CN101590356B - 分流式低温甲醇洗装置 - Google Patents

Abstract

分流式低温甲醇洗装置，包括吸收塔、中压闪蒸塔、再吸收塔、热再生塔、甲醇水塔、尾气洗涤塔、若干换热器、泵、循环压缩机组成；在再吸收塔上段设置闪蒸段；本发明不设CO₂产品塔，在保证CO₂产品气合格的前提下，降低流程的复杂性，减小投资。本发明设置来自再吸收塔上段的半贫甲醇液进吸收塔用于吸收的分流式低温甲醇洗(酸性气体脱除)新流程，减少吸收塔贫甲醇的用量，进而可减小热再生塔进行热再生的能耗，节约气提氮气用量，节约蒸汽耗量及贫甲醇冷却时用的低位冷量。

Description

分流式低温甲醇洗装置

技术领域

本发明涉及气体净化技术领域，具体是涉及用低温甲醇作为吸收剂，脱除混合气体中有机杂质、CO2、硫化物和水分等杂质的分流式低温甲醇洗装置。该分流式低温甲醇洗装置是适用于合成气(含氢气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氮气、甲烷等)净化制合成氨、合成甲醇、合成油(汽油、柴油等)和人工合成天然气(SNG)等领域或天然气净化制LNG(液化天然气)的低能耗新型分流式低温甲醇洗(酸性气体脱除技术)。

背景技术

低温甲醇洗技术采用低温甲醇作为吸收剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度较大的物理特性，脱除原料气中的酸性气体。低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程，可以选择性地从原料气中先脱除各种硫化物及有机杂质、水等，而后脱除CO2，使脱除后的净化气能够达到很高的净化度。

第一套低温甲醇洗装置始于20世纪50年代，由德国林德(Linde)和鲁奇(Lurgi)公司研究开发。经过多年发展，目前低温甲醇洗装置主要采用如附图1所示的装置。该装置由吸收塔T1、中压闪蒸塔T2、CO₂产品塔T3、再吸收塔T4、热再生塔T5、甲醇水塔T6、尾气洗涤塔T7、若干换热器、泵、循环压缩机C1等组成。原料气与循环气混合，经第一换热器E1冷却后进入吸收塔T1的底部。吸收塔T1的上段为CO₂吸收段，下段为H₂S吸收段。原料气经吸收塔T1后其中的CO₂与硫化物等杂质得到有效脱除，由吸收塔T1出来的净化气经第一换热器E1中换热后出装置。吸收塔T1上段连第二换热器E2和第三换热器E3，对吸收塔T1上段出来的甲醇气体1、2进行冷凝回收，回收的甲醇液体3、4重新返回至吸收塔T1上段。

吸收了H₂S和COS后，从吸收塔T1塔底出来的含硫甲醇富液5经第四换热器E4、第六换热器E6换热降温再减压后，送入在中压闪蒸塔T2下段中闪蒸出溶解的H2、CO及部分CO2等气体。同样，从吸收塔T1下段出来的不含硫的甲醇富液6经第四换热器E4、第五换热器E5换热降温再减压后，送入中压闪蒸塔T2上段中闪蒸出溶解的H2、CO及部分CO2等气体。两部分闪蒸气体7由中压闪蒸塔T2出来后，经循环气压缩机C1增压后返回到原料气中。

中压闪蒸塔T2塔底出来的含硫甲醇8减压后送入CO₂产品塔T3塔中段，闪蒸出溶解的CO2，同时溶解的H₂S也部分闪蒸出来。从中压闪蒸塔T2上段出来的不含硫甲醇液9进入CO₂产品塔T3塔顶，闪蒸出溶解的CO₂气。

从CO₂产品塔T3上段出来的液相部分10一部分回到CO₂产品塔T3塔中段洗涤含硫气体，另一部分送入再吸收塔T4塔顶部。CO₂产品塔T3塔顶得到CO₂净化气，此CO2净化气通过第一换热器E1换热后离开系统。

CO₂产品塔T3塔上段下部出来的液体11送入再吸收塔T4塔上段下部，进一步闪蒸出部分溶解的CO2，同时溶解的H2S也部分闪蒸出来。

再吸收塔T4塔顶用不含硫的甲醇液洗涤，以吸收气体中的硫化物。再吸收塔T4塔顶得到不含硫的尾气12，不含硫的尾气12经第一换热器E1换热后进入尾气洗涤塔T7下段。在尾气洗涤塔T7中用脱盐水对尾气进行洗涤，回收其中的甲醇。经洗涤后的尾气离开系统。

再吸收塔T4塔上段下部出来含硫的溶液13用第二泵P2加压后，经第七换热器E7、第三换热器E3回收冷量后，气液两相14进入气液分离罐15进行气液分离。经气液分离罐15分离后的气体16进入CO₂产品塔T3塔底，液体17由第一泵P1泵入第四换热器E4进一步回收冷量后进入CO₂产品塔T3塔底，闪蒸出溶解的气体。

CO₂产品塔T3底出来的甲醇液18进入再吸收塔T4塔下段，用氮气气提后得到CO2含量较低的富硫甲醇液19由再吸收塔T4底部出，该富硫甲醇液18用第三泵P3升压后，通过第八换热器E8和第十换热器E10与从热再生塔T5塔底来的贫甲醇20换热后，进入热再生塔T5塔进行热再生。

热再生塔T5塔底得到贫甲醇20，塔顶得到富含硫的酸性气21。富含硫的酸性气21经第十一换热器E11冷却后，送入回流罐22回流，回流形成的液体23经第七泵P7加压后送入热再生塔T5上段，回流形成的气体24经第十二换热器E12冷却后，送入酸性气分离罐25进行气液分离，酸性气分离罐25分离的酸性气一部分出装置，另一部分酸性气26返回至再吸收塔T4下段。热再生塔T5塔底通过第十三换热器E13用蒸汽加热精馏回收水中的贫甲醇20。

由热再生塔T5塔底出来的贫甲醇20，由第四泵P4升压后，一部分20a经第十换热器E10、第九换热器E9、第八换热器E8和第七换热器E7换热降温后，送到吸收塔T1顶部作为吸收用贫甲醇，另一部分20b送入甲醇水塔T6塔顶部作为回流液。

从尾气洗涤塔T7塔底部来的甲醇水溶液27由第六泵P6加压并经第十五换热器E15降温后，甲醇液27送入甲醇水塔T6中部，甲醇水塔T6底部出来的甲醇含量达到排放标准的水28由第五泵P5泵入第十五换热器E15回收热量后，直接排出装置。

甲醇水塔T6底部通过第十四换热器E14用蒸汽加热精馏回收水中的甲醇。

上述装置存在如下不足：

(1)换热网络复杂，物流之间相互关联性大，整个装置开车时间长，控制稳定困难。

(2)吸收用甲醇全部为热再生的贫甲醇，再生能耗高。

(3)采用多台绕管式换热器，例如多股流第一换热器E1、第三换热器E3、第四换热器E4必须采用绕管式换热器；第七换热器E7、第八换热器E8、第九换热器E9也是采用绕管式换热器，换热器之间热量平衡相互影响大，投资大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高效节能的分流式低温甲醇洗装置，该分流式低温甲醇洗装置大大降低流程的复杂性以及多股流绕管式换热器物料和热量的关联性，节省装置开车时间，降低能耗，克服现有低温甲醇洗工艺中存在的问题。

本发明所要解决的技术问题可以通过如下技术方案来实现：

分流式低温甲醇洗装置，包括吸收塔T1、中压闪蒸塔T2、再吸收塔T4、热再生塔T5、甲醇水塔T6、尾气洗涤塔T7、若干换热器、泵、循环压缩机C1组成；其特征在于，在所述再吸收塔T4上段设置闪蒸段；从吸收塔T1塔底出来的含硫甲醇富液直接送入在中压闪蒸塔T2下段中闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体；从吸收塔T1下段出来的不含硫的甲醇富液一部分直接送入中压闪蒸塔T2上段闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体，另一部分通过第三换热器E3换热后，返回吸收塔T1下段；两部分闪蒸气体由用第三泵P3泵来的富硫甲醇洗涤后，由中压闪蒸塔T2下段上部出来后，经循环气压缩机C1增压后返回到原料气中；中压闪蒸塔T2下段出来的含硫甲醇减压后直接送入再吸收塔T4下段，闪蒸出溶解的CO₂，同时溶解的H₂S也部分闪蒸出来；从中压闪蒸塔T2上段出来的不含硫甲醇液经第四换热器E4和第五换热器E5换热后，进入再吸收塔T4上段的闪蒸段，闪蒸出溶解的CO₂气；从再吸收塔T4的闪蒸段出来的半贫甲醇液一部分回到再吸收塔T4下段洗涤含硫气体，另一部分经第一泵P1升压后进入吸收塔T1，作为吸收用半贫液；吸收塔T4的闪蒸段得到CO₂产品气，此CO₂产品气通过第一换热器E1换热后离开系统；再吸收塔T4塔下段中部出来含硫的溶液用第二泵P2加压后，经第七换热器E7、第四换热器E4、第三换热器E3回收冷量后，返回进入再吸收塔T4的下段，闪蒸出溶解的气体；再吸收塔T4底部出来的CO₂含量较低的富硫甲醇液用第三泵P3升压后，一部分送入中压闪蒸塔T2下段，用于吸收中压闪蒸出的CO₂，另一部分通过第八换热器E8和第十换热器E10与从热再生塔T5底部来的贫甲醇换热后进入热再生塔T5进行热再生，热再生塔T5的塔底得到贫甲醇，塔顶得到富含硫的酸性气；贫甲醇从热再生塔T5的塔底出来后，由第四泵P4升压后，一部分经第十换热器E10、第九换热器E9、第八换热器E8、贫甲醇冷却器E16、第七换热器E7换热降温后送到吸收塔T1顶部作为吸收用贫甲醇，另一部分送入甲醇水塔T6塔顶部作为回流液。

本发明中，所述第三换热器E3和第四换热器E4为管壳式换热器。

本发明的原料气可以先由原料气洗涤塔进行洗涤，洗涤后进入吸收塔T1。

由于采用了如上的技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)不设CO₂产品塔T3塔，在再吸收塔T4塔上部设置CO₂闪蒸段，在保证CO₂产品气合格的前提下，降低流程的复杂性，减小投资。

(2)设置来自再吸收塔T4上段的半贫甲醇液进吸收塔T1用于吸收的分流式低温甲醇洗(酸性气体脱除)新流程，减少吸收塔T1贫甲醇的用量，进而可减小热再生塔T5进行热再生的能耗，节约气提氮气用量，节约蒸汽耗量及贫甲醇冷却时用的低位冷量。

(3)设置用再吸收塔T4塔底部富硫甲醇液对中压闪蒸塔T2塔的闪蒸气体进行洗涤的流程。用来自再吸收塔T4塔底部的富硫甲醇液洗涤闪蒸气体中的CO₂，可有效降低循环气中的CO₂量，从而减少吸收塔T1吸收甲醇用量和进循环气压缩机C1的气量，节约装置能耗。

(4)将第三换热器E3和第四换热器E4由原来的绕管式换热器改为管壳式换热器，同时将第三换热器E3和第四换热器E4位置进行调整，在满足冷量平衡的前提下，可有效降低装置的投资。

(5)在贫/富甲醇的第八换热器E8后设置贫甲醇冷却器E16。该贫甲醇冷却器E16仅在开车时使用，可有效降低开车时系统冷却所用的时间，并可弥补开车时存在的冷量不足的现象，从而缩短开车时间。

(6)通过设置原料气洗涤塔，洗涤脱除原料气中的NH₃、HCN等杂质，避免酸性气冷凝结晶，以及高温部位的设备管道腐蚀。

(7)设置CO₂洗涤流程。再生出的CO₂气体可以和气提尾气一起进尾气洗涤塔T7，减少甲醇损失，避免环境污染。

本发明是适用于煤及其衍生物、天然气制合成气进而生产氨、甲醇等装置中回收CO₂、脱硫及有机杂质的工艺。采用本发明后，低温甲醇洗装置具有明显的投资降低、能耗降低、流程简化、开车迅速的优点。采用了半贫液进吸收塔用于吸收的分流式流程配置方式和用富硫甲醇液对闪蒸气体进行洗涤的流程配置方式，节约了装置的冷冻能耗和热再生能耗；取消了T3塔及E3、E4绕管式换热器，简化了流程，节约了投资；增设了贫甲醇冷却器，开车时间大大缩短。

附图说明

图1为目前低温甲醇洗装置流程示意图。

图2为本发明分流式低温甲醇洗装置的流程示意图。

具体实施方式

如图2所示的分流式低温甲醇洗装置，包括吸收塔T1、中压闪蒸塔T2、再吸收塔T4、热再生塔T5、甲醇水塔T6、尾气洗涤塔T7、若干换热器、泵、循环压缩机C1组成；原料气先由原料气洗涤塔(图中未示出)进行洗涤，洗涤后与循环气混合，经第一换热器E1冷却后进入吸收塔T1的下段；吸收塔T1的上段为CO₂吸收段，下段为H₂S吸收段。

原料气经吸收塔T1后其中的CO₂与硫化物杂质得到有效脱除，由吸收塔T1顶部出来的净化气经第一换热器E1中换热后出装置。

吸收塔T1上段连第二换热器E2，对吸收塔T1上段出来的甲醇气体进行冷凝回收，回收的甲醇液体重新返回至吸收塔T1上段。

吸收了H₂S和COS后，从吸收塔T1塔底出来的含硫甲醇富液5直接送入在中压闪蒸塔T2下段中闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体；从吸收塔T1下段出来的不含硫的甲醇富液一部分直接送入中压闪蒸塔T2上段闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体，另一部分通过第三换热器E3换热后，返回吸收塔T1下段；两部分闪蒸气体7由用第三泵P3泵来的富硫甲醇19洗涤后，由中压闪蒸塔T2下段上部出来后，经循环气压缩机C1增压后返回到原料气中。

中压闪蒸塔T2下段出来的含硫甲醇8减压后送入再吸收塔T4下段，闪蒸出溶解的CO₂，同时溶解的H₂S也部分闪蒸出来。从中压闪蒸塔T2上段出来的不含硫甲醇液9经第四换热器E4和第五换热器E5换热后，进入再吸收塔T4的闪蒸段30，闪蒸出溶解的CO₂气。

从再吸收塔T4的闪蒸段30出来的半贫甲醇液29一部分回到再吸收塔T4下段洗涤含硫气体，另一部分经第一泵P1升压后进入吸收塔T1，作为吸收用半贫液。再吸收塔T4的闪蒸段30得到CO₂产品气，此CO2产品气通过第一换热器E1换热后离开系统；再吸收塔T4下段采用氮气气提，下段上部得到不含硫的尾气12，不含硫的尾气12经第一换热器E1换热后进入尾气洗涤塔T7下段，在尾气洗涤塔T7中用脱盐水对尾气进行洗涤，回收其中的甲醇，经洗涤后的尾气离开系统。

再吸收塔T4塔下段中部出来含硫的溶液13用泵P2加压后，经第七换热器E7、第四换热器E4、第三换热器E3回收冷量后，返回进入再吸收塔T4的下段，闪蒸出溶解的气体。

再吸收塔T4底部出来的CO₂含量较低的富硫甲醇液用P3泵升压后，一部分送入中压闪蒸塔T2下段，用于吸收中压闪蒸出的CO₂，另一部分通过第八换热器E8和第十换热器E10与从热再生塔T5底部来的贫甲醇20换热后进入热再生塔T5塔进行热再生，热再生塔T5的塔底得到贫甲醇20，塔顶得到富含硫的酸性气21。

贫甲醇20从热再生塔T5的塔底出来后，由第四泵P4升压后，一部分20a经第十换热器E10、第九换热器E9、第八换热器E8、贫甲醇冷却器E16、第七换热器E7换热降温后送到吸收塔T1顶部作为吸收用贫甲醇，另一部分21b送入甲醇水塔T6塔顶部作为回流液。

富含硫的酸性气21经第十一换热器E11冷却后，送入回流罐22回流，回流形成的液体23经泵P7加压后送入热再生塔T5上段，回流形成的气体24经第十二换热器E12冷却后，送入酸性气分离罐25进行气液分离，酸性气分离罐25分离的酸性气一部分出装置，另一部分26返回至再吸收塔T4下段。

热再生塔T5塔底通过第十三换热器E13用蒸汽加热精馏回收水中的贫甲醇20；从尾气洗涤塔T7塔底部来的甲醇水溶液27由泵P6加压并经第十五换热器E15升温后，甲醇液送入甲醇水塔T6中部，甲醇水塔T6底部出来的甲醇含量达到排放标准的水28经第五泵P5升压、第十五换热器E15回收热量后，直接排出装置；甲醇水塔T6底部通过第十四换热器E14用蒸汽加热精馏回收水中的甲醇。

上述第三换热器E3和第四换热器E4为管壳式换热器。

本实施例采用分流式洗涤流程：即半贫甲醇液29进吸收塔T1中部用于主吸收，一部分贫甲醇20a进吸收塔T1顶部用于精洗，热再生能耗和冷量消耗下降；分流富硫甲醇液19对闪蒸气体进行洗涤的流程，循环压缩机功耗下降。在贫/富甲醇的第八换热器E8后设置贫甲醇冷却器E16。该贫甲醇冷却器E16仅在开车时使用，可有效降低开车时系统冷却所用的时间，并可弥补开车时存在的冷量不足的现象，从而缩短开车时间。

对于原料气流量为420000Nm3/h，压力5.0～6.0MPa(G)，本发明在-40℃冷量消耗为5.8Gcal/h，热再生蒸汽消耗为21t/h，开车时间缩短。而现有技术在-40℃冷量消耗为6.1Gcal/h，热再生所用蒸汽量为22t/h，开车时间长。对比结果表明，采用实施例的流程可明显降低投资，流程简单，控制简单稳定，蒸汽和冷量消耗降低，并在缩短开车时间方面有较大优势。

Claims (3)

1.分流式低温甲醇洗装置，包括吸收塔(T1)、中压闪蒸塔(T2)、再吸收塔(T4)、热再生塔(T5)、甲醇水塔(T6)、尾气洗涤塔(T7)、若干换热器、泵、循环压缩机(C1)组成；其特征在于，在所述再吸收塔(T4)上段设置闪蒸段；从吸收塔(T1)塔底出来的含硫甲醇富液直接送入在中压闪蒸塔(T2)下段中闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体；从吸收塔(T1)下段出来的不含硫的甲醇富液一部分直接送入中压闪蒸塔(T2)上段闪蒸出溶解的H₂、CO及部分CO₂气体，另一部分通过第三换热器(E3)换热后，返回吸收塔(T1)下段；两部分闪蒸气体由用第三泵(P3)泵来的富硫甲醇洗涤后，由中压闪蒸塔(T2)下段上部出来后，经循环气压缩机(C1)增压后返回到原料气中；中压闪蒸塔(T2)下段出来的含硫甲醇减压后直接送入再吸收塔(T4)下段，闪蒸出溶解的CO2，同时溶解的H₂S也部分闪蒸出来；从中压闪蒸塔(T2)上段出来的不含硫甲醇液经第四换热器(E4)和第五换热器(E5)换热后，进入再吸收塔(T4)上段的闪蒸段，闪蒸出溶解的CO₂气；从再吸收塔(T4)的闪蒸段出来的半贫甲醇液一部分回到再吸收塔(T4)下段洗涤含硫气体，另一部分经第一泵(P1)升压后进入吸收塔(T1)，作为吸收用半贫液；再吸收塔(T4)的闪蒸段得到CO₂产品气，此CO₂产品气通过第一换热器(E1)换热后离开系统；再吸收塔(T4)塔下段中部出来含硫的溶液用第二泵(P2)加压后，经第七换热器(E7)、第四换热器(E4)、第三换热器(E3)回收冷量后，返回进入再吸收塔(T4)的下段，闪蒸出溶解的气体；再吸收塔(T4)底部出来的CO₂含量较低的富硫甲醇液用第三泵(P3)升压后，一部分送入中压闪蒸塔(T2)下段，用于吸收中压闪蒸出的CO₂，另一部分通过第八换热器(E8)和第十换热器(E10)与从热再生塔(T5)底部来的贫甲醇换热后进入热再生塔(T5)进行热再生，热再生塔(T5)的塔底得到贫甲醇，塔顶得到富含硫的酸性气；贫甲醇从热再生塔(T5)的塔底出来后，由第四泵(P4)升压后，一部分经第十换热器(E10)、第九换热器(E9)、第八换热器(E8)、贫甲醇冷却器(E16)、第七换热器(E7)换热降温后送到吸收塔(T1)顶部作为吸收用贫甲醇，另一部分送入甲醇水塔(T6)塔顶部作为回流液。

2.如权利要求1所述的分流式低温甲醇洗装置，其特征在于，所述第三换热器(E3)和第四换热器(E4)为管壳式换热器。

3.如权利要求1所述的分流式低温甲醇洗装置，其特征在于，原料气由原料气洗涤塔进行洗涤，洗涤后进入吸收塔(T1)。

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