第3期(總第160期)煤化工2012年6月No. 3(Total No 160)Coal Chemical IndustryJun.2012減少低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的改進(jìn)措施郝高峰,蘆國智,尹俊杰,董麗旭(航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司,甘肅蘭州730050)摘要以某年產(chǎn)45萬t合成氨裝置為例,闡述了導(dǎo)致系統(tǒng)甲醇損耗的原因,通過改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)備、設(shè)置尾氣水洗塔、設(shè)置污甲醇收集系統(tǒng)、優(yōu)化工藝路線、降低原料氣中的氨含量、控制 Claus氣的溫度和保持適宜的汽提氮流量等措施,大大降低了系統(tǒng)甲醇損耗,使其控制在0.5kg/t氨以內(nèi)關(guān)鍵詞低溫甲醇洗,甲醇損耗,優(yōu)化,改進(jìn)1005-9598(2012)03-040-03中圖分類號:X781.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B低溫甲醇洗工藝( Rectisol process)是20世紀(jì)NH3、HN)而進(jìn)行的排污甲醇,對應(yīng)的甲醇損耗約50年代由德國林德公司( Linde)和魯奇( Lurgi)聯(lián)合t/a。此外,廢水中也含有微量的甲醇(約為0.8t/a),開發(fā)的一種氣體凈化技術(shù),以低溫甲醇作為溶劑,通相對于上述兩項損耗,某本上可以忽略不計。過物理吸收的方法脫除原料氣中的酸性氣體。整個裝置由原料氣冷卻、酸性氣體吸收、吸收劑甲醇溶液再表1出界區(qū)各項物料中甲醇含量生、甲醇水分離及換熱網(wǎng)絡(luò)組成,廣泛地應(yīng)用于合成出界區(qū)流量甲醇摩爾分?jǐn)?shù)甲醇損耗甲醇、合成氨、制氫、城市煤氣、天然氣脫硫等氣體凈物料/kmolh-l/×106化裝置中。目前,國內(nèi)現(xiàn)行的一些裝置曾經(jīng)出現(xiàn)過氣凈化氣6638.7122.4液夾帶、甲醇損耗過大等問題,不但引起了不必要的C2產(chǎn)品氣1805.4損耗甚至影響下游的正常生產(chǎn)。例如 Claus氣中夾Claus氣帶的甲醇過量時,為避免硫回收裝置腐蝕嚴(yán)重,Clau尾氣合計氣只能送火炬,不但浪費(fèi)資源而且污染環(huán)境。即使472.1是設(shè)計、運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下,甲醇損耗也很大。以某年注:年操作時間按7200h計產(chǎn)45萬t合成氨裝置為例(以煤為原料),每噸氨的系統(tǒng)中一旦制冷單元冷量達(dá)不到要求或是操作甲醇損耗量按1.2kg計,每年的甲醇消耗量就高達(dá)不當(dāng),使系統(tǒng)溫度升高,出界區(qū)的氣相中甲醇平衡分540t,折合人民幣約170萬元。如果能夠?qū)ο到y(tǒng)加以壓增大,會直接導(dǎo)致甲醇損耗增大;同時由于設(shè)備本優(yōu)化、改進(jìn)、控制,以期降低甲醇損耗是非常有意義身和操作原因產(chǎn)生的氣液夾帶2、甲醇水分餾塔塔的。本文以年產(chǎn)45萬t合成氨為例就減少低溫甲醇釜甲醇含量過高等,都會引起系統(tǒng)甲醇損耗急劇增洗裝置中甲醇損耗的優(yōu)化和改進(jìn)措施展開論述。加。除此之外,系統(tǒng)在開停車、檢修過程中,排污、倒1甲醇損耗的原因淋、放空都會引起甲醇的損耗。常運(yùn)行情況下,低溫甲酶洗系統(tǒng)中導(dǎo)致甲醇損2優(yōu)化和改進(jìn)措施耗的兩大主要原因:一是出裝置的氣相中含微量的甲2.1改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)備醇,以年產(chǎn)45萬t合成氨為例,對應(yīng)的甲醇損耗約降低出界區(qū)的氣相中夾帶甲醇的含量,尤其是避472t/a,如表1所示;二是為了平衡系統(tǒng)微量元素免出現(xiàn)氣液夾帶是降低系統(tǒng)甲醇損耗最直接也是最收稿日期:2012-02-01作者簡介:郝高峰(1982—),男,河北邢臺,工程師,碩士,2009年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),現(xiàn)從事化工工藝(低溫甲醇洗)設(shè)計工作,Eail:naotry100:126.com。012年6月郝高峰等:減少低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的改進(jìn)措施有效的方法。對于C2吸收塔,可在其塔頂增設(shè)旋流氣中的微量甲醇,有效地降低系統(tǒng)甲醇損耗。因?yàn)閮舭搴徒z網(wǎng)除沫器,并保證凈化氣出口與塔板之間有足化氣進(jìn)入上述裝置后,首先進(jìn)入分子篩,在分子篩中夠的氣液分離空間來避免氣液夾帶,以降低氣相中甲微量CO2和CHOH被吸附下來。在分子篩再生過程中醇的含量。因?yàn)橐坏┧敋庖悍蛛x空間不夠,高速流吸附下的2和QH隨再生氮?dú)饣氐郊状枷磫卧獎拥臍庀嗫赡軘y帶過多的甲醇,這些甲醇來不及破沫作為汽提氮進(jìn)入汽提C2解吸塔,這樣低溫甲醇洗裝沉降,并超出了氣相絲網(wǎng)除沫器的除沫能力;特別是置隨凈化氣流失的甲醇又重新回到裝置當(dāng)中,每年可系統(tǒng)在高負(fù)荷下運(yùn)行時,這種現(xiàn)象會加劇,成為氣液節(jié)省約120t甲醇極大地降低了整個系統(tǒng)的甲醇損夾帶的主要原因)。國內(nèi)某些裝置開車后,凈化氣夾耗。這對其他凈化氣精制工藝有極大借鑒意義。帶甲醇嚴(yán)重,在塔筒體結(jié)構(gòu)不變的前提下,在塔頂增25降低原料氣中的氨含量設(shè)旋流板效果明顯。此外,還可以在凈化氣出界區(qū)之原料氣中不可避免地會夾帶一些微量元素,如前增設(shè)1個氣液分離器,并安裝高效絲網(wǎng)除沫器來進(jìn)Nl、HCN、Ar等,為了避免微量N2的積累,系統(tǒng)需要一步分離氣相中夾帶的甲醇同時可以通過分離罐的定期排放一定量的甲醇以平衡其含量。盡管適量的液位判斷塔內(nèi)氣液兩相是否充分分離、有無氣液夾NH2可使系統(tǒng)的皿值維持在7-8,有利于酸性氣的吸帶。實(shí)踐證明,通過上述措施可以使凈化氣中的甲醇收和設(shè)備防腐,但其在系統(tǒng)中不斷積累,一旦超標(biāo)就摩爾分?jǐn)?shù)控制在50×106以內(nèi)。對于CO2產(chǎn)品氣、會生成NHCO3,造成管道和換熱器的堵塞,增加甲醇Claus氣和放空尾氣,同樣可在氣相出口處設(shè)置絲網(wǎng)循環(huán)量。如果原料氣中NH3摩爾分?jǐn)?shù)在40×106時除沫器等,并保證有足夠的氣液分離空間,來降低氣為了避免系統(tǒng)熱再生塔回流甲醇和熱再生甲醇里的相中甲醇的含量?！鞨含量太高,必須從熱再生塔塔頂回流的甲醇中排2.2設(shè)置尾氣水洗塔放一小股甲醇,以減少系統(tǒng)中MH的含量,使其維持降低系統(tǒng)甲醇損耗的另一個思路是進(jìn)一步回收在規(guī)定的范圍內(nèi)。每2周~4周排放1次,每次5m2氣相中的微量甲醇。針對尾氣中的甲醇含量較高,10m,每年損耗甲醇約100t。盡管這部分甲醇可以作可以在低溫甲醇洗單元設(shè)置1個尾氣水洗塔。以年為燃料等加以利用,但從經(jīng)濟(jì)方面考慮降低這部分產(chǎn)45萬t合成氨為例,設(shè)置1個規(guī)格為3200m×損耗還是大有裨益的解決的措施就是降低原料氣中15000m、內(nèi)設(shè)4m高規(guī)整填料或16玦塔板的水洗氨的含量,將生成的氨在進(jìn)系統(tǒng)前移走,使之平衡而塔;設(shè)備總投資約140萬元,用少量脫鹽水洗滌尾氣不積累叫。目前工程設(shè)計上主要有兩種方法,一是在中夾帶的甲醇,洗滌液作為甲醇水分離塔的進(jìn)料,可變換工段最后一級氣液分離器中設(shè)置兩塊塔板,用脫以使尾氣中甲醇摩爾分?jǐn)?shù)降到80×10以下,每年至鹽水將氨洗滌脫除;二是原料氣冷卻過程中設(shè)置氨洗少可回收甲醇80t,同時實(shí)現(xiàn)了環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙重效益。滌塔,即原料氣經(jīng)換熱冷卻至10℃左右時,在噴入小23設(shè)置污甲醇收集系統(tǒng)股防凍甲醇進(jìn)一步冷卻前設(shè)置氨洗滌塔,用脫鹽水將低溫甲醇洗單元系統(tǒng)介質(zhì)多為甲醇溶液,為了降原料氣中的氨洗滌脫除同時做到大大降低體系中的低甲醇損耗、避免污染環(huán)境,可將系統(tǒng)管路各點(diǎn)的低水和微量元素。當(dāng)原料氣氨摩爾分?jǐn)?shù)降至1×106點(diǎn)倒淋設(shè)備反洗和故障檢修時設(shè)備及部分管路中的2×10時,排污甲醇基本上可以忽略不計。甲醇溶液統(tǒng)一排入地下污甲醇罐,根據(jù)甲醇含水量經(jīng)2.6控制 Claus氣的溫度污甲醇泵有選擇的送人熱再生塔或甲醇水分離塔,回在出界區(qū)的氣相中, claus氣中甲醇含量最高,收其中的甲醇。這樣,不僅降低了甲醇損耗和污水排國內(nèi)一些工程實(shí)例中也出現(xiàn)過 Claus氣夾帶甲醇嚴(yán)放量,同時也消除了因甲醇外泄而造成的環(huán)境影響重超標(biāo)的現(xiàn)象田。除了氣液分離效果差引起的氣沫夾24優(yōu)化工藝路線帶外,進(jìn)、出酸性氣分高器的 claus氣溫度偏高也是在低溫甲醇洗工藝中凈化氣中總的硫摩爾分?jǐn)?shù)甲酶含量高的主要原因之一。溫度越高,甲醇的飽可降至0.1×106以下,C2體積分?jǐn)?shù)可降至20×106和蒸汽壓就越高,對應(yīng)在氣相中的甲醇含量也就越以下,但對生產(chǎn)合成氨,仍需進(jìn)一步脫除C0、Ar和CH1高帶來的損耗必然就越大。不同溫度下 Claus氣體等殘余組分,尤其是含氧化合物,以防止氨合成催化組成見下頁表2。劑中毒。如果低溫甲醇洗單元后續(xù)工序采用液氮洗或通常將2物流的溫度控制在-35℃左右,但實(shí)深冷分離工藝,不但能使凈化氣體中的(o-CO3)體積際運(yùn)行中由于酸性氣加熱器、酸性氣/尾氣換熱器、分?jǐn)?shù)≤3×10,同時完成配氮過程,并可以回收凈化尾氣加熱器換熱管堵塞、結(jié)垢和尾氣溫度偏高等原因煤化工2012年第3期表2不同溫度下 Claus氣氣體組成Clas氣溫度升高,甲醇損耗加劇。綜上所述,隨汽提物流溫度壓力流量組成(體積分?jǐn)?shù))/%氮量的增加,系統(tǒng)甲醇損耗同尾氣溫度一樣呈現(xiàn)出先/C /kPa /kmolh CHOH C0, N降低后升高的趨勢。根據(jù)模擬計算并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行14532034014.0061,401.402320經(jīng)驗(yàn),當(dāng)汽提氮流量使得汽提C0解吸塔塔釜溶液中240280220.0175461.902.601c0)(Hs)在23為宜。2802620.0774.421.8123.702802700.1073.601.8024503結(jié)論2802790.3072.601.7025.4050.6071.901.7025.80202802901.3071.101.6026.00通過上述工藝路線調(diào)整、優(yōu)化和各項技術(shù)改進(jìn)可以大大降低低溫甲醇洗中甲醇的損耗量,將甲醇損注:1物流為冷卻前 Claus氣,2物流為冷卻后 Claus氣。耗控制在0.5kg/t氨(208.3/450000.46kg/t氨)以內(nèi),改進(jìn)后出界區(qū)各項物料中甲醇含量如表3所示。造成熱負(fù)荷偏低,使得2″物流溫度升高,系統(tǒng)甲醇損耗迅速攀升。因此可在設(shè)計過程中,適當(dāng)提高上述3臺表3改進(jìn)后出界區(qū)各項物料中甲醇含量換熱器裕度,以避免2“物流溫度高于設(shè)計值,甚至在系統(tǒng)冷量充足的情況下,可在1”物流進(jìn)入酸性氣分出界區(qū)流量甲醇摩爾分?jǐn)?shù)甲醇損耗/kmol·hi/×10離器前設(shè)置1個備用氨冷器來控制 Claus氣的溫度。CO2產(chǎn)品氣1805.427適宜的汽提流量aus低溫甲醇洗工藝中,采用氮?dú)馄岬姆椒▽?shí)現(xiàn)溶尾氣3346.1劑再生、回收系統(tǒng)冷量及濃縮硫化氫,在此過程中,汽合計提氮的流量很關(guān)鍵,并影響著系統(tǒng)甲醇的損耗。由于CO2解吸是個吸熱過程,因此在溶劑的再牛過程產(chǎn)生注:年操作時間按7200h計。大量的冷量。汽提氮量越大,CO2解吸越徹底,釋放出通過工程設(shè)計上不斷的摸索、改進(jìn)、嘗試和創(chuàng)新的冷量也越多;但溶劑中溶解的C量是一定的,體一定會使低溫甲醇洗工藝的甲醇損耗不斷降低,在源系中能夠釋放的冷量也是一定的,故此隨著汽提氮量頭上為裝置的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能減排奠定基礎(chǔ)。的增加,尾氣溫度呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢。顯然如果汽提氮量過大,勢必造成尾氣流量增大、溫度升參考文獻(xiàn)高。一方面過量的尾氣會降低絲網(wǎng)除沫器的除沫效(1]任軍平低溫甲醉洗裝置酸性氣體甲醇超標(biāo)原因及對果,甚至造成氣液夾帶;同時尾氣溫度升高,氣相中甲簧[J].大氮肥,2008,31(4):238-240醇的含量隨之提高,導(dǎo)致甲醇損耗增加;即使假定最2]王峰.低溫甲醇洗裝置洗滌甲醇消耗偏高的原因及終離開系統(tǒng)的尾氣中甲醇含量恒定,甲醇損耗總量也對策[丁].化肥工業(yè),2010,37(2):5962會隨著尾氣流量增大而增加。反之,如果汽提氮量過[3]陳立.淺析氨在低溫甲醇洗裝置中的作用[J].化小,又會造成汽提C2解吸塔塔釜溶液屮CO2含量過學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),1997,18(4):29-31大,不僅冷量回收不徹底,同時使熱再生塔的負(fù)荷和[4]夏尊江郭海彥,隋玉琴.低溫甲醇洗工藝中降低甲醇塔頂Caus氣流量變大,最終導(dǎo)致酸性氣分離器出口消耗的因素分析[J].北方環(huán)境,2003,28(2):51Optimization and Improvement on Reducing Methanol Consumption for Rectisol ProcessHao Gaofeng, Lu Guozhi, Yin Junjie and Dong Lixumizhou Branch of Changzheng Engineering Co, Ltd, Lanzhou Gansu 730050, China)Abstract This paper exhibits detail studies on the causes of the methanol loss for a 450, 000 t/rough improving and optimizing the device and process, adding an exhaust gas washing tower and a waste methanol col-lection system, reducing ammonia content in the feed gas, controlling the temperature of the Claus gas and thenitrogenflow for the slripper, the loss of methanol can be controlled below 0.5 kg per ton of ammonia productionKey words Rectisol process, methanol consumption, optimization, improvement