15万吨低温甲醇洗脱碳建设可行性论证报告.doc
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1、15万吨/年低温甲醇洗脱碳装置建议书一、 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,装置的设备也较小。在30下,
2、H2S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三、 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,N2 6.2%,CO 0.3,CO2 40.4%,H2SCOS 0.12%,Ar 0.2%,H2O 0.25%(
3、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(Nm3/h)H2N2CO2CO硫化物Ar+CH4水变换气10631055388659142949319149478266百分数100%52.16.240.40.30.140.450.25气提氮气24002400百分数100100水洗塔用水1.3t/h1.3t/h百分数100100出料净化气628795533464771.33020.006468百分数100%8810.320ppm0.480.1ppm0.74CO2产品气301915418829949百分数
4、100%0.180.6299.2放空气54259.62368.6113.82百分数100%116821尾气150912264126017.5百分数100%1583.50.05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
5、量(Nm3/h)H2N2CO2CO硫化物Ar+CH4水变换气859004400014666254902701201139215百分数100%51.217.129.70.310.141.320.25气提氮气19341934百分数100100水洗塔用水1.05t/h1.05t/h百分数100100出料净化气6008843956145462601326百分数100%73.224.220ppm0.430.1ppm2.2CO2产品气1510042.3108.714949百分数100%0.280.7299放空气43852.6297.887.6百分数100%126820尾气121941890102436百分
6、数100%15.5840.05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H2:13339Nm3,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。五、 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
7、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DN25003054185。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
8、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。六、 甲醇循环量计算AA公司现甲醇洗涤塔共脱除CO2 4200531/240.4041274.5157/2445879Nm3/h90.12t/h吨甲醇吸收CO2量为:45879/261175.8Nm3345kg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201.4m3/h新装置甲醇泵的输送能力以250m3/h选型。七、 现装置设计CO2回收率和需达到的CO2回收率现
9、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1950吨,吨碱耗合成氨353kg,耗CO2 350Nm3,如采用固定床制合成氨,CO2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/m3,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
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