低温甲醇洗工艺手册Word文件下载.docx

1、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110-6（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

2、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510-6（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

3、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H2S25405.9COS15553.6CO24301.0CH412CO5H2N22.5（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：XCO20.425PCO2/PCO2在甲醇中的溶解度SCO2（ln/

4、kg）可表示为SCO2695.7PCO2/（2.35PCO2-PCO2）上两式中：PCO2-同温度下液体CO2的蒸汽分压，KpaPCO2-二氧化碳的平衡分压，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-26-36-45-6017.623.735.968.02.036.249.872.6159.03.055.077.4117.0321.44.077.0113.0174.0960.75.0106.0150.0250.06.0127.0201.0362.07.0155.0262.05708.2192.0355.09.0223.0444.010.0268

5、.0610.011.5343.012.0385.013.0468.014.0617.015.01142.0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；SH2S692PH2S/（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*H2S6.583-973.5/T当有二氧化碳同时存在时，H2S的溶解

6、度要减少，可表示为：SH2SSH2S/（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：1.810-4，1.510-5，4.010-7（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

7、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：loglgKo+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X20）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

8、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Ko atm/分子数A Cm3660065800-3.8380552200-2537788210800.0604002240028000-35756.062000368094107320024000-50662.091500345063600130.0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668.83.8385.5831.9382.881.1953.7372.977.6（-35） 67.1（-50）349.661.8各种气体在甲醇中的溶解热,由下表可见,

9、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/molCS2溶解热19.26416.94517.36427.614-3.8263.349 （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

10、速范围0.1151.083米/秒,喷淋密度1.4456.77米3/米2时,温度-21-60，压力618Kg/cm2，气相雷诺数Rs气62.5840，液相普兰德数Pr液为13457210。 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/m2hr 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 P CO2-气相中CO2的分压 F CO2- 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/f f-液体的导热系数，Kcal/m.hr.C 在其它条件相同时，H

11、2S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