煤气净化低温甲醇洗

煤气净化---低温甲醇洗

目录

研究背景........................................................................................................................................... 2

1.1煤气净化的分类 . ................................................................................................................ 3 1.2低温甲醇洗技术的概念和特点 . ........................................................................................ 3 1.3煤气净化典型工艺比较 . .................................................................................................... 3 低温甲醇洗工艺原理 . ...................................................................................................................... 4

2.1基本原理: . ........................................................................................................................ 4 2.2低温甲醇洗工艺流程 . ........................................................................................................ 4 工艺设计........................................................................................................................................... 6

3.1工艺流程的设计 . ................................................................................................................ 7 3.2物料衡算............................................................................................................................. 7

3.2.1气液分离器: . ......................................................................................................... 7 3.2.2酸性气体吸收塔 . ..................................................................................................... 8 3.2.3二氧化碳解析塔 . ..................................................................................................... 9 3.3能量衡算........................................................................................................................... 10

3.3.1气液分离器 . ........................................................................................................... 10 3.3.2酸性气体吸收塔 . ................................................................................................... 10 3.3.3二氧化碳解析塔 . ................................................................................................... 11 3.4吸收塔的设计计算 . .......................................................................................................... 11 4低温甲醇洗在煤气净化中的发展 . ............................................................................................. 13 参考文献......................................................................................................................................... 13

煤气净化---低温甲醇洗

研究背景

尽管随着科技的进步,人们逐渐重视天然气的重要作用,但是在工业生产活动中,起主要作用的还是煤气。要想促进煤气功能的有效发挥,首先要进行的就是煤气净化工作,祛除煤气中的酸性物质,避免酸性气体堵塞管道造成不必要的损失。在净化煤气技术中作用最明显的就是低温甲醇洗技术,可以有效地消灭碳物质或硫物质,提高煤气的净化程度。针对目前我国低温甲醇洗技术的应用现状,急需采取有效的措施保障煤气净化工作的顺利开展。

我国的能源结构特点:“富煤、贫油、少气”,能源供应过度依赖煤炭。煤气化是现代化工的核心技术,煤气化生成合成气(主要成份是CO+H2) ,是化工生产中的大宗基础原料—合成甲醇与合成氨的原料气。合成气中向下游转化过程中必须脱除其中杂质,否则会危害后续工艺流程,造成环境的污染和资源的浪费。低温甲醇洗净化技术的不断发展。

1.1煤气净化的分类

1.2低温甲醇洗技术的概念和特点

所谓低温甲醇洗方法(Rectisol Process )是指利用低温状态下的甲醇进行气体除酸工作的吸收方法。它以甲醇为主要原材料,分阶段或同步的对煤气中的酸性气体,例如二氧化碳、硫化氢等进行净化除酸,无论是在石油化工还是在城市煤气排污方面都发挥着重要的作用。

首先,低温甲醇洗法对酸性物质的吸收能力较强。由于在低温状态下酸性物质气体分压较大,导致其溶解度提高,非常有利于进行酸性溶解。其次,低温甲醇洗技术的溶剂具有较好的稳定性,既不容易起泡又不容易降解,能够较好的保障净化效果。再次,低温甲醇洗技术具有良好的选择吸收性。通过将碳物质或硫物质进行分开处理,可以将碳物质转化为肥料、将硫物质转化为硫磺,这样实现低温甲醇技术的经济实用性。最后,低温甲醇洗技术的原材料来源较为广泛,可以有效的降低技术成本,更好地促进技术的进一步推广。

1.3煤气净化典型工艺比较

表1-1 Rectisol、NHD 、MDEA 工艺比较

表1-2 低温甲醇洗和聚二甲醚乙二醇的比较

从以上两表分析低温甲醇洗与NHD 、MDEA 相比的优点:更适合大型化装置上、能耗低、气体净化度高、流程合理,操作简便、运行操作费用低、溶剂热稳定性和化学稳定性好,不降解、不起泡。

低温甲醇洗工艺原理

2.1基本原理:

以拉乌尔定律和亨利定律为基础,是一个物理吸收和解吸的过程,吸收过程中的控制因素是温度、压力和浓度,工艺操作条件为低温、高压。

低温状态下的甲醇对H 2S 和CO 2等酸性气体的选择性吸收,来脱除粗变换气中的酸性气体。吸收后的甲醇经过减压加热再生,分别释放CO 2、 H2S 气体,即物理解析过程。富甲醇通过用再沸器中产生的蒸气进行闪蒸和汽提再生。甲醇水分离塔保持甲醇循环中的水平衡。尾气洗涤塔使随尾气的甲醇损耗降低到最大限度。酸性气体通到克劳斯气体装置进行进一步净化。

2.2低温甲醇洗工艺流程

低温甲醇洗工艺一般具有三个任务: ①净化原料气 ②回收副产品 ③进行环保。

V1-原料气气液分离器 C1-甲醇洗涤塔 C2-CO2解析塔

C3-H 2S 浓缩塔 C4-甲醇热再生塔 C5-甲醇/水分离塔 V2-气液分离塔

图2-3 低温甲醇洗净化工艺流程示意图

工艺设计

对100吨甲醇生产净化工段选择低温甲醇洗工艺进行设计低温甲醇洗的主要产品流为:

1、变换气:CO 2浓度32.1%,CO 浓度19.02%,H 2S 浓度0.23%,H 2浓度46.02%。 2、甲醇合成气:CO 2浓度≤1.8~3.0%(mol ),总硫<0.1ppm(mol)。 3、放空尾气:几乎无硫,主要为CO 2和N 2。 4、酸性气体:主要由CO 2和H 2S 组成。

5、甲醇水分离塔排放废水组成:甲醇含量≤0.5%(wt )

3.1工艺流程的设计

3.2物料衡算 3.2.1气液分离器:

相平衡

yi =ki x i (i=1,2,···,c) 组分物料平衡

Fzi =Vyi +Lxi (i=1,2,···,c-1) 整体物料平衡方程 F=V+L

热量平衡 HF F=HV V+HL L

摩尔分数的约束方程 Σz i =1 ,Σx i =1 ,Σy i

=1

对整个单元过程进行物料衡算: ∑F=∑FEED=19864.61 Kmol/h

∑D=∑LIQUID+∑VAPOR=365.9062+19483.21=19864.61 kmol/h

3.2.2酸性气体吸收塔

对单位时间内进出吸收塔的A 物质量作衡算,可写出下式:VY 1 +LX2 =VY2+LX1 为计算方便,把COS 并入H 2S 中考虑;并把混合气中所含的非主要组分(如微量的Ar 、N 2、CH 4、CO 等)并入H 2中一道考虑。

3.2.3二氧化碳解析塔

图3-4 二氧化碳解析塔流程图

3.3能量衡算

热量恒算遵循以下公式:Q+W=∑Hin-∑Hout

3.3.1气液分离器

3.3.2酸性气体吸收塔

3.3.3二氧化碳解析塔

3.4吸收塔的设计计算

1、塔板的设计:塔板数、塔径、溢流装置、塔板分布、浮法数目与排列。 2、塔板流体力学计算:气相通过浮、阀塔板塔的压降、掩塔、液沫夹带。 3、塔附件设计:接管、筒体与封头、除沫器、裙座、吊柱、人孔 。

甲醇再生塔的模拟流程图

图3-8 甲醇再生塔的模拟流程图

甲醇水分离塔的模拟流程图

图3-9 甲醇水分离塔的模拟流程图

全流程工艺流程模拟图

3-10 全流程工艺流程模拟图

4低温甲醇洗在煤气净化中的发展

针对目前我国现阶段低温甲醇洗技术在煤气净化中的不足之处,我们需要采用积极有效的措施弥补现阶段技术的各种漏洞,实现低温甲醇洗技术在煤气净化过程中发挥更重要的作用。 1. 解决措施

首先针对煤化工企业中酸性物质含量过高的现象,我们通过增加再生塔的温度高度,扩大氮气使用量和提高甲醇纯净度等措施,有效的将酸性物质的含有量控制在国家标准之下,大大提高了净化工作的工作效率。其次,对于甲醇消耗量过大的问题,我们应该进行必要的系统改造,引进先进的净化技术,既可以有效的降低甲醇的能耗,又可以增加甲醇的纯度,实现低温甲醇的循环利用,保障技术的经济性。

2. 发展前景 当今社会,低温甲醇洗技术在煤化工中的作用越来越明显,随着科学技术的不断发展,低温甲醇洗技术的应用前景也越来越广阔。 首先是在合成氨中的应用。目前国内市场对煤制合成氨的需求越来越多,低温甲醇洗技术凭借其独特的优越性,在合成氨过程中发挥着重要的作用。在技术施工过程中通过采用低温甲醇洗技术,有效的降低工程施工费用,保证排放气体达标,实现工艺流程的顺利完成。运用低温甲醇洗技术,增强气体的净化程度,降低溶剂能耗、提高溶液的循环使用量,保证煤制合成氨工艺的顺利完工;其次,在煤制甲醇的过程中,利用低温甲醇洗技术,保证施工过程中硫的排放量不得大于0.1mg/L,碳的排放量小于百分之三,保障甲醇的相关含量符合国家标准,提高低温甲醇洗技术的优势性地位。运用低温甲醇洗技术,有效的祛除煤制甲醇中碳和硫元素的含量,实现流程的可行性和环保性,对煤制甲醇工作意义重大。最后,随着我国民众对天然气的广泛需求,加之天然气的有限性,导致煤制天然气行业兴起,在人们的生活中发挥着重要的作用。在煤制天然气中,低温甲醇洗技术也发挥着重要的作用,通过对碳硫化合物进行必要的净化活动,保障煤制天然气的安全性。因此,研究人员必须稳固低温甲醇洗解析塔和吸收塔之间的关系,逐步扩大对酸性气体的净化程度,保证低温甲醇洗技术在天然气净化活动中作用的充分发挥,促进煤制天然气的广泛适用和推广。

当前,我国合成氨、甲醇与碳一化工正处于大规模快速发展时期,装置规模越来越大,原料气的高效率、低消耗净化显得非常重要。低温甲醇洗正是这样一种优良的净化工艺技术。

参考文献

[1] 贺可顺,范明智,周远. 低温甲醇洗技术在煤制甲醇项目中的应用[J].大氮肥,2010(06).

[2] 刘健,张述伟,孙道青. 低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究[J].天然气化工(C1化学与化工),2009(05). [3] 郑振安. 低温甲醇洗(Rectisol Process )在煤气净化中的应用[J].煤化工,2011(01).


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