煤制油过程中净化工艺方案及其工艺流程研究

2013-08-15叶涛

山东工业技术 2013年15期

关键词：闪蒸工段冷却器

叶涛

（神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油项目建设指挥部，宁夏银川750011）

0 引言

煤、石油和天然气是人类赖以生存和发展的三大基础能源，也是一个国家经济持续发展和安全稳定的重要保障。石油资源的不足使煤和天然气在全球能源消费结构中所占的比例日趋上升。

1 净化工艺方案选择

目前，合成气脱除H2S 的方法有改良A.D.A 法、拷胶法、NHD 法，脱除CO2的方法主要有改良热钾碱法，NHD 法、MDEA 法、低温甲醇洗法（同时脱除H2S）等，但对于Texaco 气化所生产的煤气，因为压力高、硫含量高、CO2含量高等特点，可供选择的净化方法主要有以下两种选择：

1.1 低温甲醇洗

低温甲醇洗法属于物理吸收，在低温（－50℃～－60℃），溶剂吸收能力大，溶液循环量小，气体净化度高，再生热耗少，操作费用低，能综合脱除气体中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蚀，H2S 浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S 的浓度也可满足硫回收的要求。上述工艺虽然存在部分设备和工艺管道需要采用低温钢材，需要引进国外的低温材料，所以基建投资高，但其最大优点是溶剂价格便宜，消耗指标和能耗均低于其它净化工艺，在大型合成氨厂、甲醇厂中普遍采用。

1.2 NHD 脱硫脱碳

NHD 法是中国南化公司研究院等单位开发成功的新技术，属于物理吸收净化技术，该工艺在常温条件下操作，溶剂无毒，饱和蒸汽压低，溶剂损失小，再生能耗低，设备材质大部分为碳钢，取材范围广，价格也便宜，相对低温甲醇洗而言，溶液循环量大，消耗高，另外，NHD溶剂对有机硫的吸收能力差，对高硫煤要增加有机硫水解设备。该工艺的主要优点是投资少，能耗低于除低温甲醇洗以外的其它净化方法。

低温甲醇洗与其它方法相比其独特优点如下：

1）多效脱除性能

可以在一个系统内同时脱除H2S、CO2、COS，轻油、CN－等，并在再生时分别处理，满足副产CO2产品气、H2S 浓缩等要求。

2）净化度高

净化气CO2含量最低可达20ppm；总硫≤0.1ppm；水、轻油等完全被脱除。

3）溶液再生方式灵活，满足不同工艺要求

4）溶液吸收能力大，能耗低

本项目生产以Texaco 气化煤气为原料。净化装置所处理的变换气操作压力较高，CO2分压较大，选择低温甲醇洗净化工艺有着独特优势。这是因为低温甲醇洗工艺为物理吸收，因此特别适用对于压力高，酸气含量高的气体净化，在脱碳的同时实现有效的深度脱硫。

2 工艺流程

来自变换工段的3.5MPa（A）、40℃变换气进入本工段，与循环气体混合，并在原料气中注入防止结冰及形成水合物的贫甲醇后，气体经原料气冷却器（E0501）与净化气、气提塔塔顶出来的二氧化碳气和从H2S 浓缩塔出来的尾气换热降温，经水分离器（V0501）分离出冷凝的甲醇－水混合物后，原料气从底部进入甲醇洗涤塔（T0501），与自上而下的贫甲醇逆流接触，脱除气体中的CO2、H2S 和COS 等酸性气体，塔顶出来的净化气经过E0517 和E0501 换热升温后去下一工段。

从水分离器（V0501）分离出的甲醇、水混合物经甲醇水分离塔给料加热器（E0516）加热后进入甲醇水分离塔（T0505）中上部。

在甲醇洗涤塔（T0501）上部，用来自热再生工段低温贫甲醇液脱除CO2，在甲醇洗涤塔（T0501）底部对H2S、COS 进行吸收，CO2吸收的溶解热部分通过去下塔的甲醇带走，再通过循环甲醇冷却器（E0506）用来自H2S 浓缩塔（T0503）的冷甲醇液冷却循环甲醇及通过3# 甲醇急冷器（E0505）用冷冻剂冷却循环甲醇，带走部分热量。

由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S 在甲醇中的溶解度低，送入甲醇洗涤塔中CO2脱除段的甲醇流量要比送入H2S 脱除段的要大。甲醇洗涤塔（T0501）CO2脱除段中多余的甲醇从塔的中部抽出。

甲醇洗涤塔（T0501）底部富含H2S 甲醇通过甲醇换热器（E0507）和1# 甲醇急冷器（E0503）分别被温度较低的甲醇和冷冻剂液氨冷却。经过冷却，这部分甲醇减压膨胀后压进入1# 循环气闪蒸罐（V0502）回收闪蒸出来的H2。来自1# 循环气闪蒸罐（V0502）的闪蒸气经循环气压缩机（C0501）压缩，经压缩机后冷却器冷却，在进入原料气冷却器之前并入上游变换气中。

来自甲醇洗涤塔（T0501）的富含CO2甲醇与上述过程一样，先经甲醇换热器（E0507）和2# 甲醇急冷器（E0504），分别被来自CO2气提塔给料泵（P0502A，B）的甲醇和冷冻剂液氨冷却，减压膨胀后进入2#循环气闪蒸罐（V0503），闪蒸后的闪蒸气再经1#循环气闪蒸罐（V0502）由循环气压缩机（C0501）压缩。

来自2#循环气闪蒸罐（V0503）的富含CO2的甲醇先膨胀进入CO2气提塔顶，在气提塔（T0502）中，富含CO2甲醇液膨胀后产生无硫CO2气体，经原料气冷却器（E0501）回收冷量后与来自H2S 浓缩塔（T0503）的尾气一起经高点放空。

从CO2气提塔（T0502）中较低的升气管式塔板上抽出来的温度较低的甲醇液送入H2S 浓缩塔（T0503）的中上部，来自CO2气提塔（T0502）底部的富含H2S 甲醇也进入H2S 浓缩塔下段。为了提高装置H2S 馏分的浓度，在H2S 浓缩塔下部用来自空分工段的低压氮气对CO2进行气提，同时在塔的上部，用来自CO2气提塔（T0502）顶部的另一股没有被用作CO2气提塔（T0502）回流洗涤液的无硫甲醇对气提出来的H2S 和CO2进行洗涤。出H2S 浓缩塔的尾气基本上不含硫，经原料气冷却器（E0501）换热后与来自CO2气提塔（T0502）的CO2气一起放空。

从H2S 浓缩塔（T0503）升气管式塔板上抽出温度较低的甲醇液作为冷却剂先后用在3# 贫甲醇冷却器（E0508）、循环甲醇冷却器（E0506）及甲醇换热器（E0507），在经过循环甲醇冷却器（E0506）换热升温后进入甲醇闪蒸罐（V0507），闪蒸出来的闪蒸气进入CO2气提塔（T0502）的底部与来自上部的甲醇逆流接触脱除闪蒸气H2S 的组分。来自甲醇闪蒸罐（V0507）的闪蒸液经CO2气提塔（T0502）给料泵（P02A，B）加压后进入甲醇换热器（E0507）作为冷却剂，在此换热过程中产生的闪蒸气在进入CO2气提塔（T0502）脱硫之前在CO2气提塔（T0502）底部进行分离。

从H2S 浓缩塔（T0503）底部出来的富含H2S 甲醇经甲醇再生塔给料泵（P0503A，B）通过2# 贫甲醇冷却器（E0509）、1# 贫甲醇冷却器（E0510）进入甲醇再生塔（T0504）。在甲醇再生塔（T0504）中由甲醇再生塔再沸器（E0511）加热产生的甲醇蒸汽及来自甲醇水分离塔（T0505）的甲醇蒸气气提，对富甲醇中所含有的H2S 及CO2进行完全解吸，甲醇再生塔（T0504）顶部气体经甲醇再生塔回流冷却器（E0512）、酸性气换热器（E0514）及甲醇再生塔回流冷凝器（E0513）分别被冷却水、冷酸性气及冷却剂液氨冷却。冷凝液经H2S 浓缩塔（T0503）底部及经甲醇再生塔回流泵（P0506A，B）送回甲醇再生塔（T0503）顶部。离开酸性气分离器（V0505）的酸性气，通过酸性气换热器（E0514）加热后作为硫回收工段原料，离开本工段。

离开甲醇再生塔（T0504）塔底经过再生的贫甲醇在1# 贫甲醇冷却器（E0510）中冷却到42℃，经甲醇收集槽（V0504）缓冲，再用贫甲醇泵（P0504A，B）升压。升压后的贫甲醇经水冷却器（E0518）、2#贫甲醇冷却器（E0509）、3#贫甲醇冷却器（E0508）冷却后进入甲醇洗涤塔（T0501）。

来自水分离器（V0501）的甲醇和水混合物冷凝液经甲醇水分离塔给料加热器（E0516）加热，送入甲醇水分离塔（T0505），通过蒸馏将水和甲醇进行分离。该塔由甲醇水分离塔再沸器（E0515）进行加热，塔顶甲醇蒸汽送甲醇再生塔（T0504），而水作为废水排出，送往污水处理系统。甲醇水分离塔（T0505）所需的回流甲醇由甲醇再生塔（T0504）再生甲醇提供，通过甲醇水分离塔给料泵（P05OSA，B），经甲醇水分离塔给料加热器（E0516）冷却后入塔。

大部分循环的再生甲醇，通过甲醇粗过滤器除去甲醇循环系统中的固体及其他颗粒，甲醇粗过滤器位于甲醇再生塔给料泵（P0503A，B）的下游，进入甲醇再生塔（T0505）的回流甲醇在进入甲醇再生塔之前要经过甲醇过滤器（50501）进行过滤以除去固体及其它颗粒。

来自硫回收工段的尾气含有少量H2S，进入H2S 浓缩塔底部，甲醇洗涤后和尾气一起排入大气。为了提高去硫回收工段的H2S 浓度，一部分来自酸性气分离器的酸性气体循环进入H2S 浓缩塔（T0503）的下部。循环的CO2离开H2S 浓缩塔（T0503）塔顶，同时循环H2S 用甲醇进行洗涤。

为了减少甲醇损失，配置有甲醇污水系统，各个支管将所有泄露甲醇的设备连接到总管，总管将泄露的甲醇收集起来汇入排放甲醇槽。配置的污甲醇泵可将排放甲醇送入甲醇水分离塔（T0505）。安装在原料贮存工段的甲醇贮罐用于贮存甲醇，并装有甲醇供给泵。该贮槽可在停工时收集甲醇。