减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施

第3期(总第160期)煤化工2012年6月No. 3(Total No 160)Coal Chemical IndustryJun.2012减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施郝高峰,芦国智,尹俊杰,董丽旭(航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司,甘肃兰州730050)摘要以某年产45万t合成氨装置为例,阐述了导致系统甲醇损耗的原因,通过改进和优化设备、设置尾气水洗塔、设置污甲醇收集系统、优化工艺路线、降低原料气中的氨含量、控制 Claus气的温度和保持适宜的汽提氮流量等措施,大大降低了系统甲醇损耗,使其控制在0.5kg/t氨以内关键词低温甲醇洗,甲醇损耗,优化,改进1005-9598(2012)03-040-03中图分类号:X781.4文献标识码:B低温甲醇洗工艺( Rectisol process)是20世纪NH3、HN)而进行的排污甲醇,对应的甲醇损耗约50年代由德国林德公司( Linde)和鲁奇( Lurgi)联合t/a。此外,废水中也含有微量的甲醇(约为0.8t/a),开发的一种气体净化技术,以低温甲醇作为溶剂,通相对于上述两项损耗,某本上可以忽略不计。过物理吸收的方法脱除原料气中的酸性气体。整个装置由原料气冷却、酸性气体吸收、吸收剂甲醇溶液再表1出界区各项物料中甲醇含量生、甲醇水分离及换热网络组成,广泛地应用于合成出界区流量甲醇摩尔分数甲醇损耗甲醇、合成氨、制氢、城市煤气、天然气脱硫等气体净物料/kmolh-l/×106化装置中。目前,国内现行的一些装置曾经出现过气净化气6638.7122.4液夹带、甲醇损耗过大等问题,不但引起了不必要的C2产品气1805.4损耗甚至影响下游的正常生产。例如 Claus气中夹Claus气带的甲醇过量时,为避免硫回收装置腐蚀严重,Clau尾气合计气只能送火炬,不但浪费资源而且污染环境。即使472.1是设计、运转正常的情况下,甲醇损耗也很大。以某年注:年操作时间按7200h计产45万t合成氨装置为例(以煤为原料),每吨氨的系统中一旦制冷单元冷量达不到要求或是操作甲醇损耗量按1.2kg计,每年的甲醇消耗量就高达不当,使系统温度升高,出界区的气相中甲醇平衡分540t,折合人民币约170万元。如果能够对系统加以压增大,会直接导致甲醇损耗增大;同时由于设备本优化、改进、控制,以期降低甲醇损耗是非常有意义身和操作原因产生的气液夹带2、甲醇水分馏塔塔的。本文以年产45万t合成氨为例就减少低温甲醇釜甲醇含量过高等,都会引起系统甲醇损耗急剧增洗装置中甲醇损耗的优化和改进措施展开论述。加。除此之外,系统在开停车、检修过程中,排污、倒1甲醇损耗的原因淋、放空都会引起甲醇的损耗。常运行情况下,低温甲酶洗系统中导致甲醇损2优化和改进措施耗的两大主要原因:一是出装置的气相中含微量的甲2.1改进和优化设备醇,以年产45万t合成氨为例,对应的甲醇损耗约降低出界区的气相中夹带甲醇的含量,尤其是避472t/a,如表1所示;二是为了平衡系统微量元素免出现气液夹带是降低系统甲醇损耗最直接也是最收稿日期:2012-02-01作者简介:郝高峰(1982—),男,河北邢台,工程师,硕士,2009年毕业于北京化工大学化学工程专业,现从事化工工艺(低温甲醇洗)设计工作,Eail:naotry100:126.com。012年6月郝高峰等:减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施有效的方法。对于C2吸收塔,可在其塔顶增设旋流气中的微量甲醇,有效地降低系统甲醇损耗。因为净板和丝网除沫器,并保证净化气出口与塔板之间有足化气进入上述装置后,首先进入分子筛,在分子筛中够的气液分离空间来避免气液夹带,以降低气相中甲微量CO2和CHOH被吸附下来。在分子筛再生过程中醇的含量。因为一旦塔顶气液分离空间不够,高速流吸附下的2和QH随再生氮气回到甲醇洗单元动的气相可能携带过多的甲醇,这些甲醇来不及破沫作为汽提氮进入汽提C2解吸塔,这样低温甲醇洗装沉降,并超出了气相丝网除沫器的除沫能力;特别是置随净化气流失的甲醇又重新回到装置当中,每年可系统在高负荷下运行时,这种现象会加剧,成为气液节省约120t甲醇极大地降低了整个系统的甲醇损夹带的主要原因)。国内某些装置开车后,净化气夹耗。这对其他净化气精制工艺有极大借鉴意义。带甲醇严重,在塔筒体结构不变的前提下,在塔顶增25降低原料气中的氨含量设旋流板效果明显。此外,还可以在净化气出界区之原料气中不可避免地会夹带一些微量元素,如前增设1个气液分离器,并安装高效丝网除沫器来进Nl、HCN、Ar等,为了避免微量N2的积累,系统需要一步分离气相中夹带的甲醇同时可以通过分离罐的定期排放一定量的甲醇以平衡其含量。尽管适量的液位判断塔内气液两相是否充分分离、有无气液夹NH2可使系统的皿值维持在7-8,有利于酸性气的吸带。实践证明,通过上述措施可以使净化气中的甲醇收和设备防腐,但其在系统中不断积累,一旦超标就摩尔分数控制在50×106以内。对于CO2产品气、会生成NHCO3,造成管道和换热器的堵塞,增加甲醇Claus气和放空尾气,同样可在气相出口处设置丝网循环量。如果原料气中NH3摩尔分数在40×106时除沫器等,并保证有足够的气液分离空间,来降低气为了避免系统热再生塔回流甲醇和热再生甲醇里的相中甲醇的含量。№H含量太高,必须从热再生塔塔顶回流的甲醇中排2.2设置尾气水洗塔放一小股甲醇,以减少系统中MH的含量,使其维持降低系统甲醇损耗的另一个思路是进一步回收在规定的范围内。每2周~4周排放1次,每次5m2气相中的微量甲醇。针对尾气中的甲醇含量较高,10m,每年损耗甲醇约100t。尽管这部分甲醇可以作可以在低温甲醇洗单元设置1个尾气水洗塔。以年为燃料等加以利用,但从经济方面考虑降低这部分产45万t合成氨为例,设置1个规格为3200m×损耗还是大有裨益的解决的措施就是降低原料气中15000m、内设4m高规整填料或16玦塔板的水洗氨的含量,将生成的氨在进系统前移走,使之平衡而塔;设备总投资约140万元,用少量脱盐水洗涤尾气不积累叫。目前工程设计上主要有两种方法,一是在中夹带的甲醇,洗涤液作为甲醇水分离塔的进料,可变换工段最后一级气液分离器中设置两块塔板,用脱以使尾气中甲醇摩尔分数降到80×10以下,每年至盐水将氨洗涤脱除;二是原料气冷却过程中设置氨洗少可回收甲醇80t,同时实现了环保和经济双重效益。涤塔,即原料气经换热冷却至10℃左右时,在喷入小23设置污甲醇收集系统股防冻甲醇进一步冷却前设置氨洗涤塔,用脱盐水将低温甲醇洗单元系统介质多为甲醇溶液,为了降原料气中的氨洗涤脱除同时做到大大降低体系中的低甲醇损耗、避免污染环境,可将系统管路各点的低水和微量元素。当原料气氨摩尔分数降至1×106点倒淋设备反洗和故障检修时设备及部分管路中的2×10时,排污甲醇基本上可以忽略不计。甲醇溶液统一排入地下污甲醇罐,根据甲醇含水量经2.6控制 Claus气的温度污甲醇泵有选择的送人热再生塔或甲醇水分离塔,回在出界区的气相中, claus气中甲醇含量最高,收其中的甲醇。这样,不仅降低了甲醇损耗和污水排国内一些工程实例中也出现过 Claus气夹带甲醇严放量,同时也消除了因甲醇外泄而造成的环境影响重超标的现象田。除了气液分离效果差引起的气沫夹24优化工艺路线带外,进、出酸性气分高器的 claus气温度偏高也是在低温甲醇洗工艺中净化气中总的硫摩尔分数甲酶含量高的主要原因之一。温度越高,甲醇的饱可降至0.1×106以下,C2体积分数可降至20×106和蒸汽压就越高,对应在气相中的甲醇含量也就越以下,但对生产合成氨,仍需进一步脱除C0、Ar和CH1高带来的损耗必然就越大。不同温度下 Claus气体等残余组分,尤其是含氧化合物,以防止氨合成催化组成见下页表2。剂中毒。如果低温甲醇洗单元后续工序采用液氮洗或通常将2物流的温度控制在-35℃左右,但实深冷分离工艺,不但能使净化气体中的(o-CO3)体积际运行中由于酸性气加热器、酸性气/尾气换热器、分数≤3×10,同时完成配氮过程,并可以回收净化尾气加热器换热管堵塞、结垢和尾气温度偏高等原因煤化工2012年第3期表2不同温度下 Claus气气体组成Clas气温度升高,甲醇损耗加剧。综上所述,随汽提物流温度压力流量组成(体积分数)/%氮量的增加,系统甲醇损耗同尾气温度一样呈现出先/C /kPa /kmolh CHOH C0, N降低后升高的趋势。根据模拟计算并结合实际运行14532034014.0061,401.402320经验,当汽提氮流量使得汽提C0解吸塔塔釜溶液中240280220.0175461.902.601c0)(Hs)在23为宜。2802620.0774.421.8123.702802700.1073.601.8024503结论2802790.3072.601.7025.4050.6071.901.7025.80202802901.3071.101.6026.00通过上述工艺路线调整、优化和各项技术改进可以大大降低低温甲醇洗中甲醇的损耗量,将甲醇损注:1物流为冷却前 Claus气,2物流为冷却后 Claus气。耗控制在0.5kg/t氨(208.3/450000.46kg/t氨)以内,改进后出界区各项物料中甲醇含量如表3所示。造成热负荷偏低,使得2″物流温度升高,系统甲醇损耗迅速攀升。因此可在设计过程中,适当提高上述3台表3改进后出界区各项物料中甲醇含量换热器裕度,以避免2“物流温度高于设计值,甚至在系统冷量充足的情况下,可在1”物流进入酸性气分出界区流量甲醇摩尔分数甲醇损耗/kmol·hi/×10离器前设置1个备用氨冷器来控制 Claus气的温度。CO2产品气1805.427适宜的汽提流量aus低温甲醇洗工艺中,采用氮气汽提的方法实现溶尾气3346.1剂再生、回收系统冷量及浓缩硫化氢,在此过程中,汽合计提氮的流量很关键,并影响着系统甲醇的损耗。由于CO2解吸是个吸热过程,因此在溶剂的再牛过程产生注:年操作时间按7200h计。大量的冷量。汽提氮量越大,CO2解吸越彻底,释放出通过工程设计上不断的摸索、改进、尝试和创新的冷量也越多;但溶剂中溶解的C量是一定的,体一定会使低温甲醇洗工艺的甲醇损耗不断降低,在源系中能够释放的冷量也是一定的,故此随着汽提氮量头上为装置的稳定运行和节能减排奠定基础。的增加,尾气温度呈现出先降低后升高的趋势。显然如果汽提氮量过大,势必造成尾气流量增大、温度升参考文献高。一方面过量的尾气会降低丝网除沫器的除沫效(1]任军平低温甲醉洗装置酸性气体甲醇超标原因及对果,甚至造成气液夹带;同时尾气温度升高,气相中甲簧[J].大氮肥,2008,31(4):238-240醇的含量随之提高,导致甲醇损耗增加;即使假定最2]王峰.低温甲醇洗装置洗涤甲醇消耗偏高的原因及终离开系统的尾气中甲醇含量恒定,甲醇损耗总量也对策[丁].化肥工业,2010,37(2):5962会随着尾气流量增大而增加。反之,如果汽提氮量过[3]陈立.浅析氨在低温甲醇洗装置中的作用[J].化小,又会造成汽提C2解吸塔塔釜溶液屮CO2含量过学工业与工程技术,1997,18(4):29-31大,不仅冷量回收不彻底,同时使热再生塔的负荷和[4]夏尊江郭海彦,隋玉琴.低温甲醇洗工艺中降低甲醇塔顶Caus气流量变大,最终导致酸性气分离器出口消耗的因素分析[J].北方环境,2003,28(2):51Optimization and Improvement on Reducing Methanol Consumption for Rectisol ProcessHao Gaofeng, Lu Guozhi, Yin Junjie and Dong Lixumizhou Branch of Changzheng Engineering Co, Ltd, Lanzhou Gansu 730050, China)Abstract This paper exhibits detail studies on the causes of the methanol loss for a 450, 000 t/rough improving and optimizing the device and process, adding an exhaust gas washing tower and a waste methanol col-lection system, reducing ammonia content in the feed gas, controlling the temperature of the Claus gas and thenitrogenflow for the slripper, the loss of methanol can be controlled below 0.5 kg per ton of ammonia productionKey words Rectisol process, methanol consumption, optimization, improvement