低温甲醇净化合成气体的新工艺

2005年第26卷第3期小氮肥设计技术低温甲醇净化合成气体的新工艺薛天祥马明燕(中国寰球工程公司100029)摘要主要介绍“低温甲醇净化合成气体的新工艺”设计的指导思想和设计的特点装置在开车过程出现的问题等。关键词甲醇净化吸收塔新工艺山东华鲁恒升化工股份有限公司大型氮肥低温甲醇净化合成气的工艺流程通常是由装置是我国第一套以水煤浆为原料、采用低温甲吸收塔(T-1001)、CO2产品塔T-1002)、HS浓缩醇净化合成气、日产1000液氨的国产化装置,塔(T-1003)、热再生塔(T-1004)和甲醇/水分离该装置于2004年12月一次开车成功。塔(T-1005)等构成的“五塔流程”,依下游产品的山东华鲁恒升化工股份有限公司大型氮肥不同,吸收塔(T-1001)可设置成一台(即一头一装置的设计,除气化和变换工序外,其它工序均线时)两台(即一头两线时)或三台(即一头三线由中国寰球工程公司承担。时);而CO2产品塔(T-100)、HS浓缩塔1“低温甲醇净化合成气体的新工艺"的特点(T-1003)热再生塔(T-1004)和甲醇/水分离塔用低温甲醇来净化合成气是国内外所公认(-1005)等则均是单系列设置。如果新设计的工的最为经济且净化度又高的净化方法,尤其是对不需要产品CO2气体,则可以取消流程中的煤(水煤浆)或渣(重)油为原料制取合成气的净CO2产品塔(T-1002)即为“四塔流程”;如果今后化采用此方法则效果更佳新设计的工厂不需要产品CO2,且所处理的原料我公司设计的“低温甲醇净化合成气”有其气中不含硫和对净化后的气体中CO2含量要求独到的特点,即在一个工序内既可实现净化合成较低(如允许在3%~5%时)的条件下,不仅可以氨的合成气、合成甲醇的羰基合成气和羰基原料取消流程中的CO2产品塔(T-1002)还可取消流程气(简称一头三线);又可同时实现净化任意的两中的热再生塔(T-1004)即为“三塔流程”。种(简称一头两线)或净化任意一种气体(简称(1)“五塔”的设计参数头一线)(见图1)山东华鲁恒升化工股份有限公司大型氮肥到液氮洗制H2N2气装置中的“低温甲醇净化合成气工序”,为满足变换气T-1001A“一头三线”的要求,吸收塔被设计成3台,其设吸收塔」羰基合成气CO+H(CO/H11:2计参数如下T-1001B①第一吸收塔(T-1001A)和第二吸收塔吸收塔羰基合成气CO+H2(T-1001B)塔型:板式塔吸收塔材料:3.5N低温碳钢T-1002塔径:Φ1800/2200CO3产品塔塔高:~70m(T-T高度)1-1Y日中国煤化i~60d合成氨或CNMHG甲醇/水热再生塔塔型:规整填料塔甲醇/水分离塔材料:Crl8NTi不锈钢明级甲醇净化合成气体新工艺流程框图塔径:Φ1200小氮肥设计技术2005年第26卷塔高:-39m(T-T高度)(HS+COS)≤0.1×106处理能力:可满足8000~16000m/h水煤CO2≤20×106气的气量CH4OH≤25×106③CO2产品塔(T-1002)2“低温甲醇净化合成气体的新工艺”的设计指塔型:板式塔导思想材料:3.5N低温碳钢(1)利用了国内的专利技术和成功经验塔径:Φ2050我们采用了大连理工大学化工学院的“关于塔高:~49.1m(T-T高度)低温甲醇洗”的专利技术,专利号:ZL941014479;处理能力:最大可满足1000d合成氨的ZL941057674,并由他们负责进行“低温甲醇净化气量合成气体的新工艺”装置的物料和热量的衡算。④HS浓缩塔(T-1003)在吸收塔(T-100lA,B)的塔盘设计上,我们塔型:板式塔采用了华东理工大学开发的“一种液体停留时间材料:35N低温碳钢均布的塔盘”的专利技术,专利号:ZL981108938塔径:Φ3100还采用了气体通量与标准浮阀相同并能限制旋塔高:~43.4m(T-T高度)转的方型浮阀,从而改善传质和提高板效率。处理能力:最大可满足1000合成氨的对于用在净化羰基气上的吸收塔气量(T-1001C),因气量小故塔径也小,仅为φ1200⑤热再生塔(T-1004)再采用浮阀塔盘,塔高~70m则设计制造上均是塔型:板式塔相当困难的。为此,我们与天津大学填料与蒸馏材料:碳钢硏究室合作并用规整填料代替浮阀塔盘,使塔髙塔径:Φ34002400降低到~39m。塔高:~2155m(T-T高度)在甲醇/水分离塔(T-1005)的设计上我们采处理能力:最大可满足1000d合成氨的用了浙江工业大学“D-2型带导流装置的塔盘”的气量专利技术,专利号:ZL971038686;ZL971038694,⑥甲醇/水分离塔(T-1005)满足了因开停车频繁造成甲醇/水分离塔塔型:板式塔(T-1005)的处理能力必须提高,从而操作弹性必材料:碳钢须加大的需要。塔径:Φ10002)设备制造国产化塔高:~2247m(T-T高度)①低温塔器的制造处理能力:最大可满足1000合成氨的我们采用了由制造厂直接从国外进口材料气量再由国内进行制造的办法把吸收塔(T-1001)、CO2(2)产品气体所达到的质量要求产品塔(T-1002)、HS浓缩塔(T-1003)等委托大对于净化后的产品气体可达到的质量要求连冰山集团金州重型机器有限公司制造是②缠绕式换热器①氨合成气缠绕式换热器分两种类型:其一是单股流与(H2S+COS)≤01×106多股流换热的缠绕式换热器(共2种4台),认为CO2≤20×10技术难度大,故选择了大连林德工艺装置有限公CHoH≤25×10司制②羰基合成气单股中国煤化工公司负责;其二是换热器(共4种4CNMHHS+COS)≤0.1×10台),和刘旱,则m山日」彼市镇海炼化检修CO2≤2%~5%安装公司制造,而设计则由合肥通用机械研究所CH3OH≤25×106负责。实际上镇海炼化检修安装公司也是有能力③羰制造单股流与多股流换热的缠绕式换热器的。第3期薛天祥,等:低温甲醇净化合成气体的新工艺③低温用泵内部的换冷其冷量已不足,必须靠外部的氨冷补低温用泵共7种14台,除贫甲醇泵(种2充冷量;其二是增加此氨冷器后可缩短系统开车台因其扬量大扬程高而采用了日本新大机的产的时间。在净化生产合成氨用的合成气或在系统品外,其余均是大连耐酸泵厂制造。经使用后性生产正常情况下,可以旁通此氨冷器。能良好。(4)增设溶液过滤器。我们在出冷区、进热区④氨压缩机的富液和出热区、进冷区的贫液等两处增设溶液由于工厂含有甲醇装置且存在合成氨不生过滤器,对循环甲醇液进行过滤。过滤后的溶液产而甲醇单独生产的工况,故“低温甲醇净化合因其悬浮物被滤出而减少了在塔板上和换热器成气体新工艺”装置所耗用的冷量是由一台电机的列管上的沉积,不仅减少了悬浮物对设备的腐驱动的离心式的氨压缩机提供。蚀,同时提高了传质和传热的效率。本氨庆缩机不仅能提供-38℃级别的冷冻量(5)由于本净化装置可同时净化三种不同用供“低温甲醇净化合成气体新工艺”装置使用,还途的原料气体(即在三台吸收塔内完成),而溶液同时可提供-5℃级别的冷冻量以供空分装置使的再生系统则是一套系统就造成了控制回路的用,该氨压缩机是由沈阳鼓风机厂制造。经使用增加,切断阀门增加,给操作带来了麻烦。加之生后,性能良好产合成氨用的合成气管线和生产甲醇用的羰基螺杆式的氨压缩机尽管也可提供-38℃级别合成气管线之间又不允许相互的泄漏(工艺上的的冷冻量,但因液氨挟带有微量的油,且在-38℃要求),因而要求有高质量的阀门来作保证。蒸发时,有可能会固化在氨蒸发的列管上,故不(6)在装置同时进行净化生产甲醇用的羰基予以采用而选择了离心式的氨压缩机。合成气和生产合成氨用的合成气时,要密切的关3“低温甲醇净化合成气体新工艺”的设计应注注产品CO2的质量。尤其在净化生产甲醇用的羰意的几个问题基合成气时,因其原料气中含CO高,将会导致产(1)适当地提高吸收塔(T-1001)的进料气体品CO2中有较多些的微量CO,并有可能影响尿的温度,以使其接近但略高于CO2的露点温度。素装置对产品CO2的要求。通常,当净化生产甲国内某厂此温度很低且在露点温度以下,造成进醇用的羰基合成气的生产负荷(以660d甲醇料气体中CO2的液化,使其在进料气体分离器中计)和净化生产合成氨用的合成气的生产负荷与冷凝的甲醇、水一起被分离造成甲醇/水系统(以1000氨计)为各50%时,产品CO2的纯度操作的紊乱。我们提高进料气体的温度,并把冷不超标,但当净化生产甲醇用的羰基合成气的生却进料气体的尾气之冷量,部分用于冷却吸收塔产负荷(以660d甲醇计)超过50%时将有可能(T-001)脱硫段的无硫甲醇,从而解决了进料气出现产品CO2的纯度超标。体温度过低的弊病。(7)在净化羰基气和甲醇用的羰基合成气时(2)由于净化以前工序的故障,造成本净化应注意对环境的污染。工序开停车的频繁,从而使循环甲醇的水含量煤在高温下气化,煤中的硫多以HS、COS等(正常为:05%)增高,当甲醇中的水含量高于化合物存在于粗煤气中,粗煤气中除含有HS2%时,腐蚀明显的加重。为此,我们用加大到甲C0S外,还含有粉尘以及气化过程所生成的多种醇/水分离塔(T-1005)的给料来解决循环甲醇的化合物等水含量增高的问题。为提高甲醇/水分离塔粗煤气经变换反应后,其中的COs会发生加(T-1005)的处理能力,我们采用了浙江工业大学氢反应生成HS“DJ-2型带导流装置的塔盘的专利技术,从而满足了因开停车频繁造成甲醇/水分离塔(T-1005)成中国煤化下和甲醇用的羰基合的操作弹性必须加大的需要。CNMHG分来自气化工序的粗炜以不又决反应故含有较高的(3)在出吸收塔(T-1001)下段釜部引出的含COs,C0s在低温甲醇中的溶解度是低于HS,造硫甲醇的预冷系统中增加一台氨冷器,其目的有成吸收塔下部的脱硫段塔板数的增加。:号化生产甲醇用的羰基合成气时仅靠另外,从热再生塔(T-0)(下转第14页)小氮肥设计技术005年第26卷由上述公式可知,使涡轮机最大化节电,需5结语做如下工作:(1)改善涡轮机组的现状,除加大宣传力度(1)加大溶剂的循环流量(Q),保证涡轮机组外,还应引入竞争机制,希望设计和制造涡轮机满负荷运行。组的企业主动参与市场竞争,并加强售后服务。(2)提高进出口压差(△H),一般只能根据另外,离合器应大力实现国产化,涡轮机组供货生产情况适时调低出口压力。另外,涡轮机配管周期才能大大缩短。也非常重要,选择较大口径的进出口管及减少弯(2)根据企业具体工况配置,通过优化工艺头,以降低流体阻力。管理及加强涡轮机组的维护保养等,完全可以使(3)选择较高效率(n)的涡轮机也非常关涡轮机组长周期稳定运行。键(收稿日期:2005-04-08)(上接第3页)顶逸出的含HS+COS+CO2等酸性温度偏低。其原因是由于蒸汽压力低,仅为气体,被送到克劳斯硫回收工序作原料气。在此027MPa(设计值为:035MPa)。当提高蒸汽的压工序,原料气经燃烧炉再经各级转化器、并在其力后,T-1004的塔釜温度即升高,使甲醇处于沸催化剂床上发生克劳斯反应而把HS转化为单腾,在沸腾状态下,HS在甲醇中的溶解度为零。体S而予以回收。原料气中COS是十分稳定的,从而使进T-1001B塔塔顶的低温净甲醇中不再它无变化地通过各级转化器的催化剂床最后随溶有HS,才有可能使塔顶排气中的H2S降到尾气排到大气,造成对大气的污染。由于净化羰01×10基气时,其原料气是全部来自气化工序的粗煤(3)控制系统中的修改建议气,净化甲醇用的羰基合成气时,其原料气是部①T-1001A和T-1001B排出的无硫和含硫分来自气化工序的粗煤气,所用粗煤气的量越大甲醇的液位调节不稳定,将PCV阀改为HV阀可(带进的COS越多)、变换气的量越小则对环境能会更好。所造成的污染也就越大。②出T-1001B气体的在线自动分析仪4开车小节AT-1011B的量程只满足了合成氨工况而不能满尽管本工序的流程是顺利地打通,但开车过足甲醇工况,因此最好再加一台满足甲醇工况的程中仍遇到不少的问题,现记录如下。在线分析仪并能切换使用(1)控制阀门的质量必须保证③在线分析AT-1010的位置装在了去火炬为了实现在DCS上能对不同操作工况的自的管道之后,起不到监测作用,应装在去火炬的动切换,我们将T-1001A和T-100B塔的进出口管道之前。切断阀都设计为可自动控制的调节阀,而现场5结束语所装的调节阀质量差、内漏,造成该切断的系统山东华鲁恒升化工股份有限公司大型氮却切不断。肥装置是我国第一套以水煤浆为原料、采用低如在刚开车时,将来自变换工序的变换气仅温甲醇净化合成气、日产1000液氨的国产化导T-100B(T-1001A切出,并用N2气保压)。装置。它的一次开车成功并生产出合格产品但由于进T-1001A塔顶的低温净甲醇调节阀门标志着我公司有依靠国内已有的知识产权、进出现了内漏,使冷甲醇漏到T-1001A中,造成行自行设计的能力。今后我们完全可以按业主T-1001B系统降温较慢。为此,采购时应特别强调提出的要求进行设计,设备国产化,性能指标和注意阀门的内漏问题,并考虑在比较重要的部先进中国煤化工位,将调节阀前后加切断阀。CNMHG精良的设计提交(2)热再生塔(T-1004)再沸器的供汽压力必给每一用户。中国寰球工程公司的质量方针是:须达到设计压力优质兴业、八方受益、精益求精、用户满意”。T-1001B塔开始导气后,净化气中的HS含(收稿日期:2005-03-28)量曾粳不合格,其原因是T-1004塔塔釜