萬噸低溫甲醇洗脫碳建議書

1、15萬噸/年低溫甲醇洗脫碳裝置建議書一、 低溫甲醇洗工作原理低溫甲醇洗(Rectisol)是20世紀(jì)50年代初德國(guó)林德(Linde)公司和魯奇(Lurgi)公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化工藝。第一個(gè)低溫甲醇洗裝置由魯奇公司于1954年建在南非Sasol的合成燃料工廠，目前世界上有一百多套工業(yè)化裝置，其中中國(guó)引進(jìn)了十多套。該工藝為典型物理吸收法，是以低溫甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的特性，脫除原料氣中的酸性氣體。由于甲醇的蒸汽壓較高，所以低溫甲醇洗工藝在低溫(60)下操作，在低溫下CO2與H2S的溶解度隨溫度下降而顯著地上升，因而所需的溶劑量較少，裝置的設(shè)備也較小。在30下，

2、H2S在甲醇中的溶解度為CO2的6.1倍，因此能選擇性脫除H2S。該工藝氣體凈化度高，可將變換氣中CO2脫至小于20ppm，H2S小于0.1ppm，氣體的脫硫和脫碳可在同一個(gè)塔內(nèi)分段、選擇性地進(jìn)行，而CO2、H2S再生可在不同的塔中進(jìn)行，分別得到合格的二氧化碳含量為99%的純堿原料氣和硫回收原料氣。二、低溫甲醇洗對(duì)各氣體的吸附比較3、 設(shè)計(jì)的物料平衡和H2、N2損失AA公司原殼牌制氣低溫甲醇洗脫碳裝置設(shè)計(jì)變換氣流量106310Nm3/h，壓力3MPa，溫度40，成分為H2 52.1，N2 6.2%，CO 0.3，CO2 40.4%，H2SCOS 0.12%，Ar 0.2%，H2O 0.25%（

3、飽和），以噸氨耗4200Nm3變換氣計(jì)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為合成氨25.3t/h。根據(jù)帶物料點(diǎn)的流程圖進(jìn)行物料衡算，可知總物料平衡如下圖。進(jìn)料流量(Nm3/h)H2N2CO2CO硫化物Ar+CH4水變換氣10631055388659142949319149478266百分?jǐn)?shù)100%52.16.240.40.30.140.450.25氣提氮?dú)?4002400百分?jǐn)?shù)100100水洗塔用水1.3t/h1.3t/h百分?jǐn)?shù)100100出料凈化氣628795533464771.33020.006468百分?jǐn)?shù)100%8810.320ppm0.480.1ppm0.74CO2產(chǎn)品氣301915418829949百分?jǐn)?shù)

4、100%0.180.6299.2放空氣54259.62368.6113.82百分?jǐn)?shù)100%116821尾氣150912264126017.5百分?jǐn)?shù)100%1583.50.05廢水1.5t/h含微量甲醇、甲基硫等99.8H2回收率62879×0.88÷106310÷0.52199.9%N2回收率62879×0.103÷106310÷0.06298.3%四、15萬噸/年固定床造氣低溫甲醇洗脫碳物料平衡通過計(jì)算，可得15萬噸/年固定床造氣低溫甲醇洗脫碳物料平衡如下圖（設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為合成氨20噸/小時(shí)，噸氨耗變換氣4295Nm3，由于硫化物含

5、量不變，假定氣提氮?dú)饬?、放空氣量和尾氣量和原裝置相比按比例縮?。＿M(jìn)料流量(Nm3/h)H2N2CO2CO硫化物Ar+CH4水變換氣859004400014666254902701201139215百分?jǐn)?shù)100%51.217.129.70.310.141.320.25氣提氮?dú)?9341934百分?jǐn)?shù)100100水洗塔用水1.05t/h1.05t/h百分?jǐn)?shù)100100出料凈化氣6008843956145462601326百分?jǐn)?shù)100%73.224.220ppm0.430.1ppm2.2CO2產(chǎn)品氣1510042.3108.714949百分?jǐn)?shù)100%0.280.7299放空氣43852.6297.8

6、87.6百分?jǐn)?shù)100%126820尾氣121941890102436百分?jǐn)?shù)100%15.5840.05廢水1.2t/h百分?jǐn)?shù)100%含微量甲醇、甲基硫等99.8H2回收率43956/4400099.9%N2回收率14546÷1466699.2后工序H2損失：甲烷化反應(yīng)剩余的CO消耗H2：13×339Nm3，加上微量CO2消耗的H2，合計(jì)損失H2 40Nm3/噸氨，因甲烷化反應(yīng)增加的甲烷，導(dǎo)致合成放空增加H2損耗60Nm3/噸氨，合計(jì)H2總損失102Nm3/噸氨。5、 甲醇洗滌塔塔徑計(jì)算現(xiàn)AA公司低溫甲醇洗日產(chǎn)合成氨688噸/天，其中殼牌制氣提供531噸/天合成氨氣量，固定床

7、造氣提供157噸/天合成氨氣量，甲醇洗滌塔已實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷，殼牌制氣噸氨需變換氣4200Nm3，固定床造氣噸氨需變換氣4295Nm3，下段吸收溫度為-30，上段吸收溫度45，吸收壓力為3MPa，上段壓力2.9MPa，甲醇循環(huán)量261噸/小時(shí)，洗滌塔塔徑為DN2500×30×54185。洗滌塔下段空速（4295×157/244200×531/24）÷30×243.15÷273.15×4÷3.14÷2.44÷2.44÷36000.2046m/s洗滌塔上段空速（3004×15

8、7/242484×531/24）÷29×228.15÷273.15×4÷3.14÷2.44÷2.44÷36000.1277m/s新裝置甲醇洗滌塔下段空速取0.2m/s，上段空速取0.13m/s，通過計(jì)算可知，新洗滌塔下段內(nèi)徑需達(dá)到2.08m，上段內(nèi)徑需達(dá)到2.17m，建議新裝置甲醇洗滌塔規(guī)格為DN2300×30。其中一、四段塔板數(shù)及塔板間距保持不變，二、三段各減少兩塊塔板。塔板間距不變。6、 甲醇循環(huán)量計(jì)算AA公司現(xiàn)甲醇洗滌塔共脫除CO2 4200×531/24×0.4041

9、274.5×157/2445879Nm3/h90.12t/h噸甲醇吸收CO2量為：45879/261175.8Nm3345kg由于變換氣中CO2濃度降低，新裝置噸甲醇吸收CO2量會(huì)有所降低，以噸甲醇吸收160Nm3 CO2計(jì)，得新裝置甲醇循環(huán)量1274.5×20÷160159.3噸/小時(shí)201.4m3/h新裝置甲醇泵的輸送能力以250m3/h選型。7、 現(xiàn)裝置設(shè)計(jì)CO2回收率和需達(dá)到的CO2回收率現(xiàn)裝置設(shè)計(jì)CO2回收率30191×0.992÷106310÷0.40469.7%AA公司公司現(xiàn)日產(chǎn)合成氨688噸，日產(chǎn)純堿1950噸，噸堿耗

10、合成氨353kg，耗CO2 350Nm3，如采用固定床制合成氨，CO2回收率需達(dá)到1/0.353×350÷1274.577.8通過物料平衡表可知，如只使用CO2產(chǎn)品氣，理論CO2回收率15100×0.99÷1274.5÷2058.6，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足純堿生產(chǎn)需要，所以需要把尾氣中的二氧化碳加以利用，和產(chǎn)品CO2氣混合作為純堿碳化塔下段氣來源。由于尾氣中理論H2S含量為0.05×10×34/22.40.76g/m3，需設(shè)置尾氣脫硫及二氧化碳精脫硫裝置。（AA公司公司現(xiàn)尾氣的分析數(shù)據(jù)為硫化物含量3ppm，但總硫不平衡，硫化物有可能在

11、廢水中富集，如此數(shù)據(jù)為真，只需設(shè)二氧化碳精脫硫裝置）8、 氣提氮?dú)庑枨罅吭浖鼩馓酦2需求量為2400Nm3/h，此時(shí)變換氣氣量為106310Nm3/h。AA公司公司現(xiàn)氣提N2使用量為1960Nm3/h，進(jìn)口變換氣量121021.5Nm3/h。由于氣提氮?dú)庵饕糜跉馓峒状几灰褐械腍2S，可以認(rèn)為氣提氮?dú)馐褂昧亢瓦M(jìn)口變換氣量成正比，如采用軟件包數(shù)據(jù)，需N2量4295×20÷106310×24001939Nm3/h，如采用生產(chǎn)數(shù)據(jù)，需N2量4295×20÷121021.5×19601391Nm3/h，本裝置氣提氮?dú)廨斔湍芰σ?000Nm

12、3/h設(shè)計(jì)，氮?dú)庥葾A公司公司空分裝置富余的氮?dú)馓峁?、 冰機(jī)冷凍量計(jì)算及冰機(jī)選型原軟件包冰機(jī)主要用于循環(huán)甲醇深冷器、富甲醇深冷器1、貧甲醇深冷器、酸氣深冷器。設(shè)計(jì)冷凍量為40 液氨 3480kW。即300萬大卡/小時(shí)。根據(jù)軟件包的流程圖和物料數(shù)據(jù)，冷凍量主要消耗在E-05（甲醇深冷器），E-04（富甲醇深冷器）E-13（貧甲醇深冷器）、E-17（酸氣深冷器），各換熱器需要的冷凍量分別計(jì)算如下：E-05 Q1=2.48×203×14×1000+36×0.653×14×1000=7.38×106KJE-04 Q2=2.48&

13、#215;112×3×1000+45×0.653×3×1000=0.92×106KJE-13 Q3=203×1000×2.48×5=2.517×106KJE-17 Q4=132×1167+132×2.48×63+63×542/22.4×44×0.653=0.218×106KJ總換熱量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=11.033×106KJ總換熱效率=11.033×106÷3600÷3480=

14、88%換熱器E-05、E-04、E-13、E-17的冷凍需求量主要來自甲醇降溫或冷凝，可認(rèn)為冰機(jī)負(fù)荷及各換熱器換熱面積和甲醇循環(huán)量成正比，現(xiàn)有換熱器和冰機(jī)可滿足261t/h甲醇循環(huán)量需要，當(dāng)甲醇循環(huán)量降為159.3t/h時(shí)，冰機(jī)制冷量=300×159.3÷261=183萬大卡整個(gè)系統(tǒng)的冷凍換熱效率計(jì)算：從整個(gè)系統(tǒng)來看，冰機(jī)的冷凍量主要用于進(jìn)口氣體降溫和循環(huán)甲醇降溫，其中進(jìn)口氣體溫度從40降到30，甲醇溫度從38降到24，氣體降溫需要冷凍量Q1=10×106310×0.35302×4.18=1.56×106KJ甲醇降溫需要冷凍量Q2=2

15、03×1000×2.48×14=7.048×106KJ總冷凍效率=（Q1+Q2）/12528000=68.4%新裝置換熱器E-05、E-04、E-13、E-17的相關(guān)參數(shù)如下：E-05 甲醇深冷器現(xiàn)參數(shù) DN1600×16×10150，F(xiàn)=161m2，SA-203GrD新裝置參數(shù)：DN1200×14，F(xiàn)=100m2，SA-203GrD管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21降溫到-35 殼程 液氨 -33蒸發(fā)為氣氨，為甲醇溶液提供冷凍量E-04 富甲醇深冷器參數(shù) DN900×12

16、×6320，F(xiàn)=69.5m2，SA-516Gr70新裝置參數(shù)：DN700×10，F(xiàn)=45m2， SA-516Gr70管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21降溫到-35 殼程 液氨 -33蒸發(fā)為氣氨，為甲醇溶液提供冷凍量E-13 貧甲醇深冷器參數(shù) DN1100×12×8102，F(xiàn)=188m2，SA-516Gr70新裝置參數(shù)：DN1000×12，F(xiàn)=120m2，SA-516Gr70管程 貧甲醇溶液159.3t/h， -31降溫到-36 殼程 液氨 -36蒸發(fā)為氣氨，為甲醇溶液提供冷凍量E-17酸氣深冷器 參數(shù) DN700×10×4160，F(xiàn)=14.5m2，SA-516Gr70新裝置參數(shù)：DN700×10×