煤化工中低溫甲醇洗流程的模擬與改進

宋貴華 季法友 劉 于

山東華魯恒升化工股份有限公司

煤化工中低溫甲醇洗流程的模擬與改進

宋貴華 季法友 劉 于

山東華魯恒升化工股份有限公司

低溫甲醇凈化法具有較高選擇性、洗滌凈化度高、原料來源廣泛、價格低廉、操作費用低等優(yōu)點，自開發(fā)成功以來在世界上被廣泛采用。低溫甲醇洗流程模擬在操作和控制上具有很多優(yōu)勢，能夠進一步降低操作成本，提高了工藝的效率，因此進一步加強對其的研究非常有必要。基于此本文分析了煤化工中低溫甲醇洗流程的模擬與改進。

煤化工；低溫甲醇洗；改進

1、低溫甲醇洗流程模擬技術(shù)

1.1 低溫甲醇洗技術(shù)原理

低溫甲醇洗是一種基于物理吸收的、以低溫甲醇為吸收劑的凈化工藝，溫度一般在-50°～-60°，氣體受溫度影響不同，更容易分離。該工藝可同時或分段脫除氣體中的酸性組分(例如，H2S、CO2、各種有機硫化物、C2H2、C3及其以上的氣態(tài)烴、水氣和膠質(zhì)等)，然后采用熱再生或氣提等方法吸出酸性氣體，且能達到較高的凈化度。

1.2 低溫甲醇洗工藝流程

圖1 一步法低溫甲醇洗流程甲醇吸收塔

C1分上塔和下塔，為滿足工藝的凈化要求，在吸收塔上段用-60°的甲醇作為吸收劑。為使酸性氣體得到充分凈化，在吸收塔設(shè)置2個中段冷卻器。由于H2S在甲醇中的溶解度遠遠大于CO2，所以，下塔的甲醇量為上塔的一半左右。為提高吸收劑中硫的含量，將富硫甲醇溶液送到汽提塔，吸收殘留的二氧化碳。H2S濃縮塔的甲醇溶液加熱后進入再生塔，經(jīng)冷卻后進行氣液分離。從再生塔底部采出貧甲醇送往吸收塔，作吸收劑循環(huán)使用。將全系統(tǒng)產(chǎn)生的甲醇與水全部送入脫水塔，經(jīng)氣液分離后，氣相送入回收裝置，液相送入頂部，閃蒸出硫化物。

2、低溫甲醇洗改進流程的模擬與優(yōu)化

2.1 改進流程設(shè)計

本流程主要是針對原流程中CO2產(chǎn)品氣回收率較低這一特點進行改進，特別是H2S濃縮塔，原流程中高達56.9%的CO2是通過N2氣提方式解吸出來，CO2與N2混合后致CO2濃度低不能加以工業(yè)利用，作為尾氣排出。下面將對流程改進部分進行重點介紹。設(shè)計流程圖如圖2所示。

2.1.1 提高CO2純度

考慮到CO2產(chǎn)品氣不同的應(yīng)用范圍對CO2濃度要求的不同，本流程將提高CO2產(chǎn)品氣純度也作為一個設(shè)計目標(biāo)。從CO2產(chǎn)品氣成分分析，CO2產(chǎn)品氣中的主要雜質(zhì)為CO和H2。這兩個組分在甲醇中的溶解度要遠低于CO2，在解吸CO2之前，控制閃蒸壓力解吸出更多的CO和H2。如下圖所示，兩股甲醇富液在中壓閃蒸之后，進入塔D102之前，分別設(shè)置閃蒸罐S104和S105，繼續(xù)閃蒸，通過控制這兩個閃蒸壓力，得到不同純度的CO2產(chǎn)品氣。

圖2 改進流程設(shè)計圖

詳細(xì)流程圖：從原流程中壓閃蒸罐S102和S103出來的不含硫甲醇富液L13和含硫甲醇富液L20繼續(xù)閃蒸釋放出更多的有效氣，分別經(jīng)減壓閥V103和V105進入閃蒸罐S104和S105。其中，從L13富液中閃蒸出來的不含硫氣體(G14)在回收其冷量后排空，從L20富液中閃蒸出來的含硫氣體(G15)經(jīng)壓縮后循環(huán)回原料氣中。從閃蒸罐S104和S105出來的富液L15和L22經(jīng)減壓閥V104和V106降壓進入H2S濃縮塔D102。其中，不含硫甲醇富液L15從塔頂進入，含硫富液L22從塔間進入。在塔上部，解吸出來的H2S被不含硫甲醇吸收下來。在塔下部，溶液(L24)第一次被抽出以冷卻貧液和吸收液，由于考慮溶液溫度低于原流程的流股，為保持與傳統(tǒng)流程的一致，設(shè)計流股經(jīng)減壓閥V107減壓以降低溶液溫度，從閃蒸罐S106出來的閃蒸氣(G17)經(jīng)壓縮后循環(huán)回塔內(nèi)，溶液L26換熱升溫后返回到塔內(nèi)。流股(L31)再次從塔內(nèi)引出，經(jīng)泵P102升壓后，與貧液換熱，貧液溫度降至40℃，然后再返回至塔內(nèi)。塔底溶液L35經(jīng)減壓閥V108進一步降壓進入閃蒸罐S107，閃蒸出來的氣體(G18)經(jīng)壓縮后返回至塔內(nèi)，溶液L37換熱與貧液換熱后進入到熱再生塔。

2.2 模擬結(jié)果分析

改進后流程的主要流股參數(shù)的模擬運行結(jié)果如表2所示，根據(jù)GB/T6052-2011工業(yè)液體二氧化碳國家標(biāo)準(zhǔn)，選取CO2純度99.5%為標(biāo)準(zhǔn)對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計。CO2產(chǎn)品氣流股G22，純度為99.5%，CO2回收率89.4%。有效氣(G10)摩爾含量57.3kmol/h，較傳統(tǒng)流程有微幅上升，主要是增加了來自閃蒸罐S105的氣體流股G15含量。L15和L22經(jīng)減壓進入D102，溶液中的CO2摩爾分?jǐn)?shù)由約22.85%降至11.50%(L24)。第一次換熱后，CO2摩爾分?jǐn)?shù)降至5.64%(L31)。經(jīng)第二次換熱后，塔底溶液L35中CO2含量降至1.01%。塔底溶液經(jīng)進一步降壓后，L37富液中CO2濃度降低至0.46%，與傳統(tǒng)流程中H2S濃縮塔塔底富液中CO2濃度(0.49%)基本一致。經(jīng)過升溫閃蒸、真空閃蒸后，基本達到CO2解吸的目的。

表2 改進流程主要流股參數(shù)模擬數(shù)據(jù)

總之，隨著世界各國對石油能源的競爭加劇，煤化工的發(fā)展越來越受到重視，煤化工項目的規(guī)模越來越大，CO2排放量的也越來越大，通過合理途徑對CO2進行有效的回收利用，這對環(huán)境和能源都會產(chǎn)生很好的影響，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

[1]張靈玲.甲醇制丙烯分離流程的模擬與優(yōu)化[D].浙江大學(xué)，2016.

[2]任智斌.低溫甲醇洗工藝安全評價研究[D].鄭州大學(xué)，2014.