CN102764576B - 一种采用功量交换的甲醇洗净化系统及工艺 - Google Patents
一种采用功量交换的甲醇洗净化系统及工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种采用功量交换的甲醇洗净化系统及工艺，粗合成气在吸收塔中除杂后送往下一工段，所得富液向甲醇溶液转移功量后进入分离器；分离器的液相释放功量后进入解吸塔；解吸产生的CO2复热后外送，液相送往提浓塔；提浓所得气体放空，液相回收功量后送往甲醇再生塔；再生塔的塔顶气相送往硫回收，甲醇溶液回收功量后送往吸收塔或甲醇-水分离塔；甲醇-水分离塔的塔顶气相流股返回再生塔，液相送往污水处理，吸收塔富液通过正位移方式与甲醇溶液进行功量交换，分离器液相的一个流股通过透平式和正位移式组合方式对外输出功量，其余两个流股所含压能通过透平式以电能的方式对外输出，本发明能量回收效率高，能耗低，运行平稳。
Description
技术领域
本发明涉及合成气净化技术领域，具体涉及一种采用功量交换的甲醇洗净化系统及工艺。
背景技术
合成气是化工过程基本的中间产品，其主要成分是CO与H2，多由煤、石油、天然气等经过部分氧化产生。合成气的净化对下游装置的安全运行和高效生产均有重要影响。常见的净化工艺有低温甲醇洗、低温液氮洗及铜洗等工艺。由于净化效果、经济性等诸多方面的优势，甲醇洗越来越成为人们的首选净化方式，并在世界范围内有着广泛的应用。
低温甲醇洗工艺是国内外煤化工、天然气化工行业普遍采用的一种净化流程，其基本原理是利用H2与H2S、CO2等酸性气体在低温甲醇溶液当中溶解度的差异，实现对H2S、CO2的脱除，而对合成气当中的有效成分H2基本没有影响。常见低温甲醇洗的工艺流程是将来自变换工段的粗合成气先经过合成气冷却器预冷至-17℃，经过分离罐除去液相后进入吸收塔，除去酸性气体后的合成气从塔顶离开，送往下游工段；液相经过分离器除去气相后进入CO2解吸塔。解析产生的CO2气体被粗合成气复热后外送，液相进入提浓塔。提浓塔塔顶得到的气体复热后放空，液相送往甲醇再生塔。甲醇再生塔是一个精馏塔，塔顶是H2S含量较高的气体，送往硫回收工段；塔底则是高纯度的甲醇溶液，大部分经泵输送至吸收塔，小部分送往甲醇-水分离塔进一步降低水分含量。甲醇水分离塔精馏所得污水从塔底排出，其余部分返回再生塔。
该工艺的缺点如下：流程中吸收塔富液的压能没有得到有效利用，白白消耗在减压阀上，整个流程的能量利用效率存在较大的提升空间。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种采用功量交换的甲醇洗净化系统及工艺，耗能较少、经济效益明显。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种采用功量交换的合成气净化系统，其中：
合成气冷却器206的出口与原料分离器207相连；
原料分离器207的气相出口连至吸收塔201，液相出口通过分离塔进料换热器236及减压阀241与甲醇-水分离塔205连接；
吸收塔201的顶部气相与下一工段连接，底部液相通过第一正位移功量交换器高压侧209A与底部分离器211相连，下部液相通过第二正位移功量交换器高压侧214A与下部分离器215连接，吸收塔201的中部设有中间冷却器组(222，223)；
底部分离器211的气相出口通过压缩机220与合成气冷却器206的入口相连，底部分离器211液相出口的一个支路通过第三透平式功量交换器218连接至第三正位移功量交换器高压侧219A，而后通过管路与提浓塔203连接，另一个支路通过第二透平式功量交换器217连接至解吸塔202；下部分离器215的液相出口通过第一透平式功量交换器216连接至解吸塔202。
解吸塔202的顶部出口与CO2换热器208连接，而后又连接至合成气冷却器206，底部出口直接与提浓塔203连接，解吸塔202的侧线出口也通过管路与提浓塔203连接；
提浓塔203的顶部出口直接与合成气冷却器206连接，之后与外界大气(ATM)相通，提浓塔203的底部出口先连接至浓缩液预压泵228，然后经过第三正位移功量交换器的低压侧219B，再经过浓缩塔塔底换热器229、再生塔塔底冷却器230与再生塔204的入口相连；
再生塔204的顶部出口与硫回收工段连接，再生塔204的液相出口当中的一个先经过再生塔塔底冷却器230与甲醇分离罐231相连，甲醇分离罐231的出口又经过甲醇预压泵232连接至并联的第一正位移功量交换器低压侧209B和第二正位移功量交换器低压侧214B，然后经过甲醇换热器233、浓缩塔塔底换热器229连接至甲醇增压泵234，最后与吸收塔201的顶部入口相连接，再生塔204的另一个液相出口经过分离塔给料泵235和分离塔进料换热器236连接至甲醇-水分离塔205的入口，再生塔204的塔釜蒸汽入口与低压蒸汽S3管网相连；
甲醇-水分离塔205的气相连接至再生塔204的入口，底部液相出口与污水处理工段相连接，塔釜再沸器的入口同样与低压蒸汽S3管网相连。
本发明同时提供了利用所述净化系统进行合成气净化的工艺，包括如下步骤：
经合成气冷却器206预冷后的粗合成气与甲醇溶液在吸收塔201内逆向接触进行吸收除杂；
吸收所得富液从吸收塔201底部、下部两处排出，底部液相通过第一正位移功量交换器209与一股甲醇溶液进行功量交换，下部液相通过第二正位移功量交换器214与另一股甲醇溶液进行功量交换，实现甲醇溶液的增压与富液的降压，降压后富液分别进入底部分离器211和下部分离器215；
降压后的富液分别在底部分离器211和下部分离器215中进行分离，所得气相与其他富氢气体混合后进入压缩机220，升压后与粗合成气汇合；底部分离器211所得部分液相经过第三透平式功量交换器218释放功量后将回收的功量送往发电机，以电能对外输出，然后进入第三正位移功量交换器高压侧219A与提浓塔203的液相进行功量交换，压力降至0.1MPa(G)后进入提浓塔203；另一部分液相经过第二透平式功量交换器217释放压能后进入CO2解吸塔202；下部分离器215所得液相通过第一透平式功量交换器216释放压能后进入CO2解吸塔202；
在CO2解吸塔202中，富液中溶解的CO2解析出来，被合成气复热后送至下一工段或放空，塔底液相进入提浓塔203；
提浓塔203所得气相被合成气复热后放空，所得液相回收功量升压后进入甲醇再生塔204；
进料在再生塔204中经过精馏之后，塔顶所得H2S气体复热后送往硫回收工段；塔底所得甲醇溶液，大部分经过预压、回收功量后送往吸收塔循环使用，剩余部分送往甲醇-水分离塔205进一步除去其中的水分；
甲醇-水分离塔205中进行的是一个精馏过程，精馏所得气相返回再生塔204，所得液相送往污水处理。
本发明工艺中所有高压功源流股分为两条支路，其中一条支路经过功量交换器降压，另一条采用旁路阀降压，作为备用降压支路，正常情况下通过单台或串联的功量交换器实现降压，非正常工况下通过旁路阀实现降压；所有低压功阱流股同样通过两个支路实现增压，一个是功量交换器，另一个是电机驱动的泵设备做为备用升压支路，正常情况下通过功量交换支路实现，非正常情况下通过电机驱动泵设备直接加压。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.能量回收效益明显。
2.系统运行平稳，CO2解吸及甲醇相变对系统的影响小。
3.采用功量交换方案代替节流方案对原有节流方案的降温效果没有影响。
4.功量交换过程对换热网络的影响较小，传热引起的流股的温度变化不超过10℃，通过对原有流程的微调即可实现正常运行。
附图说明
附图为本发明系统及工艺流程图。
201-吸收塔、202-解吸塔、203-提浓塔、204-再生塔、205-甲醇-水分离塔、206-合成气冷却器、207-原料分离器、208-CO2换热器、209-第一正位移功量交换器、209A-第一正位移功量交换器高压侧、209B-第一正位移功量交换器的低压侧、210-底部冷却器、211-底部分离器、212-合成气换热器、213-下部冷却器、214-第二正位移功量交换器、214A-第二正位移功量交换器的高压侧、214B-第二正位移功量交换器的低压侧、215-下部分离器、216-第一透平式功量交换器、217-第二透平式功量交换器、218-第三透平式功量交换器、219A-第三正位移功量交换器的高压侧、219B-第三正位移功量交换器的低压侧、220-压缩机、221-压缩机出口冷却器、222，223-中间冷却器组、224-中间分离器、225-浓缩液换热器、226-解吸塔给料泵、227-浓缩液泵、228-浓缩液预压泵、229-浓缩塔塔底换热器、230-再生塔塔底冷却器、231-甲醇分离罐、232-甲醇预压泵、233-甲醇换热器、234-甲醇增压泵、235-分离塔给料泵、236-分离塔进料换热器、237-塔顶冷凝器、238-再生塔顶分离器、239-塔顶第二冷凝器、240-再生塔顶二级分离器、241-减压阀。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明。
本发明实施方案的工艺包括如下流程：
1)合成气预冷
来自变换工段的粗合成气进入合成气冷却器，被解吸塔顶气相、提浓塔顶气相等流股冷却至-17℃。
2)酸性气体的脱除
预冷后的合成气与甲醇溶液逆向接触，CO2、H2S等酸性气体被吸收，合成气得到净化。
3)富液压能传递
上述吸收所得富液通过正位移功量交换器分别与两股甲醇溶液进行功量交换，实现甲醇溶液的增压与富液的降压。
4)闪蒸分离
降压后的富液在分离器中进行分离，所得气相中含有较多的氢气，与其他富氢气体混合后进入压缩机，压力升高后与粗合成气汇合。
5)闪蒸液相压能释放
底部分离器所得部分液相及下部分离器的的全部液相分别经过透平式功量交换器释放压能后进入CO2解吸塔，利用透平式功量交换器将回收的功量送往发电机，以电能对外输出；下部分离器的另一部分液相先经过透平式功量交换器回收功量，通过发电机以电能对外输出，压力降至1.0MPa(G)后利用正位移功量交换器进行功量交换，降压后进行提浓塔。
6)CO2解吸
在解吸塔中，富液中溶解的CO2被解析出来，被合成气复热后送至下一工段或放空；所得液相则进入提浓环节。
7)H2S提浓
提浓塔所得气相被合成气复热后放空，所得液相回收功量后进入甲醇再生环节。
8)甲醇再生
将进料在再生塔中进行精馏，塔顶得到较高浓度的H2S气体，复热后送往硫回收工段；塔底得到高纯度的甲醇溶液，其中大部分经过预压、回收功量后送往吸收塔循环使用，剩余部分送往甲醇-水分离塔进一步除去其中的水分。
9)甲醇-水分离
甲醇-水分离塔中进行的是一个精馏过程，精馏所得气相返回再生塔，所得液相送往污水处理。
参见附图：本发明合成气净化系统，包括吸收塔201，解吸塔202，提浓塔203，再生塔204，甲醇-水分离塔205，三个正位移功量交换器，三个透平式功量交换器，以及增压泵、换热器与分离器若干。
本方案当中的正位移式功量交换器的选型参考海水淡化领域普遍应用的正位移式功量交换器(如DWEER类设备)；透平式功量交换器参考海水淡化领域中的透平式功量交换器(如Pelton类设备)，也可以选用液力透平类的设备。
下面结合附图对实现上述工艺的合成气净化系统进行详细描述：
合成气冷却器206的入口与变换工段连接，出口通过管路与原料分离器207相连；原料分离器207的气相出口连至吸收塔201，液相出口通过分离塔进料换热器236和减压阀241与甲醇-水分离塔205连接；吸收塔201的顶部气相与下一工段连接，底部液相经过CO2换热器208、底部冷却器210冷却后，通过第一正位移功量交换器高压侧209A与底部分离器211相连，下部液相通过合成气换热器212、下部冷却器213后，再通过第二正位移功量交换器高压侧214A与下部分离器215连接；吸收塔201的中部还设有两个中间冷却器构成的中间冷却器组222，223；底部分离器211的气相出口通过压缩机220、压缩机出口冷却器221与合成气冷却器206的入口相连，其液相出口的一个支路通过第三透平式功量交换器218连接至第三正位移功量交换器的高压侧219A，而后通过管路与提浓塔203连接，另一个支路通过第二透平式功量交换器217连接至解吸塔202；下部分离器215的气相连接至底部分离器211，液相出口通过第一透平式功量交换器216与解吸塔202的入口相连；解吸塔202的顶部出口与CO2换热器208连接，而后又连接至合成气冷却器206，底部出口直接与提浓塔203连接，解吸塔202的侧线出口也通过管路与提浓塔203连接；提浓塔203的顶部出口直接与合成气冷却器206连接，之后与外界大气(ATM)相通，提浓塔203的底部出口先连接至浓缩液预压泵228，然后经过第三正位移功量交换器的低压侧219B，再经过浓缩塔塔底换热器229、再生塔塔底冷却器230与再生塔204的入口相连，提浓塔的侧线出口经过浓缩液泵227连接至浓缩液换热器225与中间换热器222，再经过中间分离器224、解吸塔给料泵226及底部冷却器210后返回解吸塔202；再生塔204的顶部出口经过由塔顶冷凝器237、再生塔塔顶分离器238、塔顶第二冷凝器239、再生塔顶二级分离器240构成的分离和换热系统后，最终与硫回收工段连接，其底部的一个出口先经过再生塔塔底冷却器230与甲醇分离罐231相连，甲醇分离罐231出口又经过甲醇预压泵232连接至并联的第一、第二正位移功量交换器的低压侧209B和214B，接着经过甲醇换热器233、浓缩塔塔底换热器229连接至甲醇增压泵234，最后与吸收塔201的顶部入口相连接，再生塔204底部的另一个出口经过分离塔给料泵235和分离塔进料换热器236连接至甲醇-水分离塔205的入口，再生塔204的塔釜蒸汽入口与低压蒸汽S3管网相连；甲醇-水分离塔205的气相连接至再生塔204的入口，底部液相出口与污水处理工段相连接，塔釜再沸器的入口同样与低压蒸汽S3管网相连。
在本发明的实施方案中，压力较高的功源流股通过两个支路与下一个设备相连，一个支路是单个或串联的功量交换器，另一条支路是通过旁路阀与低压装置连接。压力较低的功阱流股也是通过两条支路实现增压的，正常情况下通过功量交换支路实现，非正常情况下通过电机驱动泵设备直接加压。
以下对上述本发明的甲醇洗净化系统的工作过程进行详细介绍：
来自变换工段的粗合成气被冷却器206预冷至-17℃后进入原料分离器207，除去其中所含液相后从下部进入吸收塔201。在吸收塔201当中，酸性气体被吸收剂甲醇吸收，剩余合成气从塔顶处离开，送往下一工段。吸收所得富液从底部、下部两个出口排除。底部富液经过第一正位移功量交换器高压侧209A，与来自甲醇再生塔204的低压甲醇溶液中的一部分进行功量交换，压力降低后进入底部分离器211；同样，下部出口的富液通过第二正位移功量交换器高压侧214A与另一部分甲醇溶液进行功量交换，释放压能后进入下部分离器215。
底部分离器211的顶部气相与其他富氢气体混合后，经过压缩机220、压缩机出口冷却器221后返回合成气冷却器206，底部分离器211的一部分液相经第三透平式功量交换器218释放功量后压力降至1.0MPa(G)，回收的功量通过发电机以电能对外输出，然后进入第三正位移功量交换器的高压侧219A与提浓塔203的液相进行功量交换，压力降至0.1MPa(G)后进入提浓塔203；另一部分液相经过第二透平式功量交换器217回收功量降压后进入解吸塔202。下部分离器215的富液通过第一透平式功量交换器216释放压能后，压力降至0.25MPa(G)，然后送往解吸塔202。
在解吸塔202中，富液中的CO2因压力降低发生解吸，所得CO2进入合成气冷却器206，与合成气换热后外送；解吸过程产生的液相送往提浓塔203。
提浓塔203是一个气提塔，液相中的气体杂质在气提N2的作用下进一步解析出来，被合成气复热后直接放空；所得液相中甲醇和H2S的浓度较高，送往再生塔204进行回收。
再生塔204是一个精馏塔，H2S与甲醇在此实现较好的分离。精馏所得的液相为纯度接近100％的甲醇溶液，所得气相为H2S含量较高的气体。甲醇溶液首先经过甲醇预压泵232，压力升至1.9MPa(G)后分两股进入功量交换器低压侧209B与214B，获得富液的功量后压力升至5.05MPa(G)，最后经过甲醇增压泵234后压力到达6.4MPa(G)，送往吸收塔201顶部使用。塔顶气相经过进一步的回流、冷却、分离之后，得到较高浓度的H2S气体，经过复热后送往硫回收工段处理。
再生塔204液相中有一小部分送至甲醇-水分离塔205，精馏之后，液相送往污水处理，气相返回甲醇再生塔204。
进行功量交换的两股流体之间存在一定的温度差，从而不可避免存在热量传递。计算结果显示，因传热导致的温度差不超过10℃，可以通过调整实现正常运行，因而温度变化因素不予考虑。
综上所述，与原有流程相比，本流程的能量回收效率较高，整个流程的能量消耗较少，同时还可以实现平稳运行。
Claims (2)
1.一种采用功量交换的甲醇洗净化系统，其特征在于：
合成气冷却器(206)的出口与原料分离器(207)相连；
原料分离器(207)的气相出口连至吸收塔(201)，液相出口通过分离塔进料换热器(236)及减压阀(241)与甲醇-水分离塔(205)连接；
吸收塔(201)的顶部气相与下一工段连接，底部液相通过第一正位移功量交换器高压侧(209A)与底部分离器(211)相连，下部液相通过第二正位移功量交换器高压侧(214A)与下部分离器(215)连接，吸收塔(201)的中部设有中间冷却器组(222，223)；
底部分离器(211)的气相出口通过压缩机(220)与合成气冷却器(206)的入口相连，底部分离器(211)液相出口的一个支路通过第三透平式功量交换器(218)连接至第三正位移功量交换器高压侧(219A)，而后通过管路与提浓塔(203)连接，另一个支路通过第二透平式功量交换器(217)连接至解吸塔(202)；下部分离器(215)的液相出口通过第一透平式功量交换器(216)连接至解吸塔(202)；
解吸塔(202)的顶部出口与CO2换热器(208)连接，而后又连接至合成气冷却器(206)，底部出口直接与提浓塔(203)连接，解吸塔(202)的侧线出口也通过管路与提浓塔(203)连接；
提浓塔(203)的顶部出口直接与合成气冷却器(206)连接，之后与外界大气相通，提浓塔(203)的底部出口先连接至浓缩液预压泵(228)，然后经过第三正位移功量交换器的低压侧(219B)，再经过浓缩塔塔底换热器(229)、再生塔塔底冷却器(230)与再生塔(204)的入口相连；
再生塔(204)的顶部出口与硫回收工段连接，再生塔(204)的液相出口当中的一个先经过再生塔塔底冷却器(230)与甲醇分离罐(231)相连，甲醇分离罐(231)的出口又经过甲醇预压泵(232)连接至并联的第一正位移功量交换器低压侧(209B)和第二正位移功量交换器低压侧(214B)，然后经过甲醇换热器(233)、浓缩塔塔底换热器(229)连接至甲醇增压泵(234)，最后与吸收塔(201)的顶部入口相连接，再生塔(204)的另一个液相出口经过分离塔给料泵(235)和分离塔进料换热器(236)连接至甲醇-水分离塔(205)的入口，再生塔(204)的塔釜蒸汽入口与低压蒸汽(S3)管网相连；
甲醇-水分离塔(205)的气相连接至再生塔(204)的入口，底部液相出口与污水处理工段相连接，塔釜再沸器的入口同样与低压蒸汽(S3)管网相连。
2.利用权利要求1所述净化系统进行合成气净化的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
经合成气冷却器(206)预冷后的粗合成气与甲醇溶液在吸收塔(201)内逆向接触进行吸收除杂；
吸收所得富液从吸收塔(201)底部、下部两处排出，底部液相通过第一正位移功量交换器(209)与一股甲醇溶液进行功量交换，下部液相通过第二正位移功量交换器(214)与另一股甲醇溶液进行功量交换，实现甲醇溶液的增压与富液的降压，降压后富液分别进入底部分离器(211)和下部分离器(215)；
降压后的富液分别在底部分离器(211)和下部分离器(215)中进行分离，所得气相与其他富氢气体混合后进入压缩机(220)，升压后与粗合成气汇合；底部分离器(211)所得部分液相经过第三透平式功量交换器(218)释放功量后将回收的功量送往发电机，以电能对外输出，然后进入第三正位移功量交换器高压侧(219A)与提浓塔(203)的液相进行功量交换，压力降至0.1MPa(G)后进入提浓塔(203)；另一部分液相经过第二透平式功量交换器(217)释放压能后进入CO2解吸塔(202)；下部分离器(215)所得液相通过第一透平式功量交换器(216)释放压能后进入CO2解吸塔(202)，
在CO2解吸塔(202)中，富液中溶解的CO2解析出来，被合成气复热后送至下一工段或放空，塔底液相进入提浓塔(203)；
提浓塔(203)所得气相被合成气复热后放空，所得液相回收功量升压后进入甲醇再生塔(204)；
进料在再生塔(204)中经过精馏之后，塔顶所得H2S气体复热后送往硫回收工段；塔底所得甲醇溶液，大部分经过预压、回收功量后送往吸收塔循环使用，剩余部分送往甲醇-水分离塔(205)进一步除去其中的水分；
甲醇-水分离塔(205)中进行的是一个精馏过程，精馏所得气相返回再生塔(204)，所得液相送往污水处理。
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| CN101301561A (zh) * | 2008-06-30 | 2008-11-12 | 杨光 | 节能型湿法气体净化工艺 |
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| CN102266706A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | 林德股份公司 | 用于洗涤合成气体的方法和设备 |
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2012
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Patent Citations (3)
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