低温甲醇洗工艺手册Word文件下载.docx
《低温甲醇洗工艺手册Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温甲醇洗工艺手册Word文件下载.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
随着吸收温度降低，甲醇对酸性组分的选择性提高。
因此此法在较低温度下操作，更宜于在酸性气体分压高时。
此外，为了减少损失（甲醇易挥发），吸收和解吸过程在较低温度下进行。
所以此法须设冷冻装置，制冷温度一般为-38℃左右。
低温甲醇洗的工业装置最初由德国两家公司------林德和鲁奇研究开发的，1954年，在南非一个以煤为原料合成液态燃料的工厂中，由鲁奇承包建成第一个工业规模的示范性装置，用于净化加压鲁奇炉制得的煤气。
脱除硫化物和不饱和烃类至1×
10-6（体积）并脱CO2至10％。
林德公司最初建造的低温甲醇洗装置用于净化含硫转化气，并回收无硫的CO2供合成尿素。
硫化氢馏分与来自液氮洗装置的尾气一起送往附近的电站作燃料烧掉。
为满足环保要求，降低放空尾气中有毒物质，H2S等的含量，使其低于5×
10-6（体积）；
提高H2S馏分浓度以利于加工成硫和其它有用产品；
甲醇液的再生过程和全流程组合也日趋合理、完善。
70年代末林德公司在我国设计和建造了三套渣油气化日产1000吨合成氨，脱硫脱碳压力8.0MPa的低温甲醇洗装置，它们分别是宁波镇海、新疆、宁夏。
另外新建以煤和渣油为原料的大型合成氨装置如渭河化肥厂、兰化、吉化三十万吨合成氨装置采用低温甲醇洗。
我厂用寰球公司设计的6.5MPa的低温甲醇洗工艺。
二、理论基础：
（1）拉乌尔定律与亨利定律
（2）不同气体在甲醇中的溶解度
低温甲醇洗吸收酸性气体以及溶液再生，解吸回收有用气体的基础就是各种气体在甲醇中的溶解度不同，操作条件不同时，溶解度的变化。
甲醇对二氧化碳、硫化氢、硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力，而氢、氮、一氧化碳等气体在其中的溶解度甚微，因而甲醇能从原料气中选择吸收二氧化碳、硫化氢等酸性气体，而氢和氮损失很少。
各种气体在-40℃（233k）时的相对溶解度如下表：
气体
气体的溶解度/氢气的溶解度
气体的溶解度/二氧化碳的溶解度
H2S
2540
5.9
COS
1555
3.6
CO2
430
1.0
CH4
12
CO
5
H2
N2
2.5
（3）CO2在甲醇中的溶解度
低温下CO2在甲醇中的摩尔分率XCO2可按下式计算：
XCO2＝0.425PCO2/P°
CO2在甲醇中的溶解度SCO2（ln/kg）可表示为
SCO2＝695.7PCO2/（2.35P°
CO2-PCO2）
上两式中：
P°
CO2-----同温度下液体CO2的蒸汽分压，Kpa
PCO2-------二氧化碳的平衡分压，Kpa
不同温度和压力下二氧化碳在甲醇中的溶解度
（标准厘米3CO2/克甲醇）
温度℃
CO2大气压
-26
-36
-45
-60
17.6
23.7
35.9
68.0
2.0
36.2
49.8
72.6
159.0
3.0
55.0
77.4
117.0
321.4
4.0
77.0
113.0
174.0
960.7
5.0
106.0
150.0
250.0
6.0
127.0
201.0
362.0
7.0
155.0
262.0
570
8.2
192.0
355.0
9.0
223.0
444.0
10.0
268.0
610.0
11.5
343.0
12.0
385.0
13.0
468.0
14.0
617.0
15.0
1142.0
表中数据表明，压力升高在甲醇中的溶解度增大，溶解度与压力几乎成正比关系。
而温度对溶解度的影响更大，尤其是低于-30℃时，溶解度随温度的降低而急剧增大。
因此，用甲醇吸收二氧化碳宜在高压、低温下进行。
（4）H2S在甲醇中的溶解度
H2S在甲醇中的溶解度比CO2更大，可表示为；
SH2S＝692PH2S/（1.9P*H2S-PH2S）
式中：
PH2S------H2S平衡分压，Kpa
P*H2S----液态硫化氢的蒸汽分压，Kpa可由下式确定：
LgP*H2S＝6.583-973.5/T
当有二氧化碳同时存在时，H2S的溶解度要减少，可表示为：
SH2S＝SH2S/（1+C.SCO2.42）
SCO2------二氧化碳在甲醇中溶解度，Ln/Kg；
C------与温度有关的常数，-25.6℃，-50.0℃，和-78.5℃时数值分别为：
1.8×
10-4，1.5×
10-5，4.0×
10-7
（5）COS在甲醇中溶解度COS在甲醇中的遵从亨利定律，
如图所示：
COS在甲醇中溶解度，随着压力的增加而增加。
COS在甲醇中的溶解度与H2S、CO2的溶解度相比较表明，吸收气体中CO2所需要的甲醇量足够完全地除净气体中的有机硫，如果只除去气体中的硫化物，那么应该考虑气体中COS的溶解度，因为COS是溶解度最低的硫化物组分。
（6）氢、氮和甲烷在甲醇中的溶解度及其它理化数据
氢、氮和甲烷等气体在甲醇中的溶解度是不大的，但由于变换气中H2含量很高，因此，在高压低温条件下脱除酸性气体时，造成H2的损失仍是可观的。
以上三种气体在甲醇中的溶解度都可用下式表示：
log＝lgKo+
f2------氢、氮和甲烷等溶质气体的逸度；
V2L------氢、氮和甲烷等溶质气体在无限稀的甲醇溶液中（即X2＝0）的偏摩尔体积；
X2-----溶液中氢、氮和甲烷等溶质气体的分子分数；
Ko------气相溶质气体分压趋近于零时,即气相只为纯溶剂蒸汽压时的亨利系数,其中氢的Ko与温度的关系可以表示为:
lg.Ko=3.083+204/T
甲烷的Ko与温度的关系可以表示为:
lg.Ko=3.6-173/T
氮的Ko与温度的关系不能用线性方程表示。
兹将不同温度下，氢、氮和甲烷的溶解度方程式中。
溶解度方程式中的Ko和A
亨利系数Koatm/分子数
ACm3
––––––––
6600
65800
-3.8
3805
52200
-25
3778
8210
800.0
60400
22400
28000
-35
756.0
62000
3680
9410
73200
24000
-50
662.0
91500
3450
63600
130.0
将氢、氮和甲烷在甲醇中的亨利系数列入下表:
氢、氮和甲烷在甲醇中的亨利系数（MPa）
氢
氮
甲烷
668.8
3.8
385.5
831.9
382.8
81.1
953.7
372.9
77.6（-35℃）67.1（-50℃）
349.6
61.8
各种气体在甲醇中的溶解热,由下表可见,C2O和H2S在甲醇中的溶解度不大,但因其溶解度较大,因而塔内仍有明显提高,为了保持一定的吸收效果,塔中部需设置冷冻以排除吸收放热。
设置冷冻以排除吸收放热。
甲醇的蒸汽分压和温度的关系如下图所示。
由该图可见，常温下甲醇的蒸汽分压很大。
为了减少操作中的溶剂损失，也宜于低温吸收。
各种气体在甲醇中的溶解热KJ/mol
CS2
溶解热
19.264
16.945
17.364
27.614
-3.826
3.349
（7）低温甲醇洗的吸收动力学
有关的实验中研究了低温甲醇洗吸收CO2和H2S的动力学,发现吸收过程的速度只取决于CO2的扩散速度,温度降低时,吸收速度缓慢减小.实验条件如下:
采取填料吸收塔,等温吸收,气速范围0.115~1.083米/秒,喷淋密度1.445~6.77米3/米2时,温度-21---60℃，压力6~18Kg/cm2，气相雷诺数Rs气62.5~840，液相普兰德数Pr液为1345~7210。
实验数据整理成下列方程：
Nu=KD当量/D气，努塞尔准数
K----气相传质系数，Kg/m2·
hr
d当---填料的当量直径
D气---CO2在气体介质中的扩散系数
W----吸收剂的流量。
Kg/hr
D---通往设备的CO2流量，Kg/hr
PCO2-----气相中CO2的分压
FCO2-----CO2的逸度
d-----填料环的外径
h-----填料环的高度
Pr----普兰德数Pr=Cpu/λf
λf----液体的导热系数，Kcal/m.hr.C
在其它条件相同时，H2S的吸收速度约为CO2的吸收速度的十倍，因H2S浓度比较小，所以CO2的吸收是抑制过程，影响吸收速度的最大因素是温度和压力。
（8）甲醇洗工段冷量的来源及回收
甲醇洗工段脱除酸性气体H2S、CO2及COS是在低温下进行的。
为了满足净化工艺要求，工段须从外界得到冷量以维持正常的操作。
本工段冷量的直接来源为-4℃0.37Mpa的液氨，在氨冷器中蒸发向甲醇洗提供-38℃的低温冷源；
另外，通过水冷器向系统提供冷量。
系统开车时，用液氨冷却循环甲醇及进入系统的气体，不合格的工艺气经开工管线及回收冷量后放入冷火炬。
正常运行时，本工段的冷损包括;
----换热器的换热损失
----保冷损失
----酸性气体吸收时由于溶解热所造成的冷量损失
----去往液氮洗的工艺气所带走的冷量
因此,为了维持甲醇洗工段的正常运行需对以上损失（带走）的冷量加以回收和补偿。
一、二类冷量损失由液氨提供-38℃的冷量加以补偿。
第三类冷量损失部分可加以回收，另一部分由液氨提供的冷量来补
升级会员 