NHD和低温甲醇洗酸性气脱除工艺的比较和选择

第2期(总第135期)煤化工No.2 (Total No 135)2008年4月Coal Chemical IndustApr.2008NID和低温甲醇洗酸性气脱除工艺的比较和选择刘庆(安徽淮化集团有限公司,淮南232038擴要简述了低温甲醇洗工艺技术和ND工艺技术,并将两种工艺进行了技术经济比较,以安徽淮化集团公司30万t/a合成氨项目为实例,重点探讨了低温甲醇洗工艺的先进性和流程配置的灵活性,介绍了低温甲醇洗工艺中塔板数的确定、酸性气中HS浓度的控制、冷量消耗的控制等方法,结合整个合成氨装置能量利用及消耗的优化,对低温甲醇洗工艺进行了经济性评价。关键词酸性气低温甲醇洗NHD比较工艺文章编号:1005-9598(2008)-02-004004中图分类号:TQ54文献标识码:B引言1两种酸性气脱除工艺以煤为原料的化工生产决定了粗合成气中有大11NHD工艺量的酸性气体,如CQ2、HS、COS等,这些酸性气体对合NHD主要成分为聚乙二醇二甲醚,是一种多组分成反应是不利的,必须在进入合成回路前将其脱除。的配方溶剂。我国南化公司于1980年开始对 Selexol脱硫和脱CO2净化工序是合成氨生产的主要组成部法进行研究,在此基础上开发成功NHD工艺,1984年分之一,工艺方案的选择对于整个合成氨装置的经济其气体净化工艺通过了部级鉴定。优点为能耗低、净可靠性有着极其重要的影响。随着煤化工产业的迅猛化度高操作稳定、设备流程较简单,是一种典型的物发展我国在合成气酸性气体脱除方法及工艺上投入理吸收过程溶剂的蒸汽压较低,挥发性小,不需要在了大量的研究力量。CO2的脱除方法大体上可分为3流程中设置洗涤回收溶剂的装置,也不会对后工序造类:化学吸收法物理吸收法及物理化学吸收法。对于成任何损害。长期的运行数据也表明,溶液的损耗很以煤为原料的合成氨原料气,含有大量的CO2(高达低,相当于热钾碱液的1/15。其技术适合于硫化物和45%左右),则以物理吸收法能耗较低而被各方推荐。C2含量较高的煤制气的净化,因此,ND工艺在化肥近几年,加压煤气化工艺,如德士古水煤浆加压气化工业煤化工、碳一化学领域的应用具有广阔的前景。工艺、Shel1粉煤加压煤气化工艺,配套的酸性气体12低温甲醇洗工艺脱除工艺主要有南化公司开发的聚乙二醇二甲醚法低温甲醇洗法( Rectisol法)是20世纪50年代(NHD)工艺和鲁奇、林德公司开发的低温甲醇洗工艺。初由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的,主要用于低温甲醇洗法与ND法所选溶剂对HSCO2选择性吸从变换气中提取高纯度的氢气,从裂解气中提取乙收能力强,在溶剂中C2溶解度大,所需溶剂循环量炔,从鼓风炉煤气中回收高纯度的CO2,从CH4中分离小,能耗较低,在硫化物和c2含量高的煤制气的净c品2,以及从焦炉气中分离苯和环戊烯等。低温甲醇洗化过程逐渐显示出优势。法是典型的物理吸收,优点是随着系统操作压力的提高,循环量会大大减少,可以脱除合成气中多种杂质在-30℃~-70℃的低温下,甲醇能同时脱除气体中收稿日期:2007-12-14HS、C0S、CS、CQ2、NO等,所吸收的杂质可以在再生过作者简介:刘庆(1973-),男,1998年毕业于浙江工业程中加以回收,气体净化度高,净化气体中总硫含量大学化学工程专业,工程师,主要从事化工生产技术管理可脱至0.1×106以下,CO2可净化到10×106以下与开发工作。溶剂具有较高的选择性,CS和HS在低温甲醇中的2008年4月刘庆:NHD和低温甲醇洗酸性气脱除工艺的比较和选择41溶解度分别比C2高3倍和6倍左右,所以酸性气的同的HS酸性气,满足不同硫回收工艺的要求。脱除可以在同一个吸收塔中进行,脱除C0S和HS的13两种工艺技术经济比较溶剂可以采用溶解饱和CQ2的富液,大大降低了溶剂NHD工艺和低温甲醇洗工艺技术经济比较列于循环量,并分别得到纯度极高的2产品气和浓度不表1。衰1NHD工艺和低温甲醇洗工艺技术经济比较项目NHD工艺低温甲醇洗工艺备注脱硫脱碳制冷脱硫、脱碳制冷1.装置能力/td001000100010001000操作压力/MP3.03.03.0操作温度/℃2.装置性能溶液循环量/m3h501210净化气指标CO20.2%20×10净化气指标HS0.1X1063.装置消耗以吨氨计低压蒸汽/kg47050元/t循环冷却水/m150.1元/m0.4元/kWh低压氮气/m30.2元/m3损失原料H/m30.8元4.操作费用/元44.14124.726.379.4619.3合计/元175.165.装置投资/万元4565304350797821184合计/万元8115109666.整个工艺生产成本207.35144.2以吨氨计操作费用/元175.16修理费用/元9.92投资×3.5%管理费用/元投资×1.0%2低温甲醇洗工艺在30万ta合成氨项目作压力。低温甲醇洗工艺流程配置灵活,典型的工艺流程中的应用是五塔流程,示于下页图1。我公司根据实际情况,选低温甲醇洗技术20世纪70年代开始从国外引择了经典的五塔流程。进,在国内的工业化应用上取得了成功,尤其在工程根据进料气条件及净化度要求的不同,可对五塔化方面,在一定的应用条件下,已经和国外水平相当。进行组合,得到四塔甚至三塔流程。组合方案有以下例如中国寰球工程公司在山东华鲁恒升国产化项目3种:中,其拥有自主知识产权的“一头三线应用技术取得(1)如果进料变换气中不含HS,则吸收塔可了成功。低温甲醇洗技术应用国产化的成功也推动消脱硫段,仅剩下上部的脱CO2段;若允许净化气中了相关核心设备国产化的步伐,例如镇海炼化制造的C02体积分数>1%时,则可以取消C4(热再生)塔,成绕管式换热器,已经取得了较好的应用业绩。根据经为四塔流程(即C1、C2、C3、C5塔)。济技术综合比较,结合低温甲醇洗技术、设备、工程化(2)如果装置不需要得到产品CQ2,C2和C3塔可等国产化的程度,我公司在30万t/a合成氨新建项以合并在一起,亦为四塔流程(即cl、C3、C4、C5塔)。目上选择了低温甲醇洗技术,鉴于操作压力对低温甲(3)如果进料气中不含HS,且净化气的净化度要醇洗工艺整体优化的重要性,项目采用5.Ma的操求不高;同时C2不作为产品回收时,则五塔流程可煤化工2008年第2尾气净化气变换气5废水处理C-CO2吸收塔C2-C2产品塔C3-HS浓缩塔c4一甲醇再生塔c5—甲醇/水分离塔E-原料气冷却器E2一循环甲醇冷却器E3-第二贫甲醇冷却器E4—第一贫甲醇冷却器E5一H馏分水冷却器E6一昑S馏分冷交换器E7一甲醇再生塔再沸器E8一甲醇/水分离塔再沸器K1一循环气压缩机V1一进料气体/甲醇水分离器V2一无硫甲醇闪蒸罐V3一含硫甲醇闪蒸罐V4—循环甲醇闪蒸罐V5一贫甲醇收集罐V6-甲醇再生塔回流液分离罐V7-HS馏分分离罐图1低温甲醇洗典型的五塔工艺流程示意图变为三塔流程(即C1、C3、C5塔)。Vs一进塔气中HS流速,m/h;φ一脱除度,%。3低温甲醇洗工艺相关技术参数的确定吸收系数:3.1cI、C2、C3塔上段塔板数的确定Cl塔上段的理论塔板数采用逐板计算的方法确其中,W一塔釜平衡条件下的溶剂量,t/h;定,按自塔釜部至顶部的顺序逐板计算,直至气相中W一塔釜实际采用的溶剂量,t/h的CO2小于所要求达到的净化值。一般吸收系数大和脱除度低(即HS高)时,则理C2、C3塔上段的理论塔板数根据以下因素确定:论板数量减少。(1)产品CO2气中HS和尾气中HS含量控制。32酸性气中HS浓度的控制般控制产品CQ2中含H<1×10°,尾气中排放HS的低温甲醇洗装置可以提供不同浓度的HS酸性流量<25mg/h。气,可以满足WSA、 Clause等不同硫回收装置对酸性2)自C2塔和C3塔的上段塔顶淋酒下的无硫富气中HS浓度的要求。 Clause硫回收工艺要求酸性气甲醇流量大时,排放气中HS含量会下降或可使该塔中HS体积分数约为30%,如达不到时,最好是用提高的理论塔板数减少,反之亦然气提N2量(如自6000/h提高到10000/h)的办法通常此理论塔板数是用图解法得出的。理论塔板实现。从优化能量利用的角度考虑,一般不希望用返数与出塔气体中HS的脱除度和自塔顶淋洒下的无回 Clause馏分气体的办法来提高其进 Clause装置硫富甲醇的数量(以吸收系数体现)有关。其方程式如气体浓度,因为这样会造成外供冷量的增加。下:3.3冷量消耗的确定Vue-k一般系统的冷耗由7个部分组成:(1)换热温度差损失:如在E1中,进料气和排放其中,V一出塔气中B流速,m/h;的尾气、合成气间的换热经济温差定为10℃。进出冷2008年4月刘庆;NHD和低温甲醇洗酸性气脱除工艺的比较和选择区和热区的富、贫甲醇换热(在E9中)的经济温差定4低温甲醇洗工艺在合成有效气消耗上的为6℃-7℃。上述两项温差损失均须外供冷量进行补优势充(2)泵的压送造成的温升,须外供冷量进行补充因为净化工序所影响的范围是从变换到合成,对(3)富甲醇的减压、节流造成的温升,须外供冷量其工艺及经济都应从这一角度来评价。采用热法或进行补充。NHD法加甲烷化流程,在采用低变前提下,一般变换(4)C2、HS的不完全解吸造成的冷量损失。因甲出口C0体积分数为0.3%-0.4%,而ND净化出口C2醇吸收C2、HS的放热和富甲醇解吸CO2、HS的吸热,体积分数为0.2%,相应在甲烷化的过程中要消耗氢;是通过数台换热器的热量交换而相互抵偿的,这就是而低温甲醇洗加液氮洗使合成气中的C0已可忽略不低温甲醇洗流程能耗低的原因。但是,送到热再生系计,而且变换出口的C体积分数容许为1.5%或更统的富甲醇中仍溶解有CO2和HS,其解吸热是靠热高,为变换系统的优化提供了更大的空间。且未转化再生塔的再沸器供给的,从而造成这部分CO2和HS的C0还可以加以回收,设置从液氮洗返回变换前装的解吸热不能通过换热器与吸收热相互抵偿,即出现置,使C0转化率接近100%,且无甲烷化耗氢问题。而cQ2和HS不完全解吸的损失,此部分损失靠外界补氢气来源于煤气化,综合考虑,采用低温甲醇洗加液充的冷量抵偿。为减少外供冷量,则应把送到热再生氮洗净化流程比采用ND法加甲烷化流程每吨氨少系统的富甲醇中所溶解的CO2和BS尽可能降低,这耗煤近100kg,低温甲醇洗装置在投资上比NHD法多也就是富甲醇先采用减压再生,再采用氮气气提再生耗的资金最长5年可以收回。(或采用真空再生)和最后再采用热再生的原因。在此强调一点的是:HS、CO2等 Clause气体返回至C3塔的5结语量越多,则因富甲醇中所溶解的HS、CQ2的吸收热和在合成气净化单元,通过对低温甲醇洗工艺和解吸热不能抵偿的也越多,就需向系统补充更多的冷NHD工艺的比较,以及对低温甲醇洗工艺的深入了量,故一般在原料煤含硫较低或万不得已时,才用此解,我公司在30万t/a合成氨项目气体净化单元选方法来保证 Clause气体中的HS的浓度。择了低温甲醇洗工艺。在项目建设的过程中,我公司(5)系统的冷损失,需外供冷量进行补充,为此须工程技术人员对气体净化单元,尤其是低温甲醇洗工采用高效的保冷材料(如用发泡聚氨酯)以减少系统艺、设备和选材进行了大量的论证。低温甲醇洗装置的冷损失。从技术到设备都可以实现国产化,较之以前,投资已(6)进料气中带入微量N和饱和HO的冷凝与经大大降低,随着低温甲醇洗技术在大氮肥装置中的蒸发损失,需外供冷量进行补充。广泛应用以及工程公司、科研单位对该技术的深入研(7)喷人甲醇造成的冷损失,需外供冷量进行补究,国内对该技术的掌握已经日渐成熟,该技术在煤充化工行业的发展中,将得到更为广泛的应用。Comparison and Selection of Two Acid Gas Removal Processes(Anhui Huaihua Group Co, Ltd, Huainan 232038Abstract The low temperature methanol wash process and the NHd process were described and compared. Inconnection with the 300 000 w/a ammonia project in Anhui Huainan Chemical Group, the advantages and the flexibility ofthe process arrangement for low temperature methanol wash process was discussed in particular. The article also introducedcontrol of CO, concentration in the product gas, the adjustment of Hs concentration in the acid gas, and also themethod for determining the key process parameters such as cold consumption. Consequently, the economic evaluation ofthe low temperature methanol wash process was conducted in combination with the energy utilization and optimization ofconsumption in the whole ammonia plantKey words acid gas, low temperatureol wash, NHD, comparison, technology