全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺技术比较

化肥工业第40卷第4期全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺技术比较齐胜远(中石化炼化工程集团〕股份有限公司北京10009)摘要系统分析比较了全贫液低温甲醇洗吸收流程与丰贫液低温甲醇洗吸收流程之间的沆程设置特点、关键运行参数、消耗、技术经济指标,得出2种流程的优势和劣势。低温甲醇洗工芑嗄收流程的选择需综合考虑能耗、装置规模和投資、可操作性等因素。全贫液低温甲醇洗流程适合中、小规模的合成气装置,半贫液低温甲醇洗流程适合中、大規模的合成气装置关键词低温甲醇洗全贫液半贫液消耗指标Comparison of process Technology for Low-Temperature MethanolWash with Fully Lean Liquid and Semi-Lean liquidQi ShengyuanSINOPEC Engineering Group) Co, Ltd. Beijing 100029)Abstract A comparison by systematic analysis is made of the absorption process of fully lean andsemi-lean liquid low-temperature methanol wash, listing their process set-up characteristics, keoperation parameters, consumption, techno-economic indices, so as to find out their superiority andinferiority. The choice of the processes needs to consider comprehensively such factors as energyconsumption, scale of the unit, investment and operability. The fully lean liquid wash is adaptable tomedium and small-scale syngas units, while the semi-lean liquid wash to medium and large-scalesyngas unitsKeywords low-temperature methanol wash fully lean liquid semi-lean liquid consumptionindices低温甲醇洗工艺是典型的物理法气体净化技冷却、酸性气洗涤脱除(吸收)、中压闪蒸回收有术,采用低温甲醇作为吸收溶剂,利用低温下CO2效气、低压闪蒸回收CO2、H2S汽提富集、甲醇热和H2S等酸性气在甲醇中溶解度极大的特性脱再生及尾气洗涤放空等过程。除粗合成气中的CO2,H2S及COs等酸性气。根全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺流程如图据吸收塔脱碳段吸收溶剂的不同,低温甲醇洗工所示。艺分为全贫液吸收流程和半贫液吸收流程。全贫原料气冷却:来自上游CO变换装置40℃左液吸收流程仅用贫甲醇作为吸收塔脱碳段的吸收右的粗合成气直接进入洗氨塔,经锅炉给水洗涤溶剂,而半贫液吸收流程则采用贫甲醇和低压闪脱除NH3后的粗合成气中喷入一小股甲醇后,与蒸后的半贫甲醇作为吸收塔脱碳段的吸收溶剂。尾气、CO2气净化气3种冷气体在绕管式换热器工艺流程中换热冷却至-20℃以下,然后在气液分离罐中分离出冷凝的水及甲醇,液相被送往甲醇/水分馏常规的低温甲醇洗工艺流程主要包括原料气塔处理,气相送入吸收塔。作者简介:齐胜远(1966—),男,高级工程师,中石化炼化工程(集团)股份有限公司发展计划部主任,从事石油化工、煤化工、天然气化工等相关发展规划、投资计划管理工作;010-64998179,qisy@ sInope,com2013年8月齐胜远:全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺技术比较尾气CO2净化气半贫液脱盐水全贫液冷却水甲醇/水分馏塔尾气洗涤塔产品塔低压蒸汽中压蒸汽吸收塔热再生塔锅炉给水四洗氨冷凝液废水图1全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺流程酸性气洗涤脱除(吸收):冷却后的原料气从甲醇的冷源。底部进入吸收塔,自下而上与甲醇吸收溶剂逆流甲醇热再生:为了使合成气的净化度达到较接触以达到净化目的。吸收塔下段为脱硫段,吸高指标,需在吸收塔顶部加入贫甲醇作为吸收溶收溶剂为来自脱碳段底部的含碳甲醇;吸收塔上剂,故需对富甲醇进行热再生,使之成为干净的贫段为脱碳段,吸收溶剂为贫甲醇。由于吸收CO2甲醇。汽提后的富甲醇经换热升温后进入热再生所产生的溶解热使甲醇升温,故需从塔中段抽出塔,采用蒸汽加热汽提的方式达到从富甲醇中脱部分甲醇,利用冷却剂丙烯或冷甲醇进行换热除酸性气的目的;同时,为了保证贫甲醇中的水含冷却。量,热再生塔塔底的部分甲醇被送往甲醇/水分馏中压闪蒸回收有效气:由于H2,CO等有效气塔中,以蒸汽加热汽提的方式分离水分。在低温甲醇中也有一定的溶解性,为了降低有效尾气洗涤放空:为满足废气排放的环保要求气的损失,在进行CO2低压闪蒸及H2S汽提富集及减少系统甲醇的损耗,低温甲醇洗装置设置了之前,先将吸收了酸性气的富甲醇换热冷却至专门的尾气洗涤塔,用脱盐水洗涤尾气,将尾气中定温度,然后进行中压闪蒸,使溶解于甲醇中的绝的甲醇含量控制在允许范围内。大部分有效气闪蒸出来并通过循环气压缩机送回半贫液低温甲醇洗吸收流程与全贫液低温甲原料气中。中压闪蒸系统设置2台闪蒸罐,1台醇洗吸收流程的系统设置基本一致,最大的区别用于闪蒸脱碳段的富甲醇(不含H2S),另1台用在于全贫液吸收流程仅用贫甲醇作为吸收塔脱碳于闪蒸脱硫段的富甲醇(含H2S)。段的吸收溶剂,而半贫液吸收流程在吸收塔的脱低压闪蒸回收CO2:为了回收酸性气中的碳段上部多了一股来自低压闪蒸系统的半贫甲醇CO2,经中压闪蒸回收有效气后的富甲醇被送至未饱和的富CO2甲醇)作为吸收溶剂,相应多了CO2产品塔进一步减压闪蒸,大部分CO2被闪蒸1套半贫甲醇吸收、闪蒸循环系统,其换热系统略出来作为CO2产品气。显复杂。H2S汽提富集:为了降低富甲醇中的CO2含量、提高H2S含量,在富甲醇进入热再生塔前用2主要技术指标对比低压N2对CO2进行汽提。H2S汽提富集过程是为了统一对比基准,对国内2套选用 Linde全系统温度较低的部分,为了回收冷量,从H2S工艺技术、分别采用全贫液吸收流程和半贫液吸富集塔中部抽岀冷甲醇作为贫甲醇和吸收塔抽岀收流程的90kυa煤制甲醇项目低温甲醇洗装置化肥工业第40卷第4期进行技术对比分析表1全贫液、半贫液吸收流程甲醇循环量对比2.1原料气条件半贫液吸收全贫液吸收煤气化装置采用CE水煤浆气化技术,进入流程低温甲醇洗装置的原料气组成(体积分数):COCO2吸收段21.55%,H246.01%,CO231.41%,CH40.04%,Ar贫甲醇流量/(t·h-)0.10%,N2O.29%,H2S0.39%,C0s0.01%,NH贫甲醇温度/℃半贫甲醇流量/(t·h1)001%,H2O0.19%;原料气流量为393900m7h,半贫甲醇温度℃60.8温度40℃,压力5.50MPa(表压,下同)。半贫甲醇中CO2物质的量分数%22关键运行参数分析底部富甲醇中CO2物质的量分数/%-29.0-26.62.2.1甲醇循环量底部富甲醇温度/C-18.015全贫液、半贫液吸收流程甲醇循环量对比见H5吸收段326表1。富CO2甲醇流量/(th)从表1可看出:半贫液吸收流程进入吸收塔化的回收冷、热量,低温甲醇洗流程的换热管网较CO2吸收段的贫甲醇流量小于全贫液吸收流程,复杂。半贫液吸收流程的甲醇循环系统中多了但多了一股半贫甲醇作为吸收塔CO2吸收段吸股半贫液整个换热系统如自身的冷量回收及外收溶剂。在CO2吸收部分,半贫液吸收流程的甲部冷量的补充换热方面略不同于全贫液吸收流醇循环总量大于全贫液吸收流程。程。半贫液吸收流程有利于降低系统温度,使进2.2.2冷量消耗入吸收塔的贫甲醇温度更低,有利于提高甲醇的在低温甲醇洗工艺流程中除自身冷量回收溶解度";:同时由于单位质量甲醇中溶解的CO2外,还需外界补充-40℃的冷量。甲醇吸收CO多使富甲醇在低压闪蒸及汽提闪蒸时可达到更等酸性气是放热过程酸性气从甲醇中解吸是吸低的温度,通过冷、热甲醇换热,可使吸收塔的甲热过程,且在同一压力下甲醇吸收剂温度越低醇温度更低,进而减少了系统中贫甲醇的循环量,CO2等酸性气的溶解度就越大,所需的甲醇吸收降低了冷量消耗。由表2可看出:全贫液吸收流剂循环量就越少。因此,为了降低装置能耗,最大程冷量消耗大于半贫液吸收流程。表2全贫液、半贫液吸收流程冷量消耗对比用途冷量消耗kW全贫液吸收流程甲醇深冷器用于吸收塔脱碳段抽出甲醇的冷却l809富甲醇深冷器用于富CO2甲醇中压闪蒸前的冷却3434贫甲醇深冷器用于贫甲醇的冷却2427酸性气深冷器用于酸性气(克劳斯气)送硫回收装置前的冷却7930半贫液吸收流程甲醇深冷器用于吸收塔脱碳段抽出甲醇的冷却富甲醇深冷器I用于富CO2甲醇中压闪蒸前的冷却富甲醇深冷器Ⅱ用于富H2S甲醇中压闪蒸前的冷却酸性气深冷器用于酸性气(克劳斯气)送硫回收装置前的冷却509522.3关键设备尺寸量。半贫液吸收流程的贫甲醇流量小,意味着进由于系统中甲醇循环量的不同导致2种装入热再生系统的甲醇循环量小,相应热再生塔甲置的塔径略有不同。吸收和闪蒸部分的塔径基本醇/水分馏塔的塔径比全贫液吸收流程的小很多。相当,主要是因为液相流量不同,但气相流量由于装置产生的尾气和CO2量相当,故尾气洗涤致,而决定该部分塔器直径的关键参数为气相流塔和CO2洗涤塔塔径一致(表3)。2013年8月齐胜远:全贫液、半贫液低温甲醇洗工艺技术比较表3全贫液、半贫液吸收流程关键设备塔径对比/mm2.3消耗指标设备名称半贫液吸收流程全贫液吸收流程全贫液、半贫液吸收流程工艺消耗和能耗指吸收塔40004200标对比见表4。CO2产品塔中2800低温甲醇洗装置的消耗主要为冷量、低压蒸H2S富集塔4000d4000汽、中压蒸汽、循环水、电、低压N2、锅炉水、甲醇热冉生塔中360/5200φ4200/中5800等,在总能耗中的比重从高到低的排序为低压甲醇/水分馏塔◆1400φ21002000N2冷量、电量、低压蒸汽、中压蒸汽、循环水。尾气洗涤塔中3200含硫甲醇进入热再生系统前需采用N2汽提CO2洗涤塔3000中3000以提高富甲醇中H2S相对于CO2的含量。N2消表4全贫液、半贫液吸收流程工艺消耗和能耗指标对比消耗值100°有效气(H2+CO)能耗(能耗占比/%项目规格全贫液吸收半贫液吸收全贫液吸收半贫液吸收全贫液吸收半贫液吸收流程流程流程流程流程流程低压蒸汽0.5MPa,l80℃16.8th11.4th0.18230.123718.26中压蒸汽1.0MPa,280℃8.10vh6.45Uh0.09690.0771锅炉给水7.5MPa,40℃4.2Uh0.00610.00610.610.74脱盐水0.5MPa,40℃7.4Uh7.4th0.00260.00260.260.32循环水45MPa,30℃-0℃805th555U/h0.01270.0087电(泵6kV/380V2750kW2915kW0.1120.119314.46电(循环气压缩机)6kV/380V755kW0.04303.095.21低压N20.65MPa,35℃13000m3/h12000m3/h0.30680.2832仪表空气05-0.7MPa,40℃220m3h230m3/h0.00130.00140.130.17冷量40℃7930kW5095kW0.240.1558甲醇损失55 kg/h52 kg/h0.00410.00380.410.47耗量与进入H2S富集塔的富甲醇量和温度等有器,其中热再生塔塔底再沸器采用0.5MPa等级关,全贫液吸收流程贫甲醇循环量大,其N2消耗蒸汽,甲醇/水分馏塔塔底再沸器采用1.0MPa等量相对略大21级蒸汽。蒸汽的消耗量与进入热再生系统的甲醇冷量消耗大小是衡量低温甲醇洗装置能耗的流量有很大的关系,半贫液吸收流程由于贫甲醇核心指标。半贫液吸收流程由于减少了系统中甲循环量小,故其热再生所需的蒸汽量较少。醇的循环量,因而大幅降低了冷量消耗。循环水消耗主要在于热再生系统的塔顶冷凝电量消耗主要用于甲醇循环输送和闪蒸气循器及贫甲醇的冷却,因此贫甲醇循环量少,意味着环压缩。半贫液吸收流程的贫甲醇泵、富甲醇泵循环水消耗量也少3的耗电量少于全贫液吸收流程,但由于多了1股低温甲醇洗装置的甲醇损耗主要为净化气半贫甲醇作为吸收塔脱碳段的吸收溶剂,多1组尾气、CO2和废水中夹带排出系统,尾气和CO2半贫甲醇泵,且该泵与贫甲醇泵类似,所以其总电排放前设有水洗塔回收甲醇,系统温度低可降低量消耗大于全贫液吸收流程。在流程设置相近、净化气中的甲醇饱和蒸气压,进而降低系统甲醇有效气回收率一致的前提下,闪蒸气循环压缩的消耗。半贫液吸收流程甲醇吸收液温度低,故甲电耗完全取决于甲醇循环量,所有吸收酸性气后醇损耗略少。的富甲醇都需经中压闪蒸回收有效气后再进入低综上所述,全贫液吸收流程的蒸汽、循环水、压闪蒸、N2汽提系统,半贫液吸收流程的总甲醇冷量、甲醇等消耗高于半贫液吸收流程而其电耗循环量大,闪蒸出的闪蒸气量也大,闪蒸气循环压则略低。按《石油化工设计能耗计算标准》缩的电耗也相应增加。(GB/T50441-2007)计算,全贫液、半贫液吸收蒸汽消耗主要用于甲醇热再生系统的再沸流程1000m3有效气(H2+CO)的能耗分别为化肥工业第40卷第4期0986GJ和0.8247GJ,半贫液吸收流程用于收流程多,使CO2吸收、低压闪蒸系统的换热系大型化装置中更利于节能。统设备、管道尺寸较大,并多了1套半贫甲醇泵2.4流程设置及投资对比(1开1备)及相关输送管道、控制系统。全贫液、半贫液吸收流程的流程设置对比见由于全贫液工艺流程贫液循环量大,导致后表5续热再生系统负荷增大,热再生系统、贫甲醇输半贫液吸收流程多了1股半贫甲醇溶液作为送、贫甲醇换热系统的设备、管道尺寸较大,且由吸收溶液虽然贫甲醇循环量比全贫液吸收流程于所有富甲醇都进入H2S富集塔进行N2汽提,减少,但CO2吸收部分的甲醇循环量较全贫液吸导致富甲醇泵的规格略大。表5全贫液、半贫液吸收流程的流程设置对比半贫液吸收流程全贫液吸收流程材料选用原料气冷却系统设备规格相同设备规格相同低温碳钢、不锈钢吸收系统吸收塔规格相同侧线抽出溶液换热设备吸收塔规格相同,侧线抽出溶液换热设备不锈钢低温碳钢规格较大规格较小中压闪蒸系统设备规格相同设备规格相同低温碳钢CO2闪蒸系统流程设置相对复杂,多1套半贫甲醇液循不锈钢环系统流程设置相对简单H2S富集塔塔径相同塔抽出溶液换热设H2S富集塔塔径相同,侧线抽出溶液换热H2S富集系统不锈钢备规格较小设备规格较大热再生系统设备规格较小设备规格较大碳钢尾气洗涤系统设备规格相同设备规格相同碳钢、不锈钢换热网络换热管网相对略复杂换热管网相对简单碳钢、低温碳钢、不锈钢由于半贫液吸收流程多了1股半贫甲醇,并投资高5%~10%,则900kUa煤制甲醇装置低且CO2吸收部分的甲醇循环量较全贫液吸收流温甲醇洗单元投资高1500万元左右。程大、甲醇温度更低,因此,其换热管网相对复25操作费用对比杂全贫液、半贫液吸收流程的操作费用对比见相比于全贫液吸收流程,半贫液吸收流程总表6。表6全贫液、半贫液吸收流程的操作费用对比全贫液吸收流程半贫液吸收流程项目单价小时消耗量年操作费用/万元小时消耗量年操作费用/万元低压蒸汽110.00元/t16.8t1478.4011.4t1003.20中压蒸汽130.00元/t8.10t6.45t670.80锅炉给水25.00元/脱盐水9.50元/t7.4t7.4t循环水0.24元/t8051154.565551106.56电(泵)0.58元/(kW·h)2750kW·h1276.002915kW·h1352.56电(循环气压缩机)0.58元/(kW·h)755kW·h1050kW·h低压N280元/m38320.0012000m37680.00仪表空气0.30元/m3230m355.20冷量7930kW1)甲醇损失2.20元/kg合计15397.8413313.79注:1)按电耗5235kW、循环水消耗1340t折算;2)按电耗3363kW、循环水消耗865t折算。(下转第64页)化肥工业第40卷第4期多哈会议取得了一些积极成果:①通过《京气候变化作出积极的贡献。都议定书》修正案,从法律上确保了《京都议定书》第2承诺期在2013年实施;②对第2承诺期4结语时限的5年和8年之争,也最终以8年期限达成全球性气候变暖、人类生存环境恶化已伴随致;③大会通过了有关长期气候资金、《联合国着人类文明的工业化进程不期而至,但同时人类气候变化框架公约》长期合作工作组成果、德班对生存环境的保护意识也从未达到如此的高度。平台以及损失损害补偿机制等方面的多项决议;希望世界各国通过一些诸如清洁发展机制④在资金问题上,大会决议重申发达国家须为发(CDM)、环保技术转让等行之有效的措施来保护展中国家应对气候变化提供资金支持,并且在环境,在共享文明成果之时,也可为子孙后代留下2020年前实现“绿色气候基金”每年人款适宜生存的青山绿水。1000亿美元的目标,德国、英国、瑞典、丹麦等6个欧洲国家已经为此编列预算。参考文献同时,多哈会议仍有很多问题需要通过进一1李香梅氧化亚氮减排技术的选择[小,中氮肥,010(6):步谈判来加以解决,发达国家淡化其历史责任和共同但有区别的责任”原则的倾向进一步明显[2]冯辉,周美娣杨小林,等N2O减排清洁发展机制项目过程分析与设计[J].化学工程,2009,37(9):7275自身减排和向发展中国家提供资金、转让技术的3]陕西兴化学股份有限公司硝酸装置氧化亚氮减排工程可政治意愿不足,这将成为今后国际社会合作应对行性研究报告[R]2006气候变化面临的主要障碍,各方在未来谈判中仍[4 Project Design Document of Shaanxi Xinghua N20 Abatement要作出巨大努力Project[R].2006多哈会议把联合国气候变化谈判进程继续向[5]国际金融报多哈会议“戏剧化”闭幕[EB/OL].htp;∥finance ifeng. com/ roll/20121210/7407563, shtml前推进,向国际社会发出了积极信号。希望世界[6]中国新闻网中国称多哈气候大会取得积极成果[EB各国都可以此会议为契机,以高度负责的国家态Ol.http://finance.chinanews.comny/2012/1209/度,坚定不移地推动生态文明建设和绿色低碳发4393381, shtml展,不断推进气候变化国际谈判进程,为应对全球(收到修改稿日期2012-12-11)必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必办必必必分必必必价必价价分价如分必必(上接第60页)于较大规模的合成气装置[有效气(H2+CO)流从表6可看出:全贫液吸收流程年操作费用量>150000m/h]的净化,能耗和操作费用低,比半贫液吸收流程高2000万元左右,不到1年但流程相对复杂投资偏高。对于多联产装置,建即可回收增加的投资。议采用全贫液低温甲醇洗流程,可更好地适应产3结语品负荷变化及可操作性等因素。低温甲醇洗工艺吸收流程的选择需综合考虑参考文献能耗、装置规模和投资、可操作性等因素。全贫液[1]戴文斌唐宏青.低温甲醇洗工艺气体溶解度的计算[J计算机及应用化学,1994(1);44-51低温甲醇洗流程适合小规模合成气装置[有效气[2]蒋保林煤制甲醇项目净化工艺分析[J].山西化工,2009(H2+CO)流量<10000/h]的净化,相对而(1):47-49言,流程简单、投资低、操作简单,但综合能耗较[3]薛天祥对两种低温甲醇洗法净化合成气工艺的看法[J]高。全贫液和半贫液低温甲醇洗流程均适合中型煤化工,1997(1):3-7规模合成气装置[有效气(H2+CO)流量为4]张骏驰郑明峰低温甲醇洗工艺在中小化肥净化装置中的应用[J.中氮肥,2002(5):1517100000150000m3/h]的净化,可根据公用工程[5]梅丽华国内现运行低温甲醇洗装置生产问题分析[J]煤总体配置情况、投资、技术经济等综合考虑,技术炭技术,2008(4):118-120经济评价结果相当。半贫液低温甲醇洗流程适合(收稿日期2013-04-27)