【正文】 進(jìn)料氣然后進(jìn)入進(jìn)料氣冷卻器 被冷卻的合成氣、尾氣及二氧化碳?xì)饫鋮s到 ，在水分離罐 中將冷凝下來的水、甲醇混合物分離，分離后的氣體進(jìn)入甲醇洗滌塔 。冷區(qū)由甲醇洗滌塔（ A、 B），二氧化碳解吸塔 ，硫化氫濃縮塔 組成；熱區(qū)由甲醇再生塔 華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 12 頁(yè) 共 48 頁(yè) 和甲醇 /水分離塔 組成。中 溶液的沸點(diǎn)與組成有關(guān)。在進(jìn)料板以下，下降液體（包括回流液和加料中液體）中的輕組 分向氣相傳遞，上升蒸汽中的重組分向液相傳遞，這樣經(jīng)過足夠的塔板，在塔的下部完成了下降液體中重組分的提濃即提出了輕組分，因而稱為提餾段。第一，在硫化氫濃縮塔底部通入一股低壓 N2 作為汽華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 11 頁(yè) 共 48 頁(yè) 提介質(zhì)，降低 CO2 氣體的分壓，將大部分 CO2 在硫化氫濃縮塔中解吸，以回收冷量。通過調(diào)節(jié)汽提介質(zhì)的量來控制汽提 程度，將 A 與 B 兩種物質(zhì)分離。 甲醇的識(shí)別方法：通過以下方法可將甲醇與乙醇區(qū)別開，如果液體與硼砂混合并點(diǎn)燃，甲醇是綠色火焰，只有加入濃硫酸后，乙醇才有這種顏色。由于 CO2 不可能全部在冷區(qū)解吸， H2S、 COS在熱區(qū)解吸，以及解吸，解熱過程的不可逆性，使得 CO2 解吸的 冷量回收率只有 60～ 70％，而其余部分冷量需由液氨補(bǔ)償。一、二類冷量損失由液氨提供 38℃的冷量加以補(bǔ)償。本工段冷量的直接來源為 4℃ 的液氨，在氨冷器 中蒸發(fā)向甲醇洗提供 38℃的低溫冷源；另外，通過水冷器 向系統(tǒng)提供冷量。 hr d 當(dāng) 填料的當(dāng)量直徑 D 氣 CO2 在氣體介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù) W吸收劑的流量。由 該圖可見，常溫下甲醇的蒸汽分壓很大。 茲將不同溫度下，氫、氮和甲烷的溶解度方程式中。 （ 4） H2S 在甲醇中的溶解度 H2S 在甲醇中的溶解度比 CO2 更大，可表示為； SH2S＝ 692PH2S/（ *H2SPH2S） 式中： PH2SH2S 平衡分壓， Kpa P*H2S液態(tài)硫化氫的蒸汽分壓， Kpa 可由下式確定： LgP*H2S＝ 當(dāng)有二氧化碳同時(shí)存在時(shí)， H2S 的溶解度要減少，可表示為： SH2S＝ SH2S/（ 1+） 式中： SCO2二氧化碳在甲醇中溶解度， Ln/Kg； C與溫度有關(guān)的常數(shù)， ℃ ， ℃，和 ℃時(shí)數(shù)值分別為： 104， 105， 107 （ 5） COS 在甲醇中溶解度 COS 在甲醇中的遵從亨利定律， 如圖所示： COS 在甲醇中溶解度，隨著壓力的增加而增加。 CO2PCO2) 華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 4 頁(yè) 共 48 頁(yè) 上兩式中： P176。 二、 理論基礎(chǔ)： （ 1） 拉烏爾定律與亨利定律 （ 2） 不同氣體在甲醇中的溶解 度 低溫甲醇洗吸收酸性氣體以及溶液再生，解吸回收有用氣體的基礎(chǔ)就是各種氣體在甲醇中的溶解度不同，操作條件不同時(shí)，溶解度的變化。為滿足環(huán)保要求，降 低放空尾氣中有毒物質(zhì)， H2S 等的含量，使其低于 5 106(體積 )；提高 H2S 餾分濃度以利于加工成硫和其它有用產(chǎn)品；甲醇液的再生過程和全流程組合也日趨合理、完善。 低溫甲醇洗的工業(yè)裝置最初由德國(guó)兩家公司 林德和魯奇研究開發(fā)的， 1954 年，在南非一個(gè)以煤為原料合成液態(tài)燃料的工廠中，由魯奇承包建成第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的示范性裝置，用于凈化加壓魯奇爐制得的煤氣。隨著吸收溫度降低，甲醇對(duì)酸性組分的選擇性提高。該法用一種溶劑可同時(shí)或分段脫除氣體中的 H2S、 CO2 等酸性組分和各種有機(jī)硫化物， NH C2H C3 及 C3以上 的氣態(tài)烴，膠質(zhì)及水汽等，能達(dá)到很高的凈化度。例如：能把總硫脫至＜ ，同時(shí)能把二氧化碳脫至 10108~20 106(體積 )。因此此法在較低溫度下操作，更宜于在酸性氣體分壓高時(shí)。脫除硫化物和不飽和烴類至 1 106(體積 )并脫 CO2 至 10％。 70 年代末林德公司在我國(guó)設(shè)計(jì)和建造了三套渣油氣化日產(chǎn) 1000 噸合成氨，脫硫脫碳?jí)毫? 的低溫甲醇洗裝置，它們分別是寧波鎮(zhèn)海、新疆、寧夏。 甲醇對(duì)二氧化碳、硫化氫、硫氧化碳等酸性氣體有較大的溶解能力，而氫、氮、一氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微，因而甲醇能從原料氣中選擇吸收二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，而氫和氮損失很少。 CO2同溫度下液體 CO2 的蒸汽分壓， Kpa PCO2二氧化碳的平衡分壓， Kpa 不同溫度和壓力下二氧化碳在甲醇中的溶解度 （標(biāo)準(zhǔn)厘米 3CO2/克甲醇） 溫度℃ CO2 大氣壓 26 36 45 60 570 表中數(shù)據(jù)表明，壓力升高在甲醇中的溶解度增大，溶解度與壓力幾乎成正比關(guān)系。 COS 在甲醇中的溶解度與 H2S、CO2 的溶解度相比較表明，吸收氣體中 CO2 所需要的甲醇量足夠完全地除凈氣體中的有機(jī)硫，如果只除去氣體中的硫化物，那么應(yīng)該考慮氣體中 COS 的溶解華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 6 頁(yè) 共 48 頁(yè) 度，因?yàn)?COS 是溶解度最低的硫化物組分。 溶解度方程式中的 Ko 和 A 華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 7 頁(yè) 共 48 頁(yè) 溫度℃ 亨利系數(shù) Ko atm/分子數(shù) A Cm3 N2 H2 CH4 N2 H2 CH4 0 –––––––– 6600 –––––––– –––––––– 65800 –––––––– 3805 –––––––– –––––––– 52200 –––––––– –––––––– 25 3778 8210 60400 22400 28000 35 –––––––– –––––––– –––––––– –––––––– 62020 45 3680 9410 –––––––– 73200 24000 –––––––– 50 –––––––– –––––––– –––––––– –––––––– 91500 60 3450 –––––––– 63600 –––––––– 將氫、氮和甲烷在甲醇中的亨利系數(shù)列入下表 : 氫、氮和甲烷在甲醇中的亨利系數(shù) (MPa) 氫 氮 甲烷 0 –––––––– –––––––– –––––––– –––––––– 25 45 (35℃ ) (50℃ ) 60 –––––––– 各種氣體在甲醇中的溶解熱 ,由下表可見 ,C2O 和 H2S 在甲醇中的溶解度不大 ,但因其溶解度較大 ,因而塔內(nèi)仍有明顯提高 ,為了保持一定的吸收效果 ,塔中部需設(shè)置冷凍以排除吸收放熱。為了減少操作中的溶劑損失，也宜于低溫吸收。 Kg/hr D通往設(shè)備的 CO2 流量， Kg/hr P CO2氣相中 CO2 的分壓 F CO2 CO2 的逸度 d填料環(huán)的外徑 h填料環(huán)的高度 Pr普蘭德數(shù) Pr=Cpu/λ f λ f液體的導(dǎo)熱系數(shù)， Kcal/ 在其它條件相同時(shí)， H2S 的吸收速度約為 CO2 的吸收速度的十倍，因 H2S華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 9 頁(yè) 共 48 頁(yè) 濃度比較小，所以 CO2 的吸收是抑制過程，影響吸收速度的最大因素是溫度和壓力。 系統(tǒng)開車時(shí)，用液氨冷卻循環(huán)甲醇及進(jìn)入系統(tǒng)的氣體，不合格的工藝氣經(jīng)開工管線及 回收冷量后放入冷火炬。第三類冷量損失部分可加以回收，另一部分由液氨提供的冷量來補(bǔ)償。 第四種冷量損失可通過液氮洗來的低溫合成氣在 E1617 及 E1601 中復(fù)熱回收冷量而加以補(bǔ)償。 （１０）汽提原理 汽提是物理過程，它用于破壞原氣液平衡而建立一新的氣液平衡狀態(tài)，達(dá)到分離物質(zhì)的目的。 如果要保證 A,B 的純度而不需要其它雜質(zhì)，則可采用 A 或 B 做汽提介質(zhì)，如尿素生產(chǎn)過程采用 CO2汽提法或氨汽提法來分解甲銨。第二，在甲醇再生塔中用甲醇蒸汽做為介質(zhì)，將溶解于甲醇中的 COH2S、 COS 全部解吸出來，達(dá)到甲醇再生的目的。 一個(gè)完整的精餾塔應(yīng)包括精餾段和提餾段，進(jìn)料板是二者的分界。精餾塔內(nèi)各塊塔板上物料的組成及總壓 并不相同，因而從塔頂至塔底形成某種溫度分布。工藝流程圖請(qǐng)參見附圖。 甲醇洗滌塔 塔分上塔和下塔。這部分溶解熱一部分通過冷流體冷卻后移走。 另一部分溶解熱經(jīng) C1001 上塔下段底部富 CO2 甲醇液帶出，其溫度為 ，這股溶液分兩部分，一部分去 2 號(hào)循環(huán)氣閃蒸槽 V1003，另一部分進(jìn)入 C1001下塔頂部。 這股閃蒸氣再與來自液氮洗工序循環(huán)氣一起進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī) K1001 壓縮到 MPa（ A）后 經(jīng)水冷器 E1002 冷卻到 ℃送入 E1001 前的進(jìn)料管，以回華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 14 頁(yè) 共 48 頁(yè) 收利用 H2。其中大部分經(jīng) E100 E1001 復(fù)熱后，以 MPa（ A）， ℃送往尿素車間生產(chǎn)尿素，多余的部分經(jīng)旁路管線壓力閥的調(diào)節(jié)從 C1002 塔頂并入C1003 塔頂尾氣管線復(fù)熱后放空。 從 C1003 塔中部升氣管塔板上經(jīng) P1001 抽出的一股甲醇液（ m3/h，含 CO2約 ％，－ ℃）經(jīng)換熱器加熱后進(jìn)入 C1002 塔底回收 CO2。 從 C1002 塔中段底部塔板進(jìn)入到 C1003 塔的甲醇液直接加到 C1003 塔的升氣管塔板上，而不是比其高的中段上部塔板上。 C1002 塔中段底部塔盤引出的同時(shí)含有 CO2 和 H2S 的甲醇液（ m3/h，含CO2： ％，含 H2S： ％），壓力由 MPa（ A）減到 MPa（ A），溫度由－ ℃降到－ ℃進(jìn)入 C1003 塔中部。而同時(shí)解吸的 H2S被回流液洗下來。在送入 C1002 塔底回收 CO2 前， 其冷量在 E100 E100 V1007 中進(jìn)行回收。 H2S 得到再濃縮。 富載 CO 、 H2S、 COS 的甲醇液被來自塔底再沸器 E1011 及甲醇 /水分離塔頂華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 17 頁(yè) 共 48 頁(yè) 的甲醇蒸汽汽提，使 CO 、 H2S、 COS 全部解吸。分離的氣體一部分循環(huán)回 C1003 塔下塔中部，另一部分經(jīng) H2S 餾分冷卻器 E1014復(fù)熱后送入克勞斯裝置（ 1398NM3/hr， (A)， ℃，含 H2： ％，CO2： ％， CH3OH： ％）。 /水分離 從 V1001 分離罐來的甲醇水混合物（ ，－ 17℃，含水 ％，CH3OH： ％），經(jīng) E1016 加熱到 ℃后，進(jìn)入 C1005 塔進(jìn)行甲醇 /水蒸餾分離。 分離的廢水（ ， (A)， ℃，含水 ％， CH3OH：％）經(jīng)塔底送往廢水處理工段。內(nèi)設(shè)潛液泵 P1007 使 V1008 內(nèi)廢甲醇循環(huán)回工藝系統(tǒng)進(jìn)行處理。 （一） 工藝特點(diǎn)： 1. 流程布置特點(diǎn) 我廠采用的是五塔流程，設(shè)備多、流程長(zhǎng)，按照溫度等級(jí)可將整個(gè)系統(tǒng)劃分為冷區(qū)和熱區(qū)，冷區(qū)主要包括甲醇洗滌塔 C100 CO2 解吸塔 C1002 及硫化氫濃縮塔 C1003 及其有關(guān)的換熱器、泵、罐。 根據(jù)壓力等級(jí)的不同將整個(gè)系統(tǒng)劃分為高、中、低三個(gè)區(qū)。因此在停車期間，嚴(yán)禁高、中、 低壓串壓。 ⑷ 溶劑損失少，低溫下甲醇的蒸汽壓很小，隨氣體帶走的甲醇很少。尿素生產(chǎn)所需的 CO2 量為 Nm3/h，這就意味著大量的 CO2需在硫化氫濃縮塔 C1003 內(nèi)解吸并放空。因此凈化工段的操作負(fù)荷范圍為50％～ 70％。 （ 2） V1002 罐底部送往 C1003 的液體管線閥 LV1016 全關(guān)，將所有液體送入 C1002 解吸回收 CO2（參見圖 6）。 增濃循環(huán)管線的設(shè)置 克勞斯硫回收裝置要求富硫氣體中 H2S 濃度越高越好。這樣，這股甲醇蒸汽所攜華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 21 頁(yè) 共 48 頁(yè) 帶的能量在 C1004 內(nèi)被利用，作為甲醇再生的一股熱源，即減少了投資，又給操作帶來了方便。 二、設(shè)備特點(diǎn) C100 C100 C100 C1004 選用浮閥塔。 （ 4） 塔板上液面梯度較少，氣體分配均勻。林德公司在設(shè)計(jì)此塔時(shí)作了以下幾方面的優(yōu)化及改進(jìn)： —— 塔板采用篩板，操作彈性大 華魯恒升集團(tuán)工藝手冊(cè) ―― 低溫甲醇洗 第 22 頁(yè) 共 48 頁(yè) —— 塔徑較大，整個(gè)塔的處理能力增加，從設(shè)計(jì)上保證塔的操作性能，使循環(huán)甲醇中水 含量低于 ％（ V）