无法提高至C61307(换热面积856.8m2),可通过减少用氨量来97%,所以,维护好气化炉高负荷运行,是提高产品提高其出口的甲醇温度。由于甲醇温度的升高,溶气浓度的基础。