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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3、 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
4、数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
5、流量(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
6、分数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。5、 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
7、定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，
8、建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。6、 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。7、 现装置设计CO2回收率和需达到的CO2回收率
9、现装置设计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
10、为硫化物含量3ppm，但总硫不平衡，硫化物有可能在废水中富集，如此数据为真，只需设二氧化碳精脱硫装置）8、 气提氮气需求量原软件包气提N2需求量为2400Nm3/h，此时变换气气量为106310Nm3/h。AA公司公司现气提N2使用量为1960Nm3/h，进口变换气量121021.5Nm3/h。由于气提氮气主要用于气提甲醇富液中的H2S，可以认为气提氮气使用量和进口变换气量成正比，如采用软件包数据，需N2量42952010631024001939Nm3/h，如采用生产数据，需N2量429520121021.519601391Nm3/h，本装置气提氮气输送能力以2000Nm3/h设计，氮气由AA
11、公司公司空分装置富余的氮气提供。9、 冰机冷冻量计算及冰机选型原软件包冰机主要用于循环甲醇深冷器、富甲醇深冷器1、贫甲醇深冷器、酸气深冷器。设计冷冻量为40 液氨 3480kW。即300万大卡/小时。根据软件包的流程图和物料数据，冷冻量主要消耗在E-05（甲醇深冷器），E-04（富甲醇深冷器）E-13（贫甲醇深冷器）、E-17（酸气深冷器），各换热器需要的冷冻量分别计算如下：E-05 Q1=2.48203141000+360.653141000=7.38106KJE-04 Q2=2.4811231000+450.65331000=0.92106KJE-13 Q3=20310002.485=2.
12、517106KJE-17 Q4=1321167+1322.4863+63542/22.4440.653=0.218106KJ总换热量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=11.033106KJ总换热效率=11.03310636003480=88%换热器E-05、E-04、E-13、E-17的冷冻需求量主要来自甲醇降温或冷凝，可认为冰机负荷及各换热器换热面积和甲醇循环量成正比，现有换热器和冰机可满足261t/h甲醇循环量需要，当甲醇循环量降为159.3t/h时，冰机制冷量=300159.3261=183万大卡整个系统的冷冻换热效率计算：从整个系统来看，冰机的冷冻量主要用于进口气体降温和循环甲醇降温，其中进
13、口气体温度从40降到30，甲醇温度从38降到24，气体降温需要冷冻量Q1=101063100.353024.18=1.56106KJ甲醇降温需要冷冻量Q2=20310002.4814=7.048106KJ总冷冻效率=（Q1+Q2）/12528000=68.4%新装置换热器E-05、E-04、E-13、E-17的相关参数如下：E-05 甲醇深冷器现参数 DN16001610150，F=161m2，SA-203GrD新装置参数：DN120014，F=100m2，SA-203GrD管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21降温到-35 壳程 液氨 -33蒸发为气氨，
14、为甲醇溶液提供冷冻量E-04 富甲醇深冷器参数 DN900126320，F=69.5m2，SA-516Gr70新装置参数：DN70010，F=45m2， SA-516Gr70管程 吸收CO2的甲醇溶液180.5t/h，其中甲醇159.3t/h -21降温到-35 壳程 液氨 -33蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量E-13 贫甲醇深冷器参数 DN1100128102，F=188m2，SA-516Gr70新装置参数：DN100012，F=120m2，SA-516Gr70管程 贫甲醇溶液159.3t/h， -31降温到-36 壳程 液氨 -36蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量E-17酸气深冷器 参数
15、 DN700104160，F=14.5m2，SA-516Gr70新装置参数：DN700104160，F=14.5m2，SA-516Gr70管程甲醇、二氧化碳、硫化氢等气体，其中甲醇95kg，不凝气体438Nm3/h，29.8降温到-33 壳程 液氨 -33蒸发为气氨，为甲醇溶液提供冷冻量10、 未考虑的投资 变换触媒增加投资800万元（现变换装置触媒总投资1422万元，其中中变触媒K811 53.68吨，16万元/吨，低变触媒QCS04 70.4吨，8万元/吨，预计新装置变换触媒总投资1100万元，比传统变换触媒投资增加800万元），尾气脱硫及冰机增加投资800万元。合计增加投资1600万元。