CN103756734B - 一种节能型低温甲醇洗h2s浓缩工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺，其特征在于包括下述步骤：富CO2甲醇进入第一解析塔上塔减压闪蒸，气提出CO2，富H2S甲醇从第一解析塔上塔中部进入气提出大量CO2和少量H2S气体；富CO2甲醇和富H2S甲醇混合成富甲醇；由第二解析塔顶出来的混合气体进入第一解析塔对富甲醇进行气提，解析出大量CO2气体和少量H2S气体；将集液箱处的富甲醇引出换热后进入第二解析塔，被氮气气提；引出第二解析塔釜的富甲醇换热后送第一解析塔被氮气气提，解析出其中的大部分CO2后送至下游工序。本发明在降低了设备投资的同时又节省了装置能耗。

Description

一种节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺
技术领域
本发明涉及到低温甲醇洗工艺，具体指一种节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺。 
背景技术
我国煤炭资源丰富，近年来煤气化技术得到快速发展，用于气化的原料煤中均含有硫化物，所以煤气化生成的粗合成气中均含有少量H2S气体，并且粗合成气经过CO变换反应会生成大量CO2气体。变换气中主要含有H2和CO2气体，同时含有少量H2S和NH3、HCN等微量组分，其中H2是合成甲醇、合成氨等化工产品的原料气，酸性气体CO2和H2S一般是合成催化剂的毒物，所以在合成工序之前必须加以脱除，习惯性称变换气中硫化物的脱除为“脱硫”，二氧化碳的脱除为“脱碳”。 
变换气中酸性气体的脱除经常采用甲醇作为溶剂，在低温高压状态下进行物理吸收，通常称为低温甲醇洗。甲醇有选择性地脱除变换气中的CO2和H2S等酸性气体组分，同时脱除HCN、NH3等微量组分。该工艺只需要较少的溶剂用量，因此能量消耗相对较低。富液的再生可以通过阶梯式闪蒸和最后的热再生来实现。 
在低温甲醇洗流程中，吸收了CO2和H2S的富甲醇在再吸收塔内通过降压闪蒸和N2气提来解吸CO2，因为甲醇吸收CO2时需要放出热量，所以在富甲醇解吸CO2时就会吸收大量的热量。随着CO2的解吸，富甲醇的温度会越来越低，而甲醇的温度越低CO2在甲醇中的溶解度就越大，越不容易被解吸出来，富甲醇中残留的CO2越多，后系统的热再生负荷也就越大，且热再生时产出的H2S气体中H2S浓度也越低。为了降低下游热再生系统的负荷和充分回收CO2解析冷量，富甲醇中的CO2必须尽量多的被气提出来，通常气提出的CO2每增加2%，后系统的热再生负荷就会下降1%、H2S气体中的H2S浓度也会相应有所升高。因此，工程中对低温甲醇洗流程的优化和改进，主要集中在换热网络的优化和解析冷量的有效回收，热再生能耗的降低以及设备数量的减少和投资的降低等方面。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种具有强化低压氮气气提效果，同时能够降低设备投资以及能耗的节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺。 
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺，其特征在于包括下述步骤： 
从上游来的温度-60℃～-50℃、压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的富CO2甲醇从第一解析塔上塔上部进入，在塔盘上减压闪蒸的同时被N2气提出CO2后在自身重力作用向下流动； 
从上游来的温度-55℃～-45℃、压力0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的富H2S甲醇从第一解析塔上塔中部进入，在塔盘上减压闪蒸同时被N2气提出大量CO2和少量H2S气体，闪蒸和气提出的气体被从第一解析塔上塔上部进入的富CO2甲醇洗涤，少量H2S气体被再次吸收，在第一解析塔顶排出H2S含量达标的尾气，富CO2甲醇和富H2S甲醇在向下流动的过程中逐渐混合均匀，形成富甲醇； 
第一解析塔的富CO2甲醇与富H2S甲醇的摩尔流量比为1：1～1：3； 
由于CO2解析需要吸收大量热量，所以富甲醇液体温度逐渐降低； 
由第二解析塔顶出来的温度为-55℃～-45℃、压力为0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的CO2和氮气的混合气体从第一解析塔上塔的集液箱的气相空间处进入，自下而上在塔盘上对富甲醇进行逐级气提，解析出大量CO2气体和少量H2S气体； 
上升至第一解吸塔顶部的温度-55℃～-65℃、压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的尾气从第一解析塔顶排出； 
将聚集于第一解析上塔下部集液箱处的温度-65℃～-55℃、压力0.19MPa(G)～0.22MPa(G)的富甲醇引出，送至第一换热器换热至-50℃～-40℃，回收冷量，然后压力为0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的富甲醇在自身重力作用下自流进入第二解析塔上部，温度-30℃～-40℃、压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第一股低压氮气从第二解析塔底部进入，富甲醇中的CO2自上而下在塔盘上被第一股低压氮气气提，气提出CO2的富甲醇温度降至-55℃～-45℃，压力为0.20MPa(G)～0.23MPa(G)； 
所述第一解析塔中富甲醇的引出位置与换热后进入第二解吸塔的引入位置的高度差为7～12米； 
第一股低压氮气与第一解析塔送出的富甲醇摩尔流量比为1：10～1：20； 
将第二解析塔釜的富甲醇经第一进料泵加压送至第二换热器换热至-50℃～-40℃，回收冷量，然后送至第一解析塔下塔上部；温度-30℃～-40℃、压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第二股低压氮气从第一解析塔下部进入，富甲醇中的CO2自上而下在塔盘上被第二股低压氮气气提，解析出其中的大部分CO2气体后，温度降至-65℃～-55℃，压力为0.21MPa(G)～0.24MPa(G)，经出料泵从第二解析塔釜抽出，送至下游工序； 
第二股低压氮气与第二解析塔塔釜送出的富甲醇摩尔流量比为1：150～1：200； 
所述第一解吸塔位于所述第二解吸塔的上方，所述集液箱位于所述第一解吸塔的中下部，将所述第一解吸塔分隔为上塔和下塔两个部分，并且，所述集液箱上设有用于供 所述下塔中的气相上升进入所述上塔内的升气帽。 
与现有技术相比，本发明具有下述优点： 
1、第一解析塔集液箱抽出的富含H2S甲醇依靠重力回收冷量后直接进入第二解析塔的上部，既保证了重力流所要求的7～12米的高度差，同时减少设置一组泵，降低了设备投资的同时又节省了装置能耗。每台泵的价值在三百万元以上。 
2、装置富含H2S甲醇与系统内热介质的两次换热升温，既有利于CO2气体的闪蒸气提，降低富含H2S甲醇中的CO2浓度，又有效利用了解析CO2所释放出的冷量，在降低后系统热再生能耗的同时又可减小系统外对本单元冷量的补充，节能降耗效果显著。 
3、低压气提氮气分两成两股进入第一解析塔下部和第二解析塔下部，充分发挥了新鲜氮气的气提效果，为含H2S甲醇提供了两次气提解析的机会，有利于进一步降低富含H2S甲醇中的CO2浓度，节省下游热再生能耗。 
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程示意图。 
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 
本发明本发明中所涉及到的名词说明： 
富CO2甲醇：是指仅含有CO2，不含H2S的甲醇溶液； 
富H2S甲醇：是指含有H2S和CO2的甲醇溶液； 
富甲醇：是指在本H2S浓缩工艺内，富CO2甲醇和富H2S甲醇混合后的甲醇溶液。 
如图1所示，本实施例中的第一解吸塔4位于第二解吸塔5的上方，两者共用一个壳体7，通过封头8分隔开。集液箱9设置在第一解吸塔4的中下部，将第一解吸塔分隔为上塔41和下塔42两个部分。集液箱上设有用于供下塔中的气相上升进入上塔内的升气帽43。 
该节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺包括下述步骤： 
从上游来的温度-50℃～-60℃，压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的富CO2甲醇从第一解析塔4上塔上部进入，在塔盘上减压闪蒸的同时被N2气提出CO2后在自身重力作用向下流动； 
从上游来的温度-45℃～-55℃，压力0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的富H2S甲醇从第一解析塔4上塔中部进入，与从第一解析塔4上塔上部进入的富CO2甲醇在塔盘上向下流动的过程中逐渐混合均匀，形成含CO2和H2S的富甲醇。由第二解析塔5顶出 来的含有CO2以及低压氮气的混合气体从第一解析塔4上塔的集液箱气相空间处进入，第一次自下而上在塔盘上对富甲醇进行逐级气提，解析出大量CO2气体和少量H2S气体，同时富甲醇液体温度降低。 
从第一解析塔4上塔上部进入的富CO2甲醇在自身解析CO2气体的过程中，同时对从第一解析塔4上塔中部进入的富H2S甲醇中解析出的CO2气体中所含有的少量H2S气体进行吸收洗涤，确保从第一解析塔4顶部排出的尾气中的H2S含量不超标，温度-55℃～-65℃，压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的尾气从第一解析塔4顶高点安全排放到大气。 
在第一解析塔4上塔上部经过闪蒸和气提后的富甲醇最终全部收集在第一解析塔4集液箱处，此时集液箱处的富甲醇温度-55℃～-65℃，压力0.19MPa(G)～0.22MPa(G)。集液箱处的富甲醇引入第一换热器6换热至-40℃～-50℃、压力0.18MPa(G)～0.21MPa(G)，回收冷量，然后通过重力流送到第二解析塔5上部。 
来自界区外的温度-30℃～-40℃、压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第二股低压氮气从第二解析塔5底部进入，富甲醇自上而下在塔盘上被第二股低压氮气气提，甲醇在解析CO2气体的同时温度第二次降低，此时温度-45℃～-55℃，压力0.20MPa(G)～0.23MPa(G)，收集在第二解析塔5塔釜的富甲醇，从第二解吸塔的塔釜引出，经进料泵3抽送至第二换热器2回收冷量，换热至温度-40℃～-50℃。 
换热升温后的富甲醇进入第一解析塔4下塔上部，来自界区外的温度-30℃～-40℃，压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第一股低压氮气从第一解析塔4底部进入，富甲醇自上而下在塔盘上被第一股低压氮气气提，解析出CO2气体的同时温度第三次降低，形成含有少量CO2气体的富甲醇，此时富甲醇中CO2摩尔含量为2.0%～2.4%，温度为-55℃～-65℃，压力为0.21MPa(G)～0.24MPa(G)，收集在第一解析塔4塔釜，然后通过出料泵1送出第一解析塔，进入下游工序进行热再生。 
本实施例中，富甲醇中均含有CO2和H2S，但是从不同位置引出的富甲醇中的CO2和H2S的含量是不同的。 
以200000Nm3/h规模煤制氢为例，按现有技术，该解析塔及其附属设备的投资约为1000万元，正常运行的能耗约为10000KW/h，本实施例中解析塔及其附属设备的投资约为800万元，正常运行的能耗约为8500KW/h。 

Claims (1)

1.一种节能型低温甲醇洗H2S浓缩工艺，其特征在于包括下述步骤：
从上游来的温度-60℃～-50℃、压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的富CO2甲醇从第一解析塔上塔上部进入，在塔盘上减压闪蒸的同时被N2气提出CO2后在自身重力作用向下流动；
从上游来的温度-55℃～-45℃、压力0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的富H2S甲醇从第一解析塔上塔中部进入，在塔盘上减压闪蒸同时被N2气提出大量CO2和少量H2S气体，闪蒸和气提出的气体被从第一解析塔上塔上部进入的富CO2甲醇洗涤，少量H2S气体被再次吸收，在第一解析塔顶排出H2S含量达标的尾气，富CO2甲醇和富H2S甲醇在向下流动的过程中逐渐混合均匀，形成富甲醇；
第一解析塔的富CO2甲醇与富H2S甲醇的摩尔流量比为1：1～1：3；
由于CO2解析需要吸收大量热量，所以富甲醇液体温度逐渐降低；
由第二解析塔顶出来的温度为-55℃～-45℃、压力为0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的的CO2和氮气的混合气体从第一解析塔上塔的集液箱的气相空间处进入，自下而上在塔盘上对富甲醇进行逐级气提，解析出大量CO2气体和少量H2S气体；
上升至第一解吸塔顶部的温度-55℃～-65℃、压力0.12MPa(G)～0.16MPa(G)的尾气从第一解析塔顶排出；
将聚集于第一解析上塔下部集液箱处的温度-65℃～-55℃、压力0.19MPa(G)～0.22MPa(G)的富甲醇引出，送至第一换热器换热至-50℃～-40℃，回收冷量，然后压力为0.18MPa(G)～0.21MPa(G)的富甲醇在自身重力作用下自流进入第二解析塔上部，温度-30℃～-40℃、压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第一股低压氮气从第二解析塔底部进入，富甲醇中的CO2自上而下在塔盘上被第一股低压氮气气提，气提出CO2的富甲醇温度降至-55℃～-45℃，压力为0.20MPa(G)～0.23MPa(G)；
所述第一解析塔中富甲醇的引出位置与换热后进入第二解吸塔的引入位置的高度差为7～12米；
第一股低压氮气与第一解析塔送出的富甲醇摩尔流量比为1：10～1：20；
将第二解析塔釜的富甲醇经第一进料泵加压送至第二换热器换热至-50℃～-40℃，回收冷量，然后送至第一解析塔下塔上部；温度-30℃～-40℃、压力0.22MPa(G)～0.25MPa(G)的第二股低压氮气从第一解析塔下部进入，富甲醇中的CO2自上而下在塔盘上被第二股低压氮气气提，解析出其中的大部分CO2气体后，温度降至-65℃～-55℃，压力为0.21MPa(G)～0.24MPa(G)，经出料泵从第二解析塔釜抽出，送至下游工序；
第二股低压氮气与第二解析塔塔釜送出的富甲醇摩尔流量比为1：150～1：200；
所述第一解吸塔位于所述第二解吸塔的上方，所述集液箱位于所述第一解吸塔的中下部，将所述第一解吸塔分隔为上塔和下塔两个部分，并且，所述集液箱上设有用于供所述下塔中的气相上升进入所述上塔内的升气帽。
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