低温甲醇洗装置的设计改进及运行评价

2010年6月瓦un2010第33卷第3期arge Scale Nitrogenous Fertilizer Industry低温甲醇洗装置的设计改进及运行评价庄光山赵新江(山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州,253024)擴要介绍低温甲醇洗国产化工艺的第一次扩能改造情况。在总结现有低温甲醇洗装置实际运行经验的基础上,针对扩能改造的瓶颈问题和对冷量平衡的深入研究,制定改造设计方案。项目实施后,低温甲醇洗再生系统处理量超出原设计54%,各项指标正常,达到扩能增产的要求。关键词低温甲醇洗扩能改造运行评价山东华鲁恒升化工股份有限公司洁净煤气化下一个工序进一步精制甲醇项目采用国产低温甲醇洗工艺,设计能力为由贫甲醇泵送出的贫甲醇液经水冷器冷却300k/a合成氨。200年12月新增200ku/a醋酸后,一小部分去原料气冷却器前作为原料气喷淋项目,由甲醇洗配套对醋酸原料气CO进行精制。甲醇,大部分冷却后进入二氧化碳吸收塔顶部吸设计方案是新增1台精制CO气体的吸收塔和原收原料气中的CO2。吸收CO2气体后甲醇溶液温度二氧化碳吸收塔并联操作,新增一氧化碳精制塔升高,引出塔外进一步降温后返回塔内继续吸收。的富甲醇溶液回收至原再生系统进行处理。大量13H2的回收新增富甲醇溶液进人再生系统,超出了原再生系出二氧化碳吸收塔上塔底部的富二氧化碳甲统设计处理能力,产生甲醇再生不完全、系统冷量醇液,一部分进入下塔脱除原料气中的HS,另不匹配等相关问题,导致贫甲醇温度升髙,净化度部分经降温后进入无硫甲醇闪蒸罐。二氧化碳吸下降,产品气超标等,必须对原甲醇洗再生系统进收塔底部的富HS甲醇液经降温冷却后,进人含行扩能改造,增大再生系统的处理能力,使甲醇洗硫甲醇闪蒸罐;出无硫甲醇闪蒸罐和含硫甲醇闪装置的吸收与再生系统能力相匹配。蒸罐的闪蒸气混合后,进入循环气压缩机进行压缩,压缩后的气体返回原料气冷却器前的原料气原设计工艺流程简述管线进行回收11原料气的预冷14CO2产品的制取来自变换工号的变换气与来自循环气压缩机经无硫甲醇闪蒸罐闪蒸后的富甲醇溶液在二的循环H2混合,混合气体进入原料气冷却器壳氧化碳产品塔内进行减压解吸,解吸出的CO2气程,被3股流体(合成气、CO2气、放空尾气)冷却之经复热后送尿素界区,多余气体进入硫化氢浓缩后进分离器,分离出的冷凝液送往甲醇/水分离塔塔塔顶的放空管线中。进行精馏,出分离塔的气体进入二氧化碳吸收塔1HS的浓缩进行脱硫脱碳。HS的浓缩在硫化氢浓缩塔中完成,硫化氢浓12原料气中的CO2HS等组分的脱除缩塔塔顶的尾气与来自二氧化碳产品塔的CO2气进入二氧化碳吸收塔的原料气在下塔与来自上塔的富二氧化碳甲醇溶液接触,以除去原料气收稿日期2009-11-30;收到修改稿日期:201005-19。中的HS、COS等组分;脱除掉HS的原料气进入作中国煤化工A高级工程师。195二氧化碳吸收塔上塔,与贫甲醇逆流接触除去份有限CNMH东华鲁恒升化工股CO2,从二氧化碳吸收塔塔顶出来的净化气被送到802; E-mail zhuanggsh@hI-he182瓦留2010年第33卷体汇合后经原料气冷却器回收冷量后放入大气。22设计思路为了使硫化氢浓缩塔送往甲醇再生塔的甲醇液中由表1可以看出,改造前后原料气进入甲醇HS得到充分的浓缩,向硫化氢浓缩塔底部通入气洗的组分发生了很大变化,主要区别是煤气中的提氮进行气提。CO含量高而CO2含量低,进入一氧化碳精制塔的16甲醇溶液的再生和富HS气体的获得CO2含量比变换气下降了25个百分点,而CO则经硫化氢浓缩塔浓缩后的甲醇溶液进甲醇再比变换气上升了44个百分点。根据享利定律,CO2生塔进行再生,出甲醇再生塔塔顶的再生气经冷和HS的溶解度分别随着CO2和HS分压的升高却分离后送硫磺回收装量生产硫磺产品。和温度的降低而增加,所以在一氧化碳精制塔内17甲醇/水分离的吸收过程中,一是造成吸收后的富甲醇中CO来自分离器的甲醇/水混合物,进人甲醇/水的溶解量减少,二是煤气中CO分压高而使CO气分离塔进行精馏。塔顶气相蒸汽返回至甲醇再生体溶解量上升。塔回收热量,塔底的废水送入回收装置。原料气中CO2含量低、CO含量高对低温甲醇洗系统影响较大,主要有以下3点:2改造方案1)使CO2产品气量下降而影响尿素系统负2.1设计基础荷,若维持尿素系统负荷不变,则必须提高甲醇洗低温甲醇洗的改造立足于自主创新,改造设装置的CO2气体回收率来解决。同时因富甲醇中计依据是原始设计低温甲醇洗数据和实际生产运溶解的CO含量升高,造成CO2产品气中CO含量行数据,主要解决再生系统增容后的瓶颈环节,重升高,使CO2产品气质量下降,影响尿素装置正常点是冷量平衡和物流平衡。扩能后消耗不高于原运行。设计值,主要物流技术指标与原设计相当,流程模2)原料气中CO2含量低,造成富甲醇溶液中式切换灵活,改造后不降低装置的可靠性和稳定CO2含量降低,单位循环甲醇的过冷度下降,使解性,装置投产后不产生新的污染源,设计数据见吸后的甲醇溶液温度升高2。由于进吸收塔贫甲醇表1。温度升高,使其吸收能力下降。表1进二氧化碳吸收塔变换气和进一氧化碳精制塔的煤气指标原料气进甲醇洗组分体积含量,%备流量/m3hH贫甲醇1kgh二氧化碳吸收塔产氨合成气1547581545400434200401003501516746氧化碳精制塔产CO气体45.7135081745750003)再生系统增加75000kg/h甲醇循环量后,m/mh;:②降液管中液体流速小于0.m/s;③降总循环量达到241746kg/h,超出原设计再生系统液管中液层高度小于板间距的一半;④液体在降负荷45%,当富甲醇减压再生时,气体大量解吸使液管中的停留时间3-5s;⑤液体在降液管中抛出再生系统超过设计压力。距离与堰宽之比大于60%;⑥雾沫夹带量1kg气23改造方案体小于01kg液体3。按再生系统负荷增大后的数通过采用高、中、低3种生产负荷及夏季高温据计算,在二氧化碳产品塔内液体在降液管中停环境下36组数据对全流程物料及冷量进行对比留时间为38s,而降液管流速为04m/s,大于规模拟工艺计算后,需要首先解决甲醇循环量的问定的01m/s,但查气液负荷图操作点都在液泛线题。当一氧化碳精制塔的富甲醇回到系统后,系统内;硫化氢浓缩塔的负荷变化最大,需要解决硫化内各甲醇泵循环量经计算均比设计值增加30%左氢浓缩塔压力超设计压力的问题;再生塔底部液右,原甲醇泵输送能力不能满足要求,各需要并联体在降液管中停留时间为3s,流速0.15m/s,需要1台甲泵运行:系统循环量增大后经计算流速增加中国煤化工操作点处于可不大于2m/s,原有管线满足扩能需要。行范达到液泛线边塔设备的流体力学性能判断一般以下面6个缘CNMH改造才能够保证条件为依据:①塔板上溢流强度一般小于80-100精馏指标。综上所述,再生系统的塔器增产后已经第3期庄光山等.低温甲醇洗装置的设计改进及运行评价没有设计余度,处于操作线边缘,需要在改造中落实解决。改造后流程见图1去液氮洗工序去硫回收合成气碳产品塔氮气!原料气氢气压缩机二级闪蒸罐一------------图1低温甲醇洗改造前后工艺流程(虚线为改造部分)3扩能改造后运行评价足增产后高负荷工况的要求。3.1测试过程及数据对比增产改造对再生系统的改善非常明显,硫化低温甲醇洗增产改造项目于200年5月17氢浓缩塔、再生塔、脱水塔再生效果较好,能够保日竣工投产,经系统优化调整,2009年6月13日证高负荷生产,彻底解决了硫化氢浓缩塔超压的进行了系统测试工作,以检验增产改造的效果、摸问题。对比测试数据可以发现,在加负荷过程中,索设备运行的工艺条件、暴露存在的问题,为以后硫化氢浓缩塔和再生塔的压力稳定,另外再生塔系统稳定运行积累工艺数据和操作经验。新再沸器的投用也使得甲醇的热再生效果得到了调整二氧化碳吸收塔负荷148100m3/h,一氧保证。化碳精制塔负荷40000m3h,甲醇洗系统总气量对于改造的富甲醇闪蒸系统,二级闪蒸罐处达到188900m}/h,达到扩能改造后设计要求的理含硫富甲醇52th,消耗无硫甲醇约55t/h,经895%。总甲醇循环量257t/h,达到再生系统设计过洗涤后的二级闪蒸罐的尾气完全能够达到排放负荷的154%,进二氧化碳吸收塔的贫甲醇温大气标准,见表3。测试前后系统水含量没有明显度-60.7℃左右。系统稳定17h后,于6月14日的上涨,表明脱水塔满足增产后工况的脱水要求。17:00开始减负荷,由于后工序产能限制,没有测表3硫化氢浓缩塔尾气分析数据试改造后的最高设计负荷(211071m3/h)。测试期分析项目改造前改造后间系统运行结果见表2HO,+A表2测试期间系统运行关键数据统计28原设计改造后效率,%低温甲醇洗进口CHe15475818890012280.16总气量/m3h总甲醇循环量thHs, x10吸收贫甲醇温度/C65.9CHOH,×1060.7硫化氢浓编塔表压力MPa00热再生塔表压力/MPa4存在的问题和分析3.2测试结论4.1甲醇洗冷量消耗无法有效补充测试中可以看出,在二氧化碳吸收塔负荷较M凵中国煤化工的情况下,单纯高的情况下,系统的温度上涨不明显,系统还有较增加CNMHG再生系统的影响大的吸收潜力,甲醇洗系统冷量充足,完全能够满较大,甲醇冼冷量消尢法得到有效补充,系统温2010年第33卷度上涨明显,这与理论分析结论一致。所以在系统蒸罐尾气的无硫甲醇流量,防止影响CO2的产量。髙负荷生产的情况下,优先保持二氧化碳吸收塔3)提高二氧化碳产品塔操作压力,减少COH2负荷在高限,逐步增加一氧化碳精制塔的负荷,才等组分在塔内的闪蒸量,提高CO2产品气纯度。能保证系统的冷量平衡稳定。43冰机负荷增加42产品CO2质量下降系统负荷增加后,甲醇洗系统个别氨冷器加氧化碳精制塔负荷增加后,CO2产品质量氨困难,出现阀门全开但无液位的情况,将冰机省有所下降,通过表4分析数据可以看出,CO2产品功器表压力由350kPa提高至5026kPa后情况好中的C0含量由测试前的0.23%左右上涨至转,说明负荷增加后,需要冰机提供更多的冷量来04%,CO2纯度略有下降。补充系统冷量的损失。表4产品CO2分析分析项目改造前改造后5结束语低温甲醇洗再生系统增产改造效果明显,基O+Ar0.59本达到了预期设计目标,为合理优化工艺生产、提0.23高装置性能提供了保证。随着负荷的增加,需要对9850低温甲醇洗系统的运行继续进行探索和研究,进HS+COS,×1023+0093.56+0.12一步优化并解决增产改造后所暴露出来的问题,CHOH,x10°为国内低温甲醇洗技术的应用与提高提供有益的分析原因主要是一氧化碳精制塔的原料气中经验。CO含量高达45.7%,洗涤后的富甲醇在二氧化碳参考文献产品塔闪蒸时解吸了较多的CO,使得产品CO2气1王志华大型合成氨装置进一步增产改造的探讨大氮肥,1992体成分受到了影响。在工艺操作上,采取以下方法(2):45-47进行优化控制2韩广明,张丽,薛援低温甲醇洗系统改造方案探讨大氮肥,2006,29(6):371-3731)降低中压区操作表压力175MPa,使更多3时均,汪家鼎,余国琮等化工T程手册.第二版.上卷.北京的CO和H2在闪蒸罐得到解析。化学工业出版社,199614262)在满足硫化氢浓缩塔负荷的前提下,减少4丁武松,宁平.低温甲醇洗热再生系统存在的冋题及改进措去新闪蒸罐的甲醇流量,可以减少用于洗涤新闪施化学工业,2005(5)DESIGN REVAMP AND RUNNING EVALUATION OF RECTISOL UNITZhuang Guangshan, Zhao XinjiangShandong Hualu-Hengsheng Chemical Co, Ltd, Dezhou, 253024)Abstract This paper introduced the vamp of the first capacity-expansion of Rectisol em-ploying the nationalized process technology. Based upon the actual running experience of existing Rectisol units, the bottlenecking problems in capacity expansion and cool balance aredeeply studied, the revamp scheme formulated. After the implementation, the handling capacityof Rectisol regenerative system is 54% higher than that in the original design and each and every targets normal meeting the requirement for capacity-expansion and output-incrementKey Words: Rectisol; capacity-expansion; running evalua欢迎投搞、欢迎订阅YH中国煤化工CNMHG