单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,*,煤气净化工艺设计与优化低温甲醇洗,煤气净化工艺设计与优化低温甲醇洗,1,主要内容,1,2,3,4,研究背景,设计思路,工艺设计,结论与展望,主要内容1234研究背景设计思路工艺设计,2,1.研究背景,我国的能源结构特点：“富煤、贫油、少气”，,能,源供应过度依赖煤炭,。,1.研究背景 我国的能源结构特点：“富煤、贫油、少,3,1.研究背景,煤气化是现代化工的核心技术，煤气化生成合,成气(主要成份是,CO+H,2,)，是化工生产中的大宗基础原,料合成甲醇与合成氨的原料气。,空分,煤气化,尿素,合成氨,甲醇,聚丙烯,聚甲醛,汽油,MTP,甲醛,脲醛树脂,煤,煤化工产品工业链,1.研究背景 煤气化是现代化工的核心技术，煤,4,1.研究背景,合成气中向下游转化过程中必须脱除其中杂质，否则会危害后续工艺流程，造成环境的污染和资源的浪费。,低温甲醇洗净化技术的不断发展。,1.研究背景 合成气中向下游转化过程中,5,1.1,煤气净化的分类,N-2甲基吡咯烷酮(NMP),吸收法,物理吸收法,化学吸收法,物化吸收法,低温甲醇洗（Rectisol）,聚乙二醇二甲醚法(NHD),乙醇胺法(MEA),热钾碱法(如Benfield),常温甲醇洗法(Amisol),N-甲基二乙醇胺法(MDEA),1.1 煤气净化的分类N-2甲基吡咯烷酮(NMP)吸收法物理,6,1.2 煤气净化典型工艺比较,表1-2 Rectisol、NHD、MDEA工艺比较,项 目,Rectisol,NHD,MDEA,吸收剂,有好的化学和热稳定性，不起泡，价格便宜,挥发性小、不起泡，好的化学和热稳定性，价格较贵,蒸汽压较低，在水溶液中呈弱碱性，稳定性好，需检测以防止起泡和腐蚀,吸收能力,低温下对CO,2,、H,2,S、COS等气体吸收能力极强,H,2,S、CO,2,等气体吸收能力强，部分吸收COS,对,H,2,S,吸收能力很大，,活化的MDEA水溶液CO,2,有较好的吸收效果,净化程度,净化质量好，净化度高,净化度低于低温甲醇洗，,净化度较高,溶液循环,循环量很小,循环量较少,循环多,能耗,功耗较低,热耗较低,较高,硫回收装置,克劳修斯装置,克劳修斯装置,不适合克劳修斯装置,净化产品,产品纯度高,产品纯度高,CO,2,产品纯度较低,大型化装置,适合大型化,适合小型化,-,1.2 煤气净化典型工艺比较 表1-2 Rectisol、N,7,1.2 煤气净化典型工艺比较,表1-3 低温甲醇洗和聚二甲醚乙二醇的比较,1,1.4,相对值,投资,4,1,相对值,气提气,N,2,3,1,相对值,有效气损失,4.5,1,相对值,电,1,1.6,相对值,冷冻量,4.5,1,相对值,循环水,1,1,相对值,蒸汽,NHD,低 温 甲 醇 洗,单 位,项,c-,目,1.2 煤气净化典型工艺比较表1-3 低温甲醇洗和聚二甲醚乙,8,1.2 煤气净化典型工艺比较,所以本论文针对100吨甲醇生产净化工段选择低温甲醇洗工艺进行设计。,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,从以上两表分析低温甲醇洗与NHD、MDEA相比的优点：,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用底,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,更适合大型化装置上,1,能耗低,2,流程合理，操作简便,4,运行操作费用低,5,溶剂热稳定性和化学稳定性好，不降解、不起泡,6,气体净化度高,3,1.2 煤气净化典型工艺比较 所以本论文,9,1.3 选题目的及意义,煤气净化作为合成甲醇、氨等化工原料的重要步骤，这对,后续的工艺路线,有重要影响，直接影响,产品的产量,。,低温甲醇洗工艺,技术成熟,，具有其它吸收方法,难以比拟,的优点，被广泛应用于合成气的净化，尤其是大型化工装置上。,现有低温甲醇洗工艺还存在一定的问题（如,甲醇毒性强，设备材质要求高，保冷要求高，吸收剂回收,1.3 选题目的及意义煤气净化作为合成甲醇、氨等化工原料的重,10,1.3 选题目的及意义,要求高）,，仍然需要进一步分析和改进，而且发展潜力很大。,本论文针对净化工段采用,林德,低温甲醇洗工艺，以脱除甲醇合成气中的酸性气体。对该工艺中的几个单元过程进行了简单的物料和热量衡算，对吸收塔的工艺尺寸做了简单的计算和设计，以期对低温甲醇洗工艺过程有更全面、更深入的认识，从而为合成气的净化提供一定的依据。,1.3 选题目的及意义 要求高），仍然需,11,2.设计思路,了解工艺流程,提出设计方法,分析影响因素,提出解决方法,物料衡算,能量衡算,塔设备计算与选型,完善流程,简单模拟,确定工艺流程,工艺设计,2.设计思路了解工艺流程提出设计方法分析影响因素提出解决方法,12,确定本设计的工艺流程。,进行工艺过程的设计计算，包括物料衡算、能量衡算和塔设备的选型与计算。重点主要是变换气的脱硫，脱碳。,.变换之后的脱硫、脱碳处理工艺。,.脱硫脱碳后的冷量回收，及富甲醇的再生利用。,绘制工艺流程图和主要设备图。,2.1 研究内容,确定本设计的工艺流程。2.1 研究内容,13,2.2 低温甲醇洗工艺原理,基本原理：,以,拉乌尔,定律和,亨利,定律为基础；,是一个物理吸收和解吸的过程；,吸收过程中的控制因素是温度、压力和浓度；,工艺操作条件为,低温、高压,。,2.2 低温甲醇洗工艺原理基本原理：,14,2.2 低温甲醇洗工艺原理,低温,状态下的甲醇对H,2,S和CO,2,等酸性气体的,选择性吸收,，来脱除粗变换气中的酸性气体。,吸收后的甲醇经过,减压加热,再生，分别释放CO,2,、H,2,S气体，即物理解析过程。,富甲醇通过用再沸器中产生的蒸气进行,闪蒸,和,汽提再生,。,甲醇水分离塔保持甲醇循环中的,水平衡,。,尾气洗涤塔使随尾气的,甲醇损耗降低到,最大限度。,酸性气体通到克劳斯气体装置进行进一步净化。,2.2 低温甲醇洗工艺原理 低温状态下的甲醇对,15,2.3 低温甲醇洗工艺流程,低温甲醇洗工艺一般具有三个任务:,净化原料气 回收副产品 进行环保,工艺流程,在以煤为原料，气化工艺采用冷激流,一步法：程时，同时脱除变换气中二氧化碳、,硫化物和氢氰酸等杂质,。,原料气气化工艺采用废锅流程时，先,在CO变换前用了吸收了二氧化碳的,两步法：,低温甲醇脱除原料气中硫化物、氢氰,酸等杂质，然后在变化后用低温甲醇,贫液脱除变换气中CO,2,2.3 低温甲醇洗工艺流程低温甲醇洗工艺一般具有三个任务:工,16,2.3 低温甲醇洗工艺流程,2.3 低温甲醇洗工艺流程,17,2.3 低温甲醇洗工艺流程,2.3 低温甲醇洗工艺流程,18,2.3 低温甲醇洗工艺流程,V1-原料气气液分离器 C1-甲醇洗涤塔 C2-CO,2,解析塔,C3-H,2,S浓缩塔 C4-甲醇热再生塔 C5-甲醇/水分离塔 V2-气液分离塔,图2-3 低温甲醇洗净化工艺流程示意图,2.3 低温甲醇洗工艺流程V1-原料气气液分离器 C1-甲,19,3.工艺设计,3.1 低温甲醇洗的主要产品流为：,变换气：CO,2,浓度32.1%，CO浓度19.02%，H,2,S浓度0.23%，H,2,浓度46.02%。,甲醇合成气：CO,2,浓度1.83.0%（mol），总硫0.1ppm(mol)。,放空尾气：几乎无硫，主要为CO,2,和N,2,。,酸性气体：主要由CO,2,和H,2,S组成。,甲醇水分离塔排放废水组成：甲醇含量0.5%（wt）,3.工艺设计3.1 低温甲醇洗的主要产品流为：,20,3.2 工艺流程的设计,3.2 工艺流程的设计,21,3.3 物料衡算,气液分离器,相平衡,y,i,=k,i,x,i,(i=1，2，c),组分物料平衡,Fz,i,=Vy,i,+Lx,i,(i=1，2，c-1),整体物料平衡方程,F=V+L,热量平衡,H,F,F=H,V,V+H,L,L,摩尔分数的约束方程,z,i,=1，x,i,=1,y,i,=1,3.3 物料衡算气液分离器,22,3.3 物料衡算,气液分离器,表3-2 进气液分离器原料气组分表,组分,H,2,CO,CO,2,H,2,S,COS,CH,4,N,2,H,2,O,Ar,CH,3,OH,含量%,46.05,18.85,31.83,0.221,0.009,0.08,0.91,1.38,0.13,054,组分,H,2,CO,CO,2,H,2,S,COS,CH,4,N,2,H,2,O,Ar,含量%,46.02,19.02,32.10,0.23,0.01,0.09,0.94,144,0.15,表3-1 变换气组分表,3.3 物料衡算 气液分离器 表3-2 进气液分离器原料,23,3.3 物料衡算,表3-3 气液分离器塔顶产物组分表,组分,H,2,CO,CO,2,H,2,S,COS,CH,4,N,2,Ar,含量%,46.95,19.22,32.45,0.23,0.009,0.08,0.928,0.133,表3-4 气液分离器塔底产物组分表,组分,H,2,O,CH,3,OH,含量%,71.88,28.12,对整个单元过程进行物料衡算,F=FEED=19864.61 Kmol/h,D=LIQUID+VAPOR=365.9062+19483.21=19864.61 kmol/h,气液分离器,3.3 物料衡算表3-3 气液分离器塔顶产物组分表组分H2C,24,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔,混合气体（A+B）,吸,收,塔,吸收尾气,吸收剂,Y X,V,Y,2,L,X,2,m,n,图3-3 逆流吸收塔的物料衡算,Fig3-3 Material Balance of Adverse,Current Absorption Column,图3-2 逆流操作的吸收塔的示意图,Fig3-2 Absorption Column of Adverse Current,3.3 物料衡算酸性气体吸收塔混合气体（A+B）吸收尾气吸收,25,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔,对单位时间内进出吸收塔的A物质量作衡算，可写出下式：VY,1,+LX,2,=VY,2,+LX,1,为计算方便，把COS并入H,2,S中考虑；并把混合气中所含的非主要组分（如微量的Ar、N,2,、CH,4,、CO等）并入H,2,中一道考虑。,表3-5综合考虑后组分组成表,组分,H,2,CO,2,H,2,S,含量%,67.311,32.45,0.239,G（Kmol/h）,13114.34,6322.30,46.55,3.3 物料衡算酸性气体吸收塔表3-5综合考虑后组分组成表组,26,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔,表3-6综合考虑后C1塔进出物料平衡表,项目,H,2,H,2,S,CO,2,CH,3,OH,总量,进塔,物料,塔底,进料G,含量%,67.311,0.239,32.45,0,100,流量Kmol/h,13114.34,46.55,6322.30,0,19483.21,塔顶,进料L,含量%,-,-,-,100,100,流量Kmol/h,-,-,-,8756.43,8756.