1、15 万吨/年低温甲醇洗脱碳装置建议书、 低温甲醇洗工作原理低温甲醇洗(Rectisol)是 20 世纪 50 年代初德国林德(Linde)公司和鲁奇(Lurgi)公司联合开 发的一种气体净化工 艺。第一个低温甲醇洗装置由鲁奇公司于 1954 年建在南非 Sasol 的合成燃料工厂，目前世界上有一百多套工业化装置，其中中国引进了十多套。该工艺为典型物理吸收法，是以低温甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的特性，脱除原料气中的酸性气体。由于甲醇的蒸汽压较高，所以低温甲醇洗工艺在低温(60 )下操作，在低温下 CO2与 H2S 的溶解度随温度下降而显著地上升，因而所需的溶剂量较少，
2、装置的设备也较小。在30下，H 2S 在甲醇中的溶解度为 CO2 的6.1 倍，因此能选择性脱除 H2S。该工艺气体 净化度高，可将变换气中CO2 脱至小于 20ppm，H2S 小于 0.1ppm，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行，而 CO2、H2S 再生可在不同的塔中进行，分别得到合格的二氧化碳含量为 99%的纯碱原料气和硫回收原料气。二、低温甲醇洗对各气体的吸附比较3、设计的物料平衡和 H2、N2损失AA 公司原壳牌制气低温甲醇洗脱碳装置 设计变换气流量106310Nm3/h，压力 3MPa，温度 40，成分 为 H2 52.1，N 2 6.2%，CO 0.3，CO 2 4
3、0.4%，H2SCOS 0.12%，Ar 0.2%，H2O 0.25%（饱和），以吨氨耗 4200Nm3变换气计 ，设计生产能力为合成氨25.3t/h。根据带物料点的流程图进行物料衡算，可知总物料平衡如下图。进料 流量 H2 N2 CO2 CO 硫化物 Ar+C 水(Nm3/h) H4变换气 106310 55388 6591 42949 319 149 478 266百分数 100% 52.1 6.2 40.4 0.3 0.14 0.45 0.25气提氮气 2400 2400百分数 100 100水洗塔用水1.3t/h 1.3t/h百分数 100 100出料净化气 62879 55334 6
4、477 1.3 302 0.006 468百分数 100% 88 10.3 20ppm 0.48 0.1ppm 0.74CO2产 品气30191 54 188 29949百分数 100% 0.18 0.62 99.2放空气 542 59.62 368.6 113.82百分数 100% 11 68 21尾气 15091 2264 12601 7.5百分数 100% 15 83.5 0.05废水 1.5t/h 含微量甲醇、甲基硫等 99.8H2 回收率628790.881063100.52199.9%N2 回收率628790.1031063100.06298.3%四、15 万吨/年固定床造气低温甲
5、醇洗脱碳物料平衡通过计算，可得 15 万吨/年固定床造气低温甲醇洗脱碳物料平衡如下图（设计生产能力为合成氨 20 吨/小时，吨氨耗变换气4295Nm3，由于硫化物含量不变，假定气提氮气量、放空气量和尾气量和原装置相比按比例缩小）。进料 流量(Nm3/h)H2 N2 CO2 CO 硫化物 Ar+CH4水变换气 85900 44000 14666 25490 270 120 1139 215百分数 100% 51.2 17.1 29.7 0.31 0.14 1.32 0.25气提氮气 1934 1934百分数 100 100水洗塔用水1.05t/h 1.05t/h百分数 100 100出料净化气
6、60088 43956 14546 260 1326百分数 100% 73.2 24.2 20ppm 0.43 0.1ppm 2.2CO2产 品气15100 42.3 108.7 14949百分数 100% 0.28 0.72 99放空气 438 52.6 297.8 87.6百分数 100% 12 68 20尾气 12194 1890 10243 6百分数 100% 15.5 84 0.05废水 1.2t/h百分数 100% 含微量甲醇、甲基硫等 99.8H2 回收率43956/4400099.9%N2 回收率145461466699.2后工序 H2损失：甲烷化反应剩余的 CO 消耗 H2：
7、13339Nm 3，加上微量 CO2 消耗的 H2，合计损失 H2 40Nm3/吨氨，因甲烷化反应增加的甲烷， 导致合成放空增加 H2损耗 60Nm3/吨氨，合计 H2总损失102Nm3/吨氨。5、甲醇洗涤塔塔径计算现 AA 公司低温甲醇洗日 产合成氨 688 吨/天，其中壳牌制气提供531 吨/天合成氨气量，固定床造气提供 157 吨/ 天合成氨气量，甲醇洗涤塔已实现满负荷，壳牌制气吨氨需变换气 4200Nm3，固定床造气吨氨需变换气 4295Nm3，下段吸收温度为-30，上段吸收温度45，吸收压力为 3MPa，上段压力 2.9MPa，甲醇循环量 261 吨/小时，洗涤塔塔径为 DN2500
8、3054185。洗涤塔下段空速（4295157/244200531/24）30243.15273.1543.142.442.4436000.2046m/s洗涤塔上段空速（3004157/242484531/24）29228.15273.1543.142.442.4436000.1277m/s新装置甲醇洗涤塔下段空速取 0.2m/s，上段空速取 0.13m/s，通过计算可知，新洗涤塔下段内径需达到 2.08m，上段内径需达到 2.17m，建议新装置甲醇洗涤塔规格为 DN230030。其中一、四段塔板数及塔板间距保持不变，二、三段各减少两块塔板。塔板间距不变。6、甲醇循环量计算AA 公司现甲醇洗涤
9、塔共脱除 CO2 4200531/240.4041274.5157/2445879Nm 3/h90.12t/h吨甲醇吸收 CO2 量为：45879/261175.8Nm 3345kg由于变换气中 CO2浓度降低，新装置吨甲醇吸收 CO2 量会有所降低，以吨甲醇吸收 160Nm3 CO2计，得新装置甲醇循环量1274.520160159.3 吨/小时201.4m 3/h新装置甲醇泵的输送能力以 250m3/h 选型。7、现装置设计 CO2回收率和需达到的 CO2回收率现装置设计 CO2 回收率301910.9921063100.40469.7%AA 公司公司现日产合成氨 688 吨，日 产纯碱
10、1950 吨，吨碱耗合成氨 353kg，耗 CO2 350Nm3，如采用固定床制合成氨，CO 2 回收率需达到 1/0.3533501274.577.8通过物料平衡表可知，如只使用 CO2产品气，理论 CO2 回收率151000.991274.52058.6，远远不能满足纯碱生产需要，所以需要把尾气中的二氧化碳加以利用，和产品 CO2 气混合作为纯碱碳化塔下段气来源。由于尾气中理论 H2S 含量为0.051034/22.40.76g/m 3，需设置尾气脱硫及二氧化碳精脱硫装置。（AA 公司公司现尾气的分析数据 为硫化物含量 3ppm，但总硫不平衡，硫化物有可能在废水中富集，如此数据为真，只需设
11、二氧化碳精脱硫装置）8、气提氮气需求量原软件包气提 N2 需求量为 2400Nm3/h，此时变换气气量为106310Nm3/h。AA 公司公司 现气提 N2 使用量为 1960Nm3/h，进口变换气量 121021.5Nm3/h。由于气提氮气主要用于气提甲醇富液中的H2S，可以认为气提氮气使用量和进口变换气量成正比，如采用软件包数据，需 N2 量 42952010631024001939Nm 3/h，如采用生产数据，需 N2 量 429520121021.519601391Nm 3/h，本装置气提氮气输送能力以 2000Nm3/h 设计，氮气由 AA 公司公司空分装置富余的氮气提供。9、冰机冷
12、冻量计算及冰机选型原软件包冰机主要用于循环甲醇深冷器、富甲醇深冷器 1、贫甲醇深冷器、酸气深冷器。设计冷冻量为40 液氨 3480kW。即 300万大卡/小时。根据软件包的流程图和物料数据，冷冻量主要消耗在 E-05（甲醇深冷器），E-04（富甲醇深冷器）E-13（贫甲醇深冷器）、E-17（酸气深冷器），各换热 器需要的冷冻量分别计算如下：E-05 Q1=2.48203141000+360.653141000=7.38106KJE-04 Q2=2.4811231000+450.65331000=0.92106KJE-13 Q3=20310002.485=2.517106KJE-17 Q4=13
13、21167+1322.4863+63542/22.4440.653=0.218106KJ总换热量 Q=Q1+Q2+Q3+Q4=11.033106KJ总换热效率=11.03310 636003480=88%换热器 E-05、E-04、E-13、E-17 的冷冻需求量主要来自甲醇降温或冷凝，可认为冰机负荷及各换热器换热面积和甲醇循 环量成正比，现有换热器和冰机可满足 261t/h 甲醇循环量需要，当甲醇循环量降为 159.3t/h时，冰机制冷量=300159.3261=183 万大卡整个系统的冷冻换热效率计算：从整个系统来看，冰机的冷冻量主要用于进口气体降温和循环甲醇降温，其中进口气体温度从 40
14、降到 30，甲醇温度从 38降到 24，气体降温需要冷冻量 Q1=101063100.353024.18=1.56106KJ甲醇降温需要冷冻量 Q2=20310002.4814=7.048106KJ总冷冻效率= （Q1+Q2）/12528000=68.4%新装置换热器 E-05、E-04、E-13、E-17 的相关参数如下：E-05 甲醇深冷器 现参数 DN16001610150，F=161m2，SA-203GrD新装置参数：DN120014，F=100m 2，SA-203GrD管程 吸收 CO2 的甲醇溶液 180.5t/h，其中甲醇 159.3t/h -21降温到-35 壳程 液氨 -33
15、蒸发为气氨， 为甲醇溶液提供冷 冻量E-04 富甲醇深冷器参数 DN900126320，F=69.5m2，SA-516Gr70新装置参数：DN70010，F=45m 2， SA-516Gr70管程 吸收 CO2 的甲醇溶液 180.5t/h，其中甲醇 159.3t/h -21降温到-35 壳程 液氨 -33蒸发为气氨， 为甲醇溶液提供冷 冻量E-13 贫甲醇深冷器参数 DN1100128102，F=188m2，SA-516Gr70新装置参数：DN100012，F=120m 2，SA-516Gr70管程 贫甲醇溶液 159.3t/h， -31降温到-36 壳程 液氨 -36蒸发为 气氨，为甲醇溶
16、液提供冷 冻量E-17 酸气深冷器 参数 DN700104160，F=14.5m2，SA-516Gr70新装置参数：DN700104160， F=14.5m2，SA-516Gr70管程甲醇、二氧化碳、硫化氢等气体，其中甲醇 95kg，不凝气体438Nm3/h，29.8降温到-33 壳程 液氨 -33蒸发为 气氨，为甲醇溶液提供冷 冻量10、未考虑的投资变换触媒增加投资 800 万元（现变换装置触媒总投资 1422 万元，其中中变触媒 K811 53.68 吨， 16 万元/吨，低 变触媒 QCS04 70.4吨，8 万元/ 吨， 预计新装置 变换触媒总投资 1100 万元，比传统变换触媒投资增加 800 万元），尾气脱硫及冰机增加投资 800 万元。合计增加投资 1600 万元。
