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      煤制油過程中凈化工藝方案及其工藝流程研究

      2013-08-15 00:54:54
      山東工業(yè)技術(shù) 2013年15期
      關(guān)鍵詞:工段閃蒸冷卻器

      葉 濤

      (神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 煤制油項(xiàng)目建設(shè)指揮部,寧夏 銀川750011)

      0 引言

      煤、石油和天然氣是人類賴以生存和發(fā)展的三大基礎(chǔ)能源,也是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和安全穩(wěn)定的重要保障。石油資源的不足使煤和天然氣在全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比例日趨上升。

      1 凈化工藝方案選擇

      目前,合成氣脫除H2S 的方法有改良A.D.A 法、拷膠法、NHD 法,脫除CO2的方法主要有改良熱鉀堿法,NHD 法、MDEA 法、 低溫甲醇洗法(同時(shí)脫除H2S)等,但對(duì)于Texaco 氣化所生產(chǎn)的煤氣,因?yàn)閴毫Ω?、硫含量高、CO2含量高等特點(diǎn),可供選擇的凈化方法主要有以下兩種選擇:

      1.1 低溫甲醇洗

      低溫甲醇洗法屬于物理吸收,在低溫(-50℃~-60℃),溶劑吸收能力大,溶液循環(huán)量小,氣體凈化度高,再生熱耗少,操作費(fèi)用低,能綜合脫除氣體中的H2S、COS、CO2,溶液不起泡、不腐蝕,H2S 濃縮簡單,在原料煤硫含量波動(dòng)較大的情況下,H2S 的濃度也可滿足硫回收的要求。 上述工藝雖然存在部分設(shè)備和工藝管道需要采用低溫鋼材,需要引進(jìn)國外的低溫材料,所以基建投資高,但其最大優(yōu)點(diǎn)是溶劑價(jià)格便宜,消耗指標(biāo)和能耗均低于其它凈化工藝,在大型合成氨廠、甲醇廠中普遍采用。

      1.2 NHD 脫硫脫碳

      NHD 法是中國南化公司研究院等單位開發(fā)成功的新技術(shù), 屬于物理吸收凈化技術(shù),該工藝在常溫條件下操作,溶劑無毒,飽和蒸汽壓低,溶劑損失小,再生能耗低,設(shè)備材質(zhì)大部分為碳鋼,取材范圍廣,價(jià)格也便宜,相對(duì)低溫甲醇洗而言,溶液循環(huán)量大,消耗高,另外,NHD溶劑對(duì)有機(jī)硫的吸收能力差,對(duì)高硫煤要增加有機(jī)硫水解設(shè)備。 該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少, 能耗低于除低溫甲醇洗以外的其它凈化方法。

      低溫甲醇洗與其它方法相比其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)如下:

      1)多效脫除性能

      可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)脫除H2S、CO2、COS,輕油、CN-等,并在再生時(shí)分別處理,滿足副產(chǎn)CO2產(chǎn)品氣、H2S 濃縮等要求。

      2)凈化度高

      凈化氣CO2含量最低可達(dá)20ppm;總硫≤0.1ppm;水、輕油等完全被脫除。

      3)溶液再生方式靈活,滿足不同工藝要求

      4)溶液吸收能力大,能耗低

      本項(xiàng)目生產(chǎn)以Texaco 氣化煤氣為原料。 凈化裝置所處理的變換氣操作壓力較高,CO2分壓較大, 選擇低溫甲醇洗凈化工藝有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 這是因?yàn)榈蜏丶状枷垂に嚍槲锢砦眨虼颂貏e適用對(duì)于壓力高,酸氣含量高的氣體凈化,在脫碳的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的深度脫硫。

      2 工藝流程

      來自變換工段的3.5MPa(A)、40℃變換氣進(jìn)入本工段,與循環(huán)氣體混合,并在原料氣中注入防止結(jié)冰及形成水合物的貧甲醇后,氣體經(jīng)原料氣冷卻器(E0501)與凈化氣、氣提塔塔頂出來的二氧化碳?xì)夂蛷腍2S 濃縮塔出來的尾氣換熱降溫,經(jīng)水分離器(V0501)分離出冷凝的甲醇-水混合物后,原料氣從底部進(jìn)入甲醇洗滌塔(T0501),與自上而下的貧甲醇逆流接觸,脫除氣體中的CO2、H2S 和COS 等酸性氣體,塔頂出來的凈化氣經(jīng)過E0517 和E0501 換熱升溫后去下一工段。

      從水分離器(V0501)分離出的甲醇、水混合物經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器(E0516)加熱后進(jìn)入甲醇水分離塔(T0505)中上部。

      在甲醇洗滌塔(T0501)上部,用來自熱再生工段低溫貧甲醇液脫除CO2,在甲醇洗滌塔(T0501)底部對(duì)H2S、COS 進(jìn)行吸收,CO2吸收的溶解熱部分通過去下塔的甲醇帶走, 再通過循環(huán)甲醇冷卻器(E0506)用來自H2S 濃縮塔(T0503)的冷甲醇液冷卻循環(huán)甲醇及通過3# 甲醇急冷器(E0505)用冷凍劑冷卻循環(huán)甲醇,帶走部分熱量。

      由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S 在甲醇中的溶解度低,送入甲醇洗滌塔中CO2脫除段的甲醇流量要比送入H2S 脫除段的要大。甲醇洗滌塔(T0501)CO2脫除段中多余的甲醇從塔的中部抽出。

      甲醇洗滌塔(T0501)底部富含H2S 甲醇通過甲醇換熱器(E0507)和1# 甲醇急冷器(E0503)分別被溫度較低的甲醇和冷凍劑液氨冷卻。經(jīng)過冷卻, 這部分甲醇減壓膨脹后壓進(jìn)入1# 循環(huán)氣閃蒸罐(V0502)回收閃蒸出來的H2。 來自1# 循環(huán)氣閃蒸罐(V0502)的閃蒸氣經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)(C0501)壓縮,經(jīng)壓縮機(jī)后冷卻器冷卻,在進(jìn)入原料氣冷卻器之前并入上游變換氣中。

      來自甲醇洗滌塔(T0501)的富含CO2甲醇與上述過程一樣,先經(jīng)甲醇換熱器(E0507)和2# 甲醇急冷器(E0504),分別被來自CO2氣提塔給料泵(P0502A,B)的甲醇和冷凍劑液氨冷卻,減壓膨脹后進(jìn)入2#循環(huán)氣閃蒸罐(V0503),閃蒸后的閃蒸氣再經(jīng)1#循環(huán)氣閃蒸罐(V0502)由循環(huán)氣壓縮機(jī)(C0501)壓縮。

      來自2#循環(huán)氣閃蒸罐(V0503)的富含CO2的甲醇先膨脹進(jìn)入CO2氣提塔頂,在氣提塔(T0502)中,富含CO2甲醇液膨脹后產(chǎn)生無硫CO2氣體,經(jīng)原料氣冷卻器(E0501)回收冷量后與來自H2S 濃縮塔(T0503)的尾氣一起經(jīng)高點(diǎn)放空。

      從CO2氣提塔(T0502)中較低的升氣管式塔板上抽出來的溫度較低的甲醇液送入H2S 濃縮塔(T0503)的中上部,來自CO2氣提塔(T0502)底部的富含H2S 甲醇也進(jìn)入H2S 濃縮塔下段。 為了提高裝置H2S 餾分的濃度, 在H2S 濃縮塔下部用來自空分工段的低壓氮?dú)鈱?duì)CO2進(jìn)行氣提,同時(shí)在塔的上部,用來自CO2氣提塔(T0502)頂部的另一股沒有被用作CO2氣提塔(T0502)回流洗滌液的無硫甲醇對(duì)氣提出來的H2S 和CO2進(jìn)行洗滌。 出H2S 濃縮塔的尾氣基本上不含硫,經(jīng)原料氣冷卻器(E0501)換熱后與來自CO2氣提塔(T0502)的CO2氣一起放空。

      從H2S 濃縮塔(T0503)升氣管式塔板上抽出溫度較低的甲醇液作為冷卻劑先后用在3# 貧甲醇冷卻器(E0508)、循環(huán)甲醇冷卻器(E0506)及甲醇換熱器(E0507),在經(jīng)過循環(huán)甲醇冷卻器(E0506)換熱升溫后進(jìn)入甲醇閃蒸罐(V0507),閃蒸出來的閃蒸氣進(jìn)入CO2氣提塔(T0502)的底部與來自上部的甲醇逆流接觸脫除閃蒸氣H2S 的組分。 來自甲醇閃蒸罐(V0507)的閃蒸液經(jīng)CO2氣提塔(T0502)給料泵(P02A,B)加壓后進(jìn)入甲醇換熱器(E0507)作為冷卻劑,在此換熱過程中產(chǎn)生的閃蒸氣在進(jìn)入CO2氣提塔(T0502)脫硫之前在CO2氣提塔(T0502)底部進(jìn)行分離。

      從H2S 濃縮塔(T0503)底部出來的富含H2S 甲醇經(jīng)甲醇再生塔給料泵(P0503A,B)通過2# 貧甲醇冷卻器(E0509)、1# 貧甲醇冷卻器(E0510)進(jìn)入甲醇再生塔(T0504)。 在甲醇再生塔(T0504)中由甲醇再生塔再沸器(E0511)加熱產(chǎn)生的甲醇蒸汽及來自甲醇水分離塔(T0505)的甲醇蒸氣氣提,對(duì)富甲醇中所含有的H2S 及CO2進(jìn)行完全解吸,甲醇再生塔(T0504)頂部氣體經(jīng)甲醇再生塔回流冷卻器(E0512)、酸性氣換熱器(E0514)及甲醇再生塔回流冷凝器(E0513)分別被冷卻水、冷酸性氣及冷卻劑液氨冷卻。冷凝液經(jīng)H2S 濃縮塔(T0503)底部及經(jīng)甲醇再生塔回流泵(P0506A,B)送回甲醇再生塔(T0503)頂部。 離開酸性氣分離器(V0505)的酸性氣,通過酸性氣換熱器(E0514)加熱后作為硫回收工段原料,離開本工段。

      離開甲醇再生塔(T0504)塔底經(jīng)過再生的貧甲醇在1# 貧甲醇冷卻器(E0510)中冷卻到42℃,經(jīng)甲醇收集槽(V0504)緩沖,再用貧甲醇泵(P0504A,B)升壓。升壓后的貧甲醇經(jīng)水冷卻器(E0518)、2#貧甲醇冷卻器(E0509)、3#貧甲醇冷卻器(E0508)冷卻后進(jìn)入甲醇洗滌塔(T0501)。

      來自水分離器(V0501)的甲醇和水混合物冷凝液經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器(E0516)加熱,送入甲醇水分離塔(T0505),通過蒸餾將水和甲醇進(jìn)行分離。該塔由甲醇水分離塔再沸器(E0515)進(jìn)行加熱,塔頂甲醇蒸汽送甲醇再生塔(T0504),而水作為廢水排出,送往污水處理系統(tǒng)。甲醇水分離塔(T0505)所需的回流甲醇由甲醇再生塔(T0504)再生甲醇提供,通過甲醇水分離塔給料泵(P05OSA,B),經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器(E0516)冷卻后入塔。

      大部分循環(huán)的再生甲醇,通過甲醇粗過濾器除去甲醇循環(huán)系統(tǒng)中的固體及其他顆粒, 甲醇粗過濾器位于甲醇再生塔給料泵(P0503A,B)的下游,進(jìn)入甲醇再生塔(T0505)的回流甲醇在進(jìn)入甲醇再生塔之前要經(jīng)過甲醇過濾器(50501)進(jìn)行過濾以除去固體及其它顆粒。

      來自硫回收工段的尾氣含有少量H2S,進(jìn)入H2S 濃縮塔底部,甲醇洗滌后和尾氣一起排入大氣。 為了提高去硫回收工段的H2S 濃度,一部分來自酸性氣分離器的酸性氣體循環(huán)進(jìn)入H2S 濃縮塔(T0503)的下部。循環(huán)的CO2離開H2S 濃縮塔(T0503)塔頂,同時(shí)循環(huán)H2S 用甲醇進(jìn)行洗滌。

      為了減少甲醇損失,配置有甲醇污水系統(tǒng),各個(gè)支管將所有泄露甲醇的設(shè)備連接到總管, 總管將泄露的甲醇收集起來匯入排放甲醇槽。配置的污甲醇泵可將排放甲醇送入甲醇水分離塔(T0505)。安裝在原料貯存工段的甲醇貯罐用于貯存甲醇,并裝有甲醇供給泵。 該貯槽可在停工時(shí)收集甲醇。

      3 結(jié)束語

      總之,全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,打破了能源的供需平衡。石油作為一種由于大量開發(fā)利用而日漸稀缺的資源, 今后價(jià)格將會(huì)波動(dòng)上升,其上漲幅度將遠(yuǎn)大于煤炭、天然氣價(jià)格的增長,因此尋求新的替代能源勢(shì)在必行。

      [1]謝克昌. 煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性[M].北京:科學(xué)出版社,2002

      [2]朱肖曼. 煤液化油基本性質(zhì)的研究[D]. 煤炭科學(xué)研究總院,2006

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