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                東獅濕式氧化法加壓脫硫新工藝(二)

                6.5  低溫甲醇洗工藝

                1工藝原理

                低溫甲醇洗是一種典型的物理吸收過程。物理吸收和化學吸收的根本不同點在于吸收劑與氣體溶質分子間的作用力不同。物理吸收中,各分子間的作用力為范德華力;而化學吸收中為化學鍵力。這二者的區別構成它們在吸收平衡曲線、吸收熱效應、溫度對吸收的影響、吸收選擇性以及溶液再生等方面的不同。

                低溫甲醇洗中,H2S、COS和CO2等酸性氣體的吸收,吸收后溶液的再生以及H2、CO等溶解度低的有用氣體的解吸曲線,其基礎就是各種氣體在甲醇中在不同條件下有不同的溶解度。

                根據氣體在甲醇中的不同溶解度,可采用分級減壓、惰性氣體(氮氣)氣提或加熱再生解吸的方法回收溶解的有用氣體、以及得到CO2產品氣、H2S酸性氣體、放空尾氣。

                根據工藝原理,低溫甲醇洗系統至少應包括:原料氣的吸收、有效氣體的中壓解吸,低壓解吸及氮氣氣提、熱再生等單元。

                2  工藝特點

                低溫甲醇洗工藝具有以下主要特點:

                (1)它可以同時脫除原料氣中的H2S、COS、RSH、CO2、HCN、NH3、NO以及石蠟烴、芳香烴、粗汽油等組分,且可同時脫水使氣體徹底干燥,所吸收的有用組分可以在甲醇再生過程中回收。

                (2)氣體的凈化度很高。凈化氣中總的硫含量可脫至0.1ppm以下,CO2可脫至20ppm以下。

                (3)吸收的選擇性比較高。H2S和CO2可以在不同設備或在同一設備的不同部位分別吸收而在不同的設備和不同的條件下分別回收。由于低溫時H2S和CO2在甲醇中的溶解度都很大,所以吸收溶液的循環量較小,特別是當原料氣壓力比較高時尤為明顯。另外,在低溫下H2和CO等在甲醇中的溶解度都較低,甲醇的蒸氣壓也很小,這就使有用氣體和溶劑的損失保持在較低水平。

                (4)甲醇的熱穩定性和化學穩定性都較好。甲醇不會被有機硫、氰化物等組分所降解,在操作中甲醇不起泡、純甲醇對設備和管道也不腐蝕,因此,設備與管道大部分可以用碳鋼或耐低溫的低合金鋼。甲醇的粘度不大,在-30℃時,甲醇的粘度與常溫水的粘度相當,因此,在低溫下對傳遞過程有利。此外,甲醇也比較便宜容易獲得。

                3  工藝介紹

                1原料氣規格:

                 13.jpg

                 

                4  產品和排放物要求

                4.1  凈化氣

                H2總回收率≥99.6%

                凈化氣甲醇洗裝置總壓降:≤0.25MPa

                總硫≤0.1ppm(mol)

                CO2 ≤10ppm(mol)

                CH3OH ≤25ppm(mol)

                4.2  富集 H2S 的酸性氣

                組成:H2S+COS≥25%(mol)

                壓力:≥0.12 MPa(G)

                4.3  排放尾氣

                組成:H2S≤2.3 kg/h

                      H2S+COS≤15vppm

                      CH3OH≤50 mg/Nm3

                壓力:≥0.02 MPa(G)

                4.4  排放廢水

                組成:CH3OH≤0.01wt%

                4.5  CO2產品氣

                CO2 ≥98.5%(mol)

                H2S+COS ≤5mg/Nm3

                CH3OH≤250 ppm(mol)

                壓力 ≥0.20MPa(a)

                5. 工藝概述

                低溫甲醇洗工藝采用物理吸收方法以冷甲醇作為溶劑脫除酸性氣體,具有工藝氣體凈化度高,選擇性好的優點,能夠有效脫除原料氣的H2S、CO2和COS等組分。低溫甲醇洗裝置主要輸出物流包括:

                CO2、H2S滿足要求的凈化氣

                H2S含量滿足硫回收要求的酸性氣

                CO2產品氣(可選)

                適合排放的尾氣,主要組成為N2和CO2

                適合排放的廢水

                典型的低溫甲醇洗裝置包括以下幾個部分:

                原料氣冷卻

                H2S、COS與CO2的脫除

                甲醇富液閃蒸回收有用氣體

                CO2產品氣解吸(可選)

                H2S組分濃縮和甲醇富液氣提

                甲醇熱再生

                甲醇/水分離

                尾氣水洗

                2低溫甲醇洗的操作溫度為-30~-70℃,各種氣體在-40℃時的相對溶解度,如下表所示:


                14.jpg 

                當氣體中有CO2時,H2S在甲醇中的溶解度約比沒有CO2時降低10%~15%。溶液中CO2含量越高,H2S在甲醇中溶解度的減少也越顯著。

                當氣體中有H2存在時,CO2在甲醇中的溶解度就會降低。當甲醇含有水分時,CO2的溶解度也會降低,當甲醇中的水分含量為5%時,CO2在甲醇中的溶解度與無水甲醇相比約降低12%。

                同樣,根據氣體在甲醇中的不同溶解度,可采用分級減壓、惰性氣體(氮氣)氣提或加熱再生解吸的方法回收溶解的有用氣體、以及得到CO2產品氣、H2S酸性氣體、放空尾氣。

                在中壓下解吸可以回收溶解在甲醇中的少量H2和CO,中壓越低回收的有效氣體越多,但循環氣體量增大,所需要的壓縮功越大,即電耗越大,所以需要權衡二者最終確定最優的中壓值。

                在低壓(常壓,甚至負壓)下解吸溶解的CO2氣,壓力越低解吸量越大,回收得到的CO2產品越多,但壓力太低CO2氣輸送困難,負壓操作則還需要電耗才能實現。

                采用氮氣氣提,可進一步降低甲醇中溶解的CO2分壓,可使CO2解吸更徹底些,相當于負壓(接近真空)操作,通入的氣提氮越多,CO2分壓降低得越多,解吸得越徹底

                最終采用升溫解吸,即熱再生,使甲醇完全再生得到貧甲醇,同時得到H2S酸性氣體。H2S在甲醇中溶解度最大,也就最難解吸,采用外來熱源加熱甲醇到沸騰,用精餾的辦法使得H2S徹底解吸出來。加熱介質用量越大,甲醇再生得越徹底。

                根據以上工藝原理,低溫甲醇洗系統至少應包括:原料氣的吸收、有效氣體的中壓解吸、低壓解吸及氮氣提、熱再生等單元

                6.設備一覽

                    關鍵設備及材料

                    1主要設備一覽表

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                7. 低溫甲醇洗投資占地運行費用

                投資與占地

                3.2.1  裝置投資

                 22.jpg 

                占地:約80m×60m=4800m2;不包括原料氣壓縮系統

                8. 克勞斯硫回收(低溫甲醇洗配套處理酸性尾氣):含硫化氫30萬Nm3/h粗合成氣經甲醇洗富集后,產生25%H2S含量的酸性氣8000Nm3/h。

                1、工藝路線及特點

                    如圖所示,酸性氣與氧氣混合后進入克勞斯燃燒爐進行部分燃燒,燃燒尾氣熱量回收后經過兩級克勞斯反應器生產硫磺,經硫冷凝器及分離器分離后的尾氣送至加氫反應器,將二氧化硫及單質硫磺加氫成硫化氫,再經急冷至45℃以下,后與空氣混合加熱至160-180℃進入選擇性氧化反應器生產硫磺,經硫冷凝器及分離器分離硫磺后,尾氣與過量空氣混合加熱至250℃進入催化焚燒反應器將所有含硫化合物轉化為二氧化硫送入堿洗塔,經堿洗后的尾氣二氧化硫≤50mg/Nm3,硫化氫含量≤5ppm,達到超凈排放。


                 23.jpg

                    該工藝采用克勞斯+改進超級克勞斯+堿洗工藝,尾氣排放達到超凈排放標準,生產硫磺質量滿足國標優等品標準,與傳統超級克勞斯工藝相比具有以下優勢:經急冷后尾氣處理量降低約20%;硫磺收率從原有超級克勞斯約70%提高至85%以上;采用催化焚燒代替焚燒爐,焚燒溫度從900℃降低至300℃,出口硫化氫低于5ppm,能耗大幅降低;后續堿洗消耗降低一半。

                2、原料及公用工程消耗估算


                 

                 24.jpg25.jpg 


                小結:從上表分析得出,新型組合脫硫脫碳工藝工藝操作費用和車間成本稍高于低溫甲醇洗工藝,各項凈化指標相當但是新型組合脫硫脫碳工藝工藝的一次投資低于低溫甲醇洗工藝,僅為低溫甲醇洗的50%,裝置規模能力更小時, 一次投資會更低,更適合于配套中、小新改建裝置。

                七、根據客戶需求,我們可以以下方式合作:

                (1)E改造

                對目前裝置采用東獅專有技術進行挖潛性改造,達到提質節能降耗的目的。

                (2)E+P合作

                對新上裝置采用最新的設計理念和組合反應技術進行工藝包設計和專用(專利)設備提供。

                (3)BOT能力

                對EPC合作的煤氣脫硫裝置,采用專業化運營管理模式合作。

                濕法脫硫系統能否長期穩定運行,工藝設計是關鍵,系統管理是重點。濕法脫硫工藝在新型煤化工氣體凈化領域隨著他的技術進步仍然大有作為,實踐證明:原料和氣化工藝的差別;含硫氣體的成分、壓力的差別,這些差別會對整個脫硫系統的工藝配置造成不同的影響。因此,針對不同氣源、不同工況,東獅公司采用新的設計理念新的反應技術以成套化技術為基礎,在進行科學計算的基礎上選擇合理的技術配置,結合十幾年來在濕法脫硫系統的技術改造、現場服務中積累的豐富工程經驗和深厚的技術沉淀,對濕式氧化法工藝進行了全面的優化和升級,形成了具有東獅理念的濕法脫硫新技術。

                東獅公司經過二十來年的濕法脫硫技術的沉淀,整合了一整套“投資更低,運行費用更省,脫硫效率更高,設計最優”的濕法脫硫新技術,東獅團隊始終秉承“勇于探索,敢于創新”的精神,堅持“先為人,后為商,誠為本,信取人”的企業文化理念,依托高校雄厚實驗力量和東獅技術團隊研發力量在濕式氧化法脫硫領域不斷地超越自我,為行業的不斷進步為“新時代”煤化工的發展為祖國的“碧水藍天“貢獻著東獅人的智慧。

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