水煤气变换工艺冷凝液汽提装置及方法
技术领域
本发明涉及煤化工领域,具体而言,涉及一种水煤气变换工艺冷凝液汽提装置及方法。
背景技术
在煤化工生产中,煤气化制得的水煤气中一氧化碳含量比较高,需要通过变换的方式调整一氧化碳与氢气的比例,从而获得适合煤化工生产比例的合成气组分。在变换反应中,消耗的只是廉价的水蒸气,一氧化碳转化为二氧化碳,同时获得等物质的量的氢气。
煤气化制得的水煤气中含有部分氨,在进一步净化之前,需要用脱盐水洗涤水煤气中的氨,洗涤后的洗氨液被送到冷凝液汽提塔,对溶解在其中的大部分氨、二氧化碳和硫化氢进行汽提,汽提后的变换工艺冷凝液,经加压后送到其他单元如煤气化装置重复利用,从而节约了用水又减少了废水外排污染。
现有技术的冷凝液汽提流程:如图1所示,水煤气水分离器分离出的高温冷凝液都进入变换冷凝液槽70’,变换冷凝液槽70’闪蒸出的不凝气进入冷凝液汽提塔10’的中部;来自洗氨塔底部的低温变换冷凝液经汽提塔顶冷凝器20’与来自冷凝液汽提塔10’的汽提气换热后进入冷凝液汽提塔的上部;用0.4~1.5MPa(G)饱和蒸汽从塔的底部进入进行汽提;塔顶出来的汽提气经汽提塔顶冷凝器20’用低温变换冷凝液冷却至约105℃后,进入冷凝液回流罐30’,汽提气中含氨不凝气送硫回收装置制硫燃烧炉焚烧,冷凝液回流罐30’内冷凝液经冷凝液回流泵80’送回汽提塔10’塔顶回流汽提,汽提塔10’塔底的冷凝液经低压冷凝液泵40’升压后送至煤气化装置;来自变换冷凝液槽70’的冷凝液经高压冷凝液泵60’去气化。
现有技术的冷凝液汽提流程中,溶解有氨、二氧化碳和硫化氢的冷凝液被送入汽提塔塔顶,用于汽提的低压蒸汽从塔釜进入,从塔顶汽提出的含有氨、二氧化碳和硫化氢的气体经冷凝后其不凝气送硫回收装置,汽提后的冷凝液获得回收利用。
但现有技术有如下不足:因汽提气中含有氨、二氧化碳和硫化氢等易生成NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物(NH4HS含量很低,可忽略不计,因为低温变换冷凝液中硫化氢含量较低,为0.01wt%,二氧化碳含量为0.1wt%,氨含量为0.85wt%),这些结晶物往往造成管道的堵塞以及汽提塔顶层塔板和冷凝器系统的腐蚀,使得冷凝液汽提系统极易超压,不得不稍开手动阀现场放空。这些都严重影响了装置的平稳运行和工厂的正常生产,同时也污染了放空区域的空气环境。
因此,如何减轻变换冷凝液汽提系统的腐蚀和铵盐造成的堵塞对变换冷凝液汽提技术是一个重要的课题,对整个煤化工的长期满负荷优质平稳运行和水资源的综合利用具有重要意义。
为此,需要开发一种新的变换工艺的冷凝液汽提技术,以克服现有技术所存在的变换冷凝液汽提系统易腐蚀和产生的铵盐易造成系统的管道堵塞等问题。
发明内容
本发明旨在提供一种水煤气变换工艺的冷凝液汽提装置及方法,以解决现有技术中所存在的变换冷凝液汽提系统易腐蚀和产生的铵盐易造成系统管道堵塞、因冷凝液汽提系统超压放空导致放空区域的空气污染的问题。
根据本发明的一个方面,提供一种水煤气变换工艺冷凝液汽提装置。该装置包括:变换冷凝液槽,与水煤气水分离器的高温冷凝液出口相通;闪蒸罐,分别与来自洗氨塔底部的洗氨液出口、以及变换冷凝液槽的不凝气出口相通,闪蒸罐的顶部设置有脱盐水喷淋装置及闪蒸汽排放口,闪蒸罐的底部设置有冷凝液端口;以及冷凝液汽提塔,与闪蒸罐的冷凝液端口相通。
进一步地,冷凝液汽提塔的顶部设置有塔顶冷凝器,塔顶冷凝器的底部具有与下游的冷凝液回流罐顶部相通的冷凝液出口,冷凝液汽提塔的上部具有用于接收从冷凝液回流罐送回的冷凝液二次汽提的冷凝液回流入口。
进一步地,塔顶冷凝器是由上部的冷凝器和下部的分离器构成的一体式结构。
进一步地,冷凝液汽提塔为板式塔或填料塔。
根据本发明的另一个方面提供一种水煤气变换工艺冷凝液汽提方法。该方法包括以下步骤:将从水煤气水分离器分离出的高温冷凝液送入变换冷凝液槽进行第一闪蒸;将来自洗氨塔底部的洗氨液与变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气一起送入闪蒸罐进行第二闪蒸,在第二闪蒸过程中,闪蒸罐的顶部喷淋脱盐水洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢,并将得到的闪蒸汽送至闪蒸汽处理装置;以及经第二闪蒸后的冷凝液送入冷凝气汽提塔进行汽提。
进一步地,汽提步骤包括:将第二闪蒸后的冷凝液经塔顶冷凝器换热后送入冷凝液汽提塔的上部,饱和水蒸气从塔的底部进入冷凝液汽提塔与冷凝液逆流接触,汽提冷凝液中的氨、二氧化碳和硫化氢;将从冷凝液汽提塔的塔顶出来的汽提气经塔顶冷凝器与经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液换热冷却,然后送入冷凝液回流罐;将冷凝液回流罐中的不凝气送至硫回收装置处理;将冷凝液回流罐内的冷凝液经冷凝液回流泵送回冷凝液汽提塔的塔顶回流汽提;将冷凝液汽提塔的冷凝液经低压冷凝液泵40升压至0.7-0.9MPa后送至煤气化装置。
进一步地,脱盐水的电导率1.0-10.0μS/cm,含盐量为1-5mg/L。
进一步地,饱和水蒸气的压力值为0.4~1.5MPa。
本发明的水煤气变换工艺的冷凝液汽提装置,由于冷凝液汽提塔的上游设置有闪蒸罐,来自洗氨塔底部的洗氨液、变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气先进入闪蒸罐进行闪蒸,闪蒸罐的顶部设置有喷淋脱盐水洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢,之后该闪蒸汽送入其他单元处理,经闪蒸后的冷凝液才进入冷凝液汽提塔进行汽提。由于在汽提前通过闪蒸除去了现有技术汽提气中易与氨形成铵盐结晶的大部分二氧化碳等,使得从闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽氨含量较 低,且氨和二氧化碳的浓度均不高,而从汽提塔出来的汽提气二氧化碳含量较低,且氨和二氧化碳的浓度也都不高,这样就消除了能够大量形成NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的环境,有效地减少了NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的生成,从而减轻了汽提塔顶层塔板和塔顶冷凝器的腐蚀、管道堵塞和汽提塔憋压,降低了汽提塔的负荷。这样,使得装置能够长周期稳定运行,从而有效地减少检修的频率和费用,同时避免了因冷凝液汽提系统超压放空导致放空区域的空气污染。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了现有技术中水煤气变换工艺的冷凝液汽提的局部流程示意图;以及
图2示出了根据本发明实施例的水煤气变换工艺的冷凝液汽提的局部流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例中未详细描述的部分,均可采用本领域现有技术中的常规手段或工艺完成。
根据本发明一种典型的实施方式,提供一种水煤气变换工艺冷凝液汽提装置。该装置包括变换冷凝液槽、闪蒸罐以及冷凝液汽提塔,其中,变换冷凝液槽与水煤气水分离器的高温冷凝液出口相通;闪蒸罐分别与来自洗氨塔底部的洗氨液出口、以及变换冷凝液槽的不凝气出口相通,闪蒸罐的顶部设置有脱盐水喷淋装置及闪蒸汽排放口,闪蒸罐的底部设置有冷凝液端口;冷凝液汽提塔与闪蒸罐的冷凝液端口相通。由于冷凝液汽提塔的上游设置有闪蒸罐,来自洗氨塔底部的洗氨液和变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气先进入闪蒸罐进行闪蒸,闪蒸罐的顶部喷淋脱盐水洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢,之后该闪蒸汽送入闪蒸汽处理装置处理,经闪蒸后的冷凝液经汽提塔塔顶冷凝器与来自冷凝液汽提塔的汽提气换热后进入冷凝液汽提塔进行汽提。由于在汽提前通过闪蒸除去了现有技术汽提气中易与氨形成铵盐结晶的大部分二氧化碳等,使得从闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽氨含量较低,且氨和二氧化碳的浓度均不高,而从汽提塔出来的汽提气二氧化碳含量较低,且氨和二氧化碳的浓度也都不高,这样就消除了能够大量形成NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的环境,有效地减少了NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的生成,从而能有效地减少了汽提塔顶层塔板和塔顶冷凝器的腐蚀、管道堵塞和汽提塔憋压情况的发生,降低了汽提塔的负荷。这样,使得装置能够长周期稳定运行,从而有效地减少检修的频率和费用,同时避免了因冷凝液汽提系统超压放空导致放空区域的空气污染。
根据本发明一种典型的实施方式,冷凝液汽提塔的顶部设置有塔顶冷凝器,塔顶冷凝器的底部具有与下游的冷凝液回流罐相通的冷凝液出口,汽提塔上部具有用于接收从冷凝液回流罐送回的冷凝液的冷凝液回流入口,即冷凝液汽提塔通过与塔顶冷凝器与闪蒸罐的冷凝液 端口相通。优选地,塔顶冷凝器是由上部的冷凝器和下部的分离器构成的一体式结构。由于塔顶冷凝器为立式一体结构,上为冷凝器,下为分离器,可将汽提气冷凝液及时排出,减少汽提气的带水量。
根据本发明一种典型的实施方式,冷凝液汽提塔为板式塔或填料塔,本领域技术人员可以根据具体的板式塔和填料塔性能指标和实际需要选择板式塔或填料塔。
根据本发明一种典型的实施方式,提供一种水煤气变换工艺冷凝液汽提方法。该方法包括以下步骤:将从水煤气水分离器分离出的高温冷凝液送入变换冷凝液槽进行第一闪蒸;将来自洗氨塔底部的洗氨液与变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气一起送入闪蒸罐进行第二闪蒸,在第二闪蒸过程中,闪蒸罐的顶部喷淋脱盐水洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢,之后该闪蒸汽送入闪蒸汽处理装置进行处理;以及经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液送入冷凝液汽提塔进行汽提。经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液经汽提塔塔顶冷凝器与来自冷凝液汽提塔的汽提气换热后进入冷凝液汽提塔进行汽提。由于在汽提前通过闪蒸除去了现有技术汽提气中易与氨形成铵盐结晶的大部分二氧化碳等,使得从闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽氨含量较低且氨和二氧化碳的浓度均不高,而从汽提塔出来的汽提气二氧化碳含量较低且氨和二氧化碳的浓度也都不高,这样就消除了能够大量形成NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的环境,有效地减少了NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的生成,从而能有效地减少了汽提塔顶层塔板和塔顶冷凝器的腐蚀、管道堵塞和汽提塔憋压情况的发生,降低了汽提塔的负荷。这样,使得装置能够长周期稳定运行,从而有效地减少检修的频率和费用,同时避免了因冷凝液汽提系统超压放空导致放空区域的空气污染。另外,蒸罐的顶部喷淋脱盐水洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢,得到的富含二氧化碳闪蒸汽更加便于集中处理。
优选地,汽提步骤进一步包括:将经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液经汽提塔塔顶冷凝器与来自冷凝液汽提塔的汽提气换热后送入冷凝液汽提塔的上部,饱和水蒸气从塔的底部进入冷凝液汽提塔与冷凝液逆流接触,汽提冷凝液中的氨、二氧化碳和硫化氢;从冷凝液汽提塔的塔顶出来的汽提气经塔顶冷凝器与经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液换热冷却,然后进入冷凝液回流罐;将汽提气中的不凝气送至硫回收装置处理;将冷凝液回流罐内的冷凝液经冷凝液回流泵送回冷凝液汽提塔的塔顶回流汽提;将冷凝液汽提塔的冷凝液经低压冷凝液泵升压至0.7-0.9MPa后送至煤气化装置。
脱盐水俗称去离子水,又称纯水,或深度脱盐水。一般系指将水中易去除的强导电质去除,且将水中难以去除的硅酸及二氧化碳等弱电解质去除至一定程度的水;优选地,脱盐水的通常电导率为1.0-10.0μS/cm,含盐量为1-5mg/L。这样能够有效地防止设备管道内部结垢。
优选地,饱和水蒸气的压力值为0.4~1.5MPa,因为0.4~1.5MPa饱和水蒸气是煤化工业中通常产生的副产品,这样既便于操作也便于能源的综合利用。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
和现有技术不同的是,如图2所示,来自洗氨塔底部的洗氨液和变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气先进入闪蒸罐50,闪蒸之后再进入冷凝液汽提塔10(操作条件:0.35MPa(G),136 ℃(塔顶))进行汽提。变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气(50.08kmol/hr,H2S含量0.137779mol%,NH3含量0.109824mol%,CO2含量24.2mol%)和洗氨塔底部的洗氨液(8459.415kmol/hr,H2S含量0.0070099mol%,NH3含量0.421719mol%,CO2含量0.061mol%)先进入闪蒸罐50进行闪蒸,闪蒸罐50顶部喷淋脱盐水以洗涤除去闪蒸汽中的氨和硫化氢后NH3含量较低(闪蒸汽:142.834kmol/hr,H2S含量0.2mol%,NH3含量3.2mol%,CO2含量7.5mol%),经闪蒸罐50闪蒸后的冷凝液经汽提塔塔顶冷凝器20与来自冷凝液汽提塔10的汽提气换热后进入冷凝液汽提塔10的上部,用0.4~1.5MPa(G)饱和蒸汽从塔的底部进入进行汽提;塔顶出来的汽提气(369.364kmol/hr,H2S含量675PPM,NH3含量6.8mol%,CO2含量1.8mol%)经立式塔顶冷凝器20(冷凝器和分离器设计成立式一体结构,上为冷凝器,下为分离器)用低温冷凝液冷却至约105℃后,进入冷凝液回流罐30,汽提气中含氨不凝气(240kmol/hr,H2S含量0.1mol%,NH3含量10.5mol%,CO2含量2.7mol%)送硫回收装置处理,冷凝液回流罐30内冷凝液经冷凝液回流泵60送回冷凝液汽提塔10塔上部回流二次汽提,冷凝液汽提塔10底的冷凝液经低压冷凝液泵40升压后送至煤气化装置(冷凝液量9047kmol/hr,H2S含量0PPM,NH3含量0.0006mol%,CO2含量0%)。
对比例
水煤气水分离器分离出的高温冷凝液都进入变换冷凝液槽,变换冷凝液槽闪蒸出的不凝气(50.08kmol/hr,H2S含量0.137779mol%,NH3含量0.109824mol%,CO2含量24.2mol%)进入冷凝液汽提塔10’(操作条件:0.35MPa(G),136℃(塔顶))的中部;来自洗氨塔底部的洗氨液(8459.415kmol/hr,H2S含量0.0070099mol%,NH3含量0.421719mol%,CO2含量0.061mol%)经汽提塔塔顶冷凝器与来自冷凝液汽提塔10的汽提气换热后进入冷凝液汽提塔10’的上部,用0.4~1.5MPa(G)饱和蒸汽从塔的底部进入进行汽提;塔顶出来的汽提气(676kmol/hr,H2S含量0.15mol%,NH3含量8.6mol%,CO2含量7.1mol%)经塔顶冷凝器20’用低温冷凝液冷却至约105℃后,进入冷凝液回流罐30’,汽提气中含氨不凝气(161kmol/hr,H2S含量0.62mol%,NH3含量34.43mol%,CO2含量29.86mol%)送硫回收装置处理,冷凝液回流罐30’内冷凝液经冷凝液回流泵送回冷凝液汽提塔10’塔顶回流汽提(冷凝液量9232.08kg/h,H2S含量0.00wt%,NH3含量0.51wt%,CO2含量0.01wt%),冷凝液汽提塔10’塔底的冷凝液经低压冷凝液泵40’升压后送至煤气化装置(冷凝液量165867.80kg/h,H2S含量0.00wt%,NH3含量0.00wt%,CO2含量0.00wt%)。
从上述实施例1与对比例的对比可以看出:对于现有技术,未经闪蒸的来自洗氨塔底部的洗氨液直接进入汽提塔进行汽提,汽提塔塔顶出来的汽提气(含有大量的高浓度NH3和CO2,676kmol/hr,H2S含量0.15mol%,NH3含量8.6mol%,CO2含量7.1mol%)中NH3和CO2浓度较高,尤其是经塔顶冷凝器20’冷凝后的含氨不凝气(161kmol/hr,H2S含量0.62mol%,NH3含量34.43mol%,CO2含量29.86mol%)NH3和CO2浓度都很高,很容易形成大量腐蚀性强的碳酸铵盐;在现有技术基础上进行改进,经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液再经塔顶冷凝器加热后进入冷凝液汽提塔进行汽提,冷凝液经闪蒸罐闪蒸,而闪蒸罐50顶部喷淋脱盐水以洗涤闪蒸汽中的氨和硫化氢,这样冷凝液中大部分的CO2以不凝气的形式被分离出来;闪蒸汽中不凝气主要成分是CO2(闪蒸汽:142.834kmol/hr,H2S含量0.2mol%,NH3含量3.2mol%,CO2含量7.5mol%),该闪蒸汽送入其他单元处理;经闪蒸罐闪蒸后分离掉大部分CO2的冷凝液再 经塔顶冷凝器加热后进入冷凝液汽提塔进行汽提,塔顶出来的汽提气(240kmol/hr,H2S含量0.1mol%,NH3含量10.5mol%,CO2含量2.7mol%)。由以上数据可以看出,经闪蒸罐闪蒸后的冷凝液进入冷凝液汽提塔进行汽提。由于在汽提前通过闪蒸除去了现有技术汽提气中易与氨形成铵盐结晶的大部分二氧化碳等,使得从闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽氨含量较低且氨和二氧化碳的浓度均不高,而从汽提塔出来的汽提气二氧化碳含量较低且氨和二氧化碳的浓度也都不高,这样就消除了能够大量形成NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的环境,有效地减少了NH4HS、NH4HCO3和氨基甲酸铵等铵盐结晶物的生成,从而能有效地减少了汽提塔顶层塔板和塔顶冷凝器的腐蚀、管道堵塞和汽提塔憋压情况的发生,降低了汽提塔的负荷。这样,使得装置能够长周期稳定运行,从而有效地减少检修的频率和费用,同时避免了因冷凝液汽提系统超压放空导致放空区域的空气污染。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。