1. 1工艺原理简介
净化装置的目的是去除变换气中的酸性气体成分。该过程是一种物理过程,用低温甲醇作为洗液(吸收剂)。在设计温度( - 50℃)时,甲醇对于CO2 ,H2 S和COS具有较高的可溶性。在物理吸收过程中,含有任何成分的液体负载均与成分的分压成比例。吸收中的控制因素是温度、压力和浓度。富甲醇通过用再沸器中产生的蒸气进行闪蒸和汽提再生。富甲醇的闪蒸为该过程提供额外的冷却。闪蒸气通过循环压缩,然后再循环到吸收塔,其损耗量最低。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。变换气冷却段的氨洗涤塔使变换气中的氨液位保持在甲醇放气量最小的液位。酸性气体通到克劳斯气体装置进行进一步净化。 1. 2工艺流程简介
装置中低温甲醇在主洗塔中(5. 4MPa)脱硫脱碳,之后富液进入中压闪蒸塔(1. 6MPa)闪蒸,闪蒸气通过压缩,然后再循环到主洗塔。闪蒸后的富液进入再吸收塔,在常压下闪蒸、气提,
实现部分再生。然后甲醇富液进入热再生塔利用再沸器中产生的蒸汽进行热再生,完全再生后的贫甲醇经主循环流量泵加压后进入主洗塔。
2操作要点
2. 1循环甲醇温度
温度越低,溶解度越大,所以较低的贫甲醇温度是操作的目标(贫甲醇温度为- 50℃)。系统配有一套丙烯制冷系统提供冷量补充,用尾气的闪蒸(气提)带来的冷量达到所需要的操作温度。影响循环甲醇温度的主要因素有:
a丙烯冷冻系统冷量补充
b气提氮气流量
c循环甲醇的流量与变换气流量比例
2. 2甲醇循环量
控制出工段的气体成分指标(ΣS≤0. 1ppm) ,甲醇循环量是最主要的调节手段。系统配有比例调节系统,使循环量与气量成比例,得到合格的精制气。
2. 3压力(主洗塔的操作压力)
由亨利定律知压力越高,吸收效果愈好。净化主洗塔的压力取决于气化来的变换气压力,系统气化采用德士古气化炉造气,进系统的变换气压力为5. 4MPa ,由于压力较高,吸收效果有很大提高。
2. 4浓度(水含量、甲醇的再生度)
贫甲醇中的水含量是正常生产中的重要控制指标,系统控制水含量≤1 % ,较高的水含量不但会影响甲醇的吸收效果,还会增大对设备的腐蚀。为了实现甲醇的循环利用,达到良好的吸收效果,必须很好的实现甲醇的再生,系统利用甲醇再生的方法有闪蒸、气提、热再生。利用甲醇水分离塔控制溶液系统中的水平衡。
2. 5变换气的指标(温度及气体成分)
变换气的指标直接影响着净化循环量的操作,系统由气化工段控制变换气的成分,通过控制炭洗塔的温度来调节HPC比。系统进工段的变换气成分为H2 44 %、CO 19 %、CO2 34 %、H2S 1. 3 %。
3主要控制指标
贫甲醇的温度:控制入主洗塔的贫甲醇温度- 50℃控制出主洗塔的净化气中COS + H2S≤0. 1ppm CO2≤3 %贫甲醇中的水含量: < 1 % 贫甲醇中的总硫含量: < 100ppm 热再生塔回流槽中: NH3 < 5gPl 出工段的克劳斯气体H2 S浓度≥25 %
4主要保护装置(联锁)
装置还有下列紧急跳闸。
(1)每台泵将在入口罐低液位时停机。将高压段连接到低压段的液位控制器装有低液位跳闸,以防止气体穿透到低压侧。
(2)热再生甲醇从低压侧进到高压侧。当泵故障时,变换气可能返回到热再生塔。因此,流量控制阀装有在低流量时关闭阀门的跳闸机构。
(3)在循环气压缩机进气分离器中装有高液位开关,以防止液体流到循环气压缩机。
5结语
采用低温甲醇作为吸收剂具有净化气质量好,净化度高(H2 S < 0. 1ppm) ,物料损耗少,易于吸收和再生等优点,特别适合于大型化工装置。
林德、鲁奇、大连理工工艺技术的比较
目前，国外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇二种工艺，二者在基本原理上没有根本区别，而且技术都很成熟。两家专利在工艺流程设计、设备设计和工程实施上各有特点。国内主要是大连理工的低温甲醇洗工艺，与林德工艺相似。三大工艺的特点如下：
（1）林德低温甲醇洗工艺：
采用林德的专利设备--高效绕管式换热器，提高换热效率，特别是多股物流的组合换热，节省占地、布置紧凑，能耗较省；但高效绕管式换需要国外设计（可国内制造）。
原料气进入低温甲醇洗后，喷入少量循环甲醇，防止气体结冰，避免系统阻塞。在甲醇溶
剂循环回路中设置甲醇过滤器，除去FeS、NiS等固体杂质，防止其在系统中积累而堵塞设备和管道。一般采用氮气气提浓缩硫化氢，二氧化碳回收率70%。
林德工艺特点：H2S、CO2单塔分段吸收；原料气一级预冷，氨冷简单；使用绕管式换热器，对HCN要求高、绕管换热器不易清洗；流程相对简单、冷量消耗较小。
（2）鲁奇低温甲醇洗工艺:
（3）未采用绕管式换热器，换热器均为管壳式，所有设备在国内可以设计和制造，投资可节省约1000万元。
鲁奇工艺特点：H2S、CO2分塔吸收；原料气三级预冷，氨冷工序复杂；使用管壳式换热器，对HCN要求不高、换热器易于清洗；流程相对复杂、冷量消耗大、电耗较高。
（3）大连理工大学低温甲醇洗工艺
改进后该技术采用六塔流程，与林德工艺相似，据介绍冷负荷和设备投资比林德工艺低10%。但冷量需求比林德工艺高。德州化肥厂国产化大氮肥、渭河化肥厂20万吨甲醇等项
目采用了该技术。神木40万吨甲醇项目也采用了此技术，这是大连理工大学低温甲醇洗工艺第一次工业放大到这个规模的装置，无工业运行业绩。
大连理工和林德与鲁奇技术相比缺少实际运行经验和数据，风险较大。
鲁奇与林德德比较：鲁奇低温甲醇洗工艺由于没有中间循环甲醇提供系统所需冷量，而全部需要外部提供。甲醇溶液由于吸收温度低，其循环量相对较大，与林德工艺相比，能耗稍高，吸收塔的体积也较大。但系统冷量由外部供给，也使操作调节相对灵活，并通过新型塔板的设计，提高了塔的操作弹性。近期鲁奇公司新设计的低温甲醇洗装置将相关设备组合为一体，依靠液位和重力输送液体，减少了机泵和管道的数量和装置投资费用。低温甲醇洗技术在国外，针对林德公司工艺存在着溶剂甲醇在循环过程中水含量高和损失大的问题与鲁奇公司合成气净化工艺进行了比较。在用德士古气化、急冷流程中，选用林德净化工艺更优。
分析得出初步结论：德国林德的技术较适用于德士古气化流程，德国鲁奇的技术较适用于SHELL与鲁奇气化流程。
第一章 工艺原理及流程简述
第一节 工艺和操作原理
1、基本原理
其原理是以拉乌尔定律和亨利定律为基础，依据低温状态下的甲醇具有对H2S和CO2等酸性气体的溶解吸收性大、而对H2和CO溶解吸收性小的这种选择性，来脱除粗变换气中的H2S和CO2等酸性气体，从而达到净化粗变换气的目的。上述过程是物理吸收过程，吸收后的甲醇经过减压加热再生，分别释放CO2、 H2S气体。
2、低温甲醇洗工艺的特点
（1）工艺成熟，有多套大型装置长期稳定运行的经验；
（2）对原料气的净化程度较高；
（3）运行费用较低；
（4）洗涤用的甲醇溶剂容易获取。
3、操作条件
（1）温度
本装置洗涤塔采用五段吸收，各段吸收剂-甲醇的温度较低，温度一般在-40~-60℃左右；在较低温度条件下，可以大大提高甲醇的吸收效果；粗煤气的进入C5201的温度愈低，则冷量损失愈少，就可以大大降低冰机的负荷。
（2）压力
吸收压力高，吸收的推动力增大，既可以提高气体的净化度，又可以增加甲醇的吸收能力，减少甲醇的循环量。低温甲醇洗工序的压力由前后工序的压力确定。对于甲醇再生而言，压力愈低愈有利，但是为了把再生过程中释放的CO2和H2S气体分别送往CO2压缩机和硫回收装置，一般情况下再吸收塔、热再生塔的塔顶压力略高于大气压。
（3）溶液循环量
溶液循环量取决于生产负荷和溶液的吸收能力，在保证气体净化度的前提条件下，增加主洗流量，减少精洗流量，可减少再生热负荷，达到节能目的。
第二节 工艺流程叙述
1、原料气冷却
从变换装置来的原料气（40℃，3.45MPaA）进入到低温甲醇洗的原料气/合成气换热器E-5201的管程，与壳程的净化气换热回收其冷量后，再进入到原料气深冷器E-15202的管程，被壳程的4℃级氨冷却到10℃左右，再进入到氨洗涤器C-5207的下部。
来自界区的锅炉给水（158℃，6.0MPag）进入到锅炉给水冷却器E-5224的管程，被壳程的循环水冷却降温后，进入氨洗涤器C-5207的上部，对来自下部的原料气进行洗涤，以减少氨和氢氰酸含量，洗涤水出界区；
向从氨洗涤器C-5207顶部出来的原料气中喷入一定量的低温甲醇，以防气相中的水分在下一步的冷却过程中冷凝结霜，然后原料气再进入原料气最终冷却器E-5203壳程，被管程的低温净化气、CO2产品气和循环气冷却到-17.1℃左右。
2、H2S/CO2 吸收
-17.1℃左右的原料气进入吸收塔C-5201的预洗段，在这里，微量成份如NH3、H2O、羰基化合物和HCN等被一小股饱和了CO2的低温甲醇洗涤吸收下来。
粗煤气然后通过升气管进入到C-5201的H2S洗涤吸收段，在此H2S 和COS被来自E-5205饱和了CO2的低温甲醇洗涤下来。富H2S甲醇通过液位控制离开C-5201的集液区被送到中压闪蒸塔C-15202的下段进行闪蒸再生。
脱硫后的气体然后通过另一升气管进入C-5201的CO2洗涤吸收段，煤气依次被经-40℃级氨冷却后的含一定量二氧化碳的甲醇、经过闪蒸再生的半贫甲醇、经过热再生的贫甲醇进行洗涤吸收；在C-5201的CO2吸收工段，气体用冷的、经过闪蒸再生的半贫甲醇作为主洗甲醇，用冷的、经过热再生的贫甲醇作为精洗甲醇进行洗涤；后者通过与原料气流量成一定比例的流量比率控制被送到塔顶。由于吸收CO2放热，故甲醇相应地产生温升，当甲醇升温到一定程度时，为了保证CO2的脱除效果，在甲醇沿塔向下流动、洗涤吸收CO2的过程中,引出部分洗涤甲醇到含CO2甲醇中间冷却器E-5204的管程中，用壳程-40℃ 级氨将其冷却到-36℃左右，然后再返回到CO2吸收段继续洗涤吸收CO2。饱和了CO2的甲醇，通过液位控制离开CO2吸收段,然后部分进入H2S吸收塔给料冷却器E-5205管程，被壳程介质
冷却后，一部分与粗煤气流量成比例地送到C-5201的H2S 吸收段顶部，用于洗涤H2S；另一部分被送到C-15201的预洗段作洗涤剂用；其余的富CO2甲醇送到C-5202的上段进行降压闪蒸。
