CN107473938A - 利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法，装置包括脱轻硫塔，隔板萃取精馏塔、冷凝器、再沸器和回流罐，将萃取精馏技术与隔板塔技术耦合，低温甲醇洗循环甲醇中轻硫组分由脱轻硫塔塔顶蒸出，控制塔釜中轻硫组分含量小于5mg/kg。本发明提供的一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法，通过换热设计，充分利用萃取剂热量进行换热，节能效果显著。

Description

利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，主要涉及一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法。

背景技术

发展以煤气化为基础的新型煤化工技术，实现煤炭资源的清洁利用，是解决我国燃煤污染、石油短缺，实现资源、能源、环境整体优化与可持续发展的重要研究方向。硫化物是煤气中的主要污染物之一，会造成设备腐蚀、催化剂中毒和环境污染。煤气中的硫化物种类和含量与煤炭开采的地区和种类有关，一般都含有二氧化硫、硫化氢、羰基硫、甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇等硫醇类硫化物。

低温甲醇洗是目前煤化工项目普遍采用的脱硫脱碳工艺。传统的低温甲醇洗工艺流程主要包括原料气冷却、酸性气洗涤脱除(吸收部分)、中压闪蒸回收有效气、低压闪蒸回收CO2气体、氮气气提(H2S富集)、甲醇热再生及尾气洗涤几个部分。该工艺吸收性强、酸性气体选择性优异、运行较稳定。但该技术在处理高硫含量的原料气时，就存在净化气总硫含量超标的问题。为解决该问题，需要频繁更换和补充新鲜甲醇，甲醇的损耗量大大增加。

随着我国煤化工技术的发展，对高硫煤(S≥1.0％)的清洁利用需求越来越迫切，需要针对传统的低温甲醇洗工艺中存在的问题，开发一种高效的甲醇脱硫技术，提高廉价高硫煤的利用率，降低低温甲醇洗循环甲醇的损耗量，对于社会和企业都具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种效率高的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法。

本发明采取的技术方案是：

一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；包括脱轻硫塔、隔板萃取精馏塔、塔底主再沸器、塔底辅助再沸器、多个塔顶冷凝器、原料预热器、萃取剂冷却器、多个塔底再沸器、多个塔顶冷凝器，多个回流罐；

所述脱轻硫塔顶设置有汽相出口和液相回流入口，中上部设置有原料入口，底部设置有第二出口，脱轻硫塔的回流罐上部设置有冷凝液入口和气相不凝物采出口，底部设置有回流出口和液相采出口；脱轻硫塔顶部汽相出口与脱轻硫塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐上部气相不凝物采出口与克劳斯炉管线连接，回流罐底部回流出口与塔顶液相回流入口连接，液相采出口与轻质硫储罐连接；脱轻硫塔中部原料入口与脱轻硫塔原料预热器连接，原料预热器另一端连接低温甲醇洗系统；脱轻硫塔底部第二出口分成两支管线，一支与脱轻硫塔底主再沸器连接，另一支与脱轻硫塔底辅助再沸器连接；

所述隔板萃取精馏塔隔板位于塔内的中上部，隔板高度占整个主塔总填料高度的30％‐70％；隔板与塔内壁焊接连接，将隔板萃取精馏塔分为左精馏段、右精馏段和公共提馏段；

隔板萃取精馏塔左精馏段为萃取精馏塔，顶部设置有汽相采出口和液相回流入口，中上部设置有萃取剂入口，中部设有原料入口，隔板萃取精馏塔的回流罐上部设置有冷凝液入口，底部设置有产品采出口和液相回流出口；左精馏段顶部汽相采出口与塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐底部产品采出口连接合格甲醇储罐，回流罐底部液相回流出口与左精馏段液相回流入口连接，萃取剂入口与萃取剂冷却器连接，原料入口与隔板萃取精馏塔脱轻硫塔塔底出口连接；

板萃取精馏塔右精馏段顶部设置有汽相采出口和液相回流入口，板萃取精馏塔的回流罐上部设置有冷凝液入口，底部设置有液相采出口和液相回流出口；汽相采出口与塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐底部液相回流出口与右精馏段液相回流入口连接，液相采出口与重质硫储罐连接；

所述隔板萃取精馏塔底部设置有液相出口，该出口分成两支管线，一支与塔底再沸器连接，另一支与脱轻硫塔塔底主再沸器热流股入口管线连接，塔底主再沸器热流股出口管线与脱轻硫塔原料预热器热流股入口管线连接，原料预热器热流股出口管线与萃取剂冷却器热流股入口管线连接，萃取剂冷却器热流股出口管线与隔板萃取精馏塔左精馏段萃取剂入口连接。

而且，所述脱轻硫塔塔顶采出轻硫组分，控制塔釜中轻硫组分含量小于5mg/kg，T1塔常压操作，回流比6-12。

而且，所述隔板萃取精馏塔T2的具体工艺控制条件为：左精馏段塔顶采出甲醇产品，右精馏段塔顶采出高沸点硫化物；隔板萃取精馏塔减压操作，操作压力-0.04—-0.06Mpa，左精馏段回流比1-3，塔顶温度47.5-51.5℃，右精馏段回流比2-5，塔顶温度48.5-52.5℃，塔底温度174-178℃。

而且，所述萃取剂选自N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰吗啉、环丁砜、磷酸三丁酯中的一种或两种以上的混合物。

而且，所述两种萃取剂的混合质量比为1-4，萃取剂的加入量为进料量的1-5倍质量比。

而且，右精馏段塔可以添加第二块横向钢板，将其焊接在精馏主塔测壁，将右精馏段顶部封死，整个右精馏段位于主塔的中间。

一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置进行富硫甲醇脱硫的方法，步骤如下：

低温甲醇洗主吸收塔塔底的富硫甲醇由脱轻硫塔原料入口进入，其中的轻硫组分由脱轻硫塔塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝后进入回流罐，不凝硫化物直接进入克劳斯炉煅烧回收硫，液相组分一部分回流入塔，一部分轻硫组分被采出进入轻硫储罐，定期集中处理；

脱轻硫塔釜富硫甲醇由隔板萃取精馏塔左精馏段原料入口进入隔板萃取精馏塔内，萃取剂由左精馏段中上部萃取剂入口进入，萃取精馏过程在左精馏段进行，在萃取剂作用下，高沸点硫化物与甲醇的相对挥发度增大，合格甲醇由该段塔顶蒸出，右精馏段塔顶汽相高沸点硫化物由冷凝器冷凝后进入隔板萃取精馏塔的回流罐，部分液相硫化物采出，另一部分液相硫化物进入右精馏段回流；

隔壁塔塔釜再生完全的萃取剂先与脱轻硫塔塔底主再沸器换热，剩余热量通过原料预热器给原料预热，再经萃取剂冷却器冷却到49℃进入隔壁塔循环使用。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明提供的一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法，将将萃取精馏过程与萃取剂再生过程耦合在一个精馏塔内进行，最大限度降低设备投资和能耗。

2、本发明提供的一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置及方法，通过换热设计，充分利用萃取剂热量进行换热，节能效果显著。

3、本发明所述脱硫工艺与普通精馏脱硫工艺相比，一、投资少，至少节省一个精馏塔、一个再沸器和一个冷凝器的设备投资；二、产品总硫含量低且收率高，通过萃取剂与硫化物的相互作用，达到深度脱硫和提高产品回收率的目的，隔壁塔左精馏段塔顶甲醇中总硫含量小于5mg/kg，满足低温甲醇洗循环甲醇的设计要求；三、能耗低，通过合理的换热设计，萃取剂热量被充分利用，节能效果显著。

附图说明

图1本发明隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的工艺流程。

T1脱轻硫塔，T2隔板萃取精馏塔，E1塔底主再沸器，E2塔底辅助再沸器，E3塔顶冷凝器，E4原料预热器，E5萃取剂冷却器，E6塔底再沸器，E7-T2塔顶冷凝器一，E8塔顶冷凝器二，V1回流罐，V2左塔回流罐，V3右塔回流罐；

1-富硫甲醇，2-贫硫甲醇，3-硫化物气体，4-低沸点硫化物，5-再生萃取剂，6-再生甲醇，7-高沸点硫化物，8-隔板，9-左精馏段，10-右精馏段，11-公共提馏段。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性，不能以此限定本发明的保护范围。

利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；包括T1脱轻硫塔、T2隔板萃取精馏塔、T1塔底主再沸器、T1塔底辅助再沸器、T1塔顶冷凝器、T1原料预热器、萃取剂冷却器、T2塔底再沸器、T2塔顶冷凝器一，T2塔顶冷凝器二，T1回流罐，T2左塔回流罐以及T2右塔回流罐；

所述的脱轻硫塔T1，塔顶设置有气相出口和液相回流入口，中上部设置有原料入口，底部设置有液相第二出口，回流罐V1上部设置有冷凝液入口和气相不凝物采出口，底部设置有回流出口和液相采出口；T1顶部气相出口与T1塔顶冷凝器E3入口连接，冷凝器出口与回流罐V1上部冷凝液入口连接，回流罐V1上部气相不凝物采出口与克劳斯炉管线连接，回流罐V1底部回流出口与T1塔顶液相回流入口连接，回流罐V1底部液相采出口与轻质硫储罐连接；T1中部原料入口与T1原料预热器E4连接，E4另一端连接低温甲醇洗系统；T1底部液相第二出口分成两支管线，一支与T1塔底主再沸器E1连接，另一支与T1塔底辅助再沸器E2连接；

所述的隔板萃取精馏塔T2，隔板位于精馏主塔T2的中上部，隔板高度占整个主塔总填料高度的30％‐70％；隔板为长方形钢板，钢板与精馏主塔T2内壁焊接连接，将精馏主塔T2分为左精馏段、右精馏段和公共提馏段；

T2左精馏段为萃取精馏塔，顶部设置有气相采出口和液相回流入口，中上部设置有萃取剂入口，中部设有原料入口，回流罐V2上部设置有冷凝液入口，底部设置有产品采出口和液相回流出口；左精馏段顶部汽相采出口与塔顶冷凝器E7连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐V1底部产品采出口连接合格甲醇储罐，回流罐V1底部液相回流出口与左精馏段液相回流入口连接，萃取剂入口与萃取剂冷却器E5连接，原料入口与T1脱轻硫塔塔底出口连接；

T2右精馏段顶部设置有气相采出口和液相回流入口，回流罐V3上部设置有冷凝液入口，底部设置有液相采出口和液相回流出口；汽相采出口与塔顶冷凝器E8连接，冷凝器出口与回流罐V3上部冷凝液入口连接，回流罐V3底部液相回流出口与右精馏段液相回流入口连接，液相采出口与重质硫储罐连接；

所述的隔板萃取精馏T2塔底部设置有液相第二出口，该出口分成两支管线，一支与塔底再沸器E6连接，另一支与脱轻硫塔T1塔底主再沸器E1热流股入口管线连接，E1热流股出口管线与T1原料预热器E4热流股入口管线连接，E4热流股出口管线与萃取剂冷却器E5热流股入口管线连接，E5热流股出口管线与T2左精馏段萃取剂入口连接。

同时本发明还公开了利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的方法，包括如下步骤：来自于低温甲醇洗主吸收塔塔底，总硫含量为100-30000mg/kg(主要为羰基硫、硫化氢、二氧化硫、甲硫醇、乙硫醇、正丙硫醇、正丁硫醇、异戊硫醇、正戊硫醇、二甲基二硫醚、甲基乙基二硫醚、二乙基二硫醚)的富硫甲醇原料，由脱轻硫塔原料入口进入，其中的轻硫组分由脱轻硫塔塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝后进入回流罐V1，不凝硫化物(主要为羰基硫、硫化氢和二氧化硫)直接进入克劳斯炉煅烧回收硫，液相组分一部分回流入塔，一部分轻硫组分被采出进入轻硫储罐，定期集中处理。T1塔釜富硫甲醇由T2隔板萃取精馏塔左精馏段原料入口进入T2塔内，萃取剂由左精馏段中上部萃取剂入口进入，萃取精馏过程在左精馏段进行，在萃取剂作用下，高沸点硫化物与甲醇的相对挥发度增大，合格甲醇由该段塔顶蒸出，右精馏段塔顶汽相高沸点硫化物由冷凝器E8冷凝后进入回流罐V2，部分液相硫化物采出，另一部分液相硫化物进入右精馏段回流。隔壁塔塔釜再生完全的萃取剂先与脱轻硫塔塔底主再沸器E1换热，剩余热量通过原料预热器E4给原料预热，再经萃取剂冷却器E5冷却到49℃进入隔壁塔循环使用。

作为本发明的技术特征，T1塔塔顶采出轻硫组分，控制塔釜中轻硫组分含量小于5mg/kg，T1塔常压操作，回流比6-12。

其中，隔板萃取精馏塔T2的具体工艺控制条件为：左精馏段塔顶采出甲醇产品，右精馏段塔顶采出高沸点硫化物；T2塔减压操作，操作压力-0.04—-0.06Mpa，左精馏段回流比1-3，塔顶温度47.5-51.5℃，右精馏段回流比2-5，塔顶温度48.5-52.5℃，塔底温度174-178℃。

所述的萃取剂选自N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰吗啉、环丁砜、磷酸三丁酯中的一种或两种以上的混合物。

不同种类萃取剂混合时，两种萃取剂的混合质量比为1-4，萃取剂的加入量为进料量的1-5倍(质量比)。

当右精馏段塔顶流量较小时，可以添加第二块横向钢板，将其焊接在精馏主塔测壁，将右精馏段顶部封死，整个右精馏段位于主塔的中间。

实施例1

一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的方法，具体流程如下：

富硫甲醇来自于低温甲醇洗的预洗段，特征为甲醇95.40553％(wt％)，羰基硫0.00216％，硫化氢0.043％，甲硫醇0.00405％，乙硫醇0.0136％，正丙硫醇0.00872％，正丁硫醇0.00396％，二氧化硫0.01381％，硫化铵0.00233％，正戊硫醇0.00253％，二甲基二硫醚0.00031％，水4.5％，精馏塔填料为丝网波纹规整填料，T1脱硫塔理论板20块，常压操作，回流比8，T2隔板萃取精馏塔理论板40块，减压操作，操作压力-0.05MPa，左精馏段回流比1.5，右精馏段回流比3。预洗甲醇进料量为50kg/h，萃取剂进料量为100kg/h进入隔板萃取精馏塔，装置稳定后，T1塔顶温度38.4℃，T1塔底温度67.1℃，T2左精馏段塔顶温度47.6℃，T2右精馏段塔顶温度49.5℃，T2塔底温度176.9℃。设备连续运行12h，取T2塔顶左精馏段再生甲醇产品进行含量和总硫含量测定。

实施例2

一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的方法，具体流程如下：

整体流程与实施例1相同，但不同之处在于：富硫甲醇来自于低温甲醇洗的回流段，各种硫化物的含量分别为羰基硫0.02704％(wt％)，硫化氢1.57721％，甲硫醇0.03598％，乙硫醇0.06514％，正丙硫醇0.10318％，正丁硫醇0.06474％，二氧化硫0.20352％，硫化氢0.01132％，正戊硫醇0.0273％，二甲基二硫醚0.04755％，甲醇含量为97.83702％，T1、T2理论板数和操作压力都与实施例1相同，T1回流比10，T2左精馏段回流比2，T2右精馏段回流比4，回流甲醇的进料量为50kg/h，萃取剂进料量为150kg/h进入隔板萃取精馏塔，装置稳定后，T1塔顶温度38.8℃，T1塔底温度67.9℃，T2左精馏段塔顶温度48.8℃，T2右精馏段塔顶温度51.6℃，T2塔底温度177.4℃。设备连续运行24h，取T2塔顶左精馏段再生甲醇产品进行含量和总硫含量测定。

实施例3

一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的方法，具体流程如下：

整体流程与实施例1相同，但不同之处在于：富硫甲醇同时取自低温甲醇洗的回流段和预洗段，流量分别为30kg/h和50kg/h，各种硫化物的含量分别为甲醇96.40553％(wt％)，羰基硫0.00326％，硫化氢0.063％，甲硫醇0.0061％，乙硫醇0.033％，正丙硫醇0.016％，正丁硫醇0.00687％，二氧化硫0.0781％，硫化铵0.00763％，正戊硫醇0.00793％，二甲基二硫醚0.00131％，水3.5％，甲醇含量为96.2768％，T1、T2理论板数和操作压力都与实施例1相同，T1回流比10，T2左精馏段回流比2，T2右精馏段回流比4，萃取剂进料量为240kg/h进入隔板萃取精馏塔，装置稳定后，T1塔顶温度38.5℃，T1塔底温度67.4℃，T2左精馏段塔顶温度48.1℃，T2右精馏段塔顶温度50.5℃，T2塔底温度175.9℃。设备连续运行24h，取T2塔顶左精馏段再生甲醇产品进行含量和总硫含量测定。

经检测，实施例中T2塔顶左精馏段甲醇产品中的总硫含量、甲醇含量如下表所示：

实施例	总硫(mg/kg)	甲醇纯度(％)
			实施例1	2.9	99.91
实施例2	4.9	99.84
			实施例3	3.4	99.89

Claims (7)

1.一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：包括脱轻硫塔、隔板萃取精馏塔、塔底主再沸器、塔底辅助再沸器、多个塔顶冷凝器、原料预热器、萃取剂冷却器、多个塔底再沸器、多个塔顶冷凝器，多个回流罐；

所述脱轻硫塔顶设置有汽相出口和液相回流入口，中上部设置有原料入口，底部设置有第二出口，脱轻硫塔的回流罐上部设置有冷凝液入口和气相不凝物采出口，底部设置有回流出口和液相采出口；脱轻硫塔顶部汽相出口与脱轻硫塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐上部气相不凝物采出口与克劳斯炉管线连接，回流罐底部回流出口与塔顶液相回流入口连接，液相采出口与轻质硫储罐连接；脱轻硫塔中部原料入口与脱轻硫塔原料预热器连接，原料预热器另一端连接低温甲醇洗系统；脱轻硫塔底部第二出口分成两支管线，一支与脱轻硫塔底主再沸器连接，另一支与脱轻硫塔底辅助再沸器连接；

所述隔板萃取精馏塔隔板位于塔内的中上部，隔板高度占整个主塔总填料高度的30％‐70％；隔板与塔内壁焊接连接，将隔板萃取精馏塔分为左精馏段、右精馏段和公共提馏段；

隔板萃取精馏塔左精馏段为萃取精馏塔，顶部设置有汽相采出口和液相回流入口，中上部设置有萃取剂入口，中部设有原料入口，隔板萃取精馏塔的回流罐上部设置有冷凝液入口，底部设置有产品采出口和液相回流出口；左精馏段顶部汽相采出口与塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐底部产品采出口连接合格甲醇储罐，回流罐底部液相回流出口与左精馏段液相回流入口连接，萃取剂入口与萃取剂冷却器连接，原料入口与隔板萃取精馏塔脱轻硫塔塔底出口连接；

板萃取精馏塔右精馏段顶部设置有汽相采出口和液相回流入口，板萃取精馏塔的回流罐上部设置有冷凝液入口，底部设置有液相采出口和液相回流出口；汽相采出口与塔顶冷凝器连接，冷凝器出口与回流罐上部冷凝液入口连接，回流罐底部液相回流出口与右精馏段液相回流入口连接，液相采出口与重质硫储罐连接；

所述隔板萃取精馏塔底部设置有液相出口，该出口分成两支管线，一支与塔底再沸器连接，另一支与脱轻硫塔塔底主再沸器热流股入口管线连接，塔底主再沸器热流股出口管线与脱轻硫塔原料预热器热流股入口管线连接，原料预热器热流股出口管线与萃取剂冷却器热流股入口管线连接，萃取剂冷却器热流股出口管线与隔板萃取精馏塔左精馏段萃取剂入口连接。

2.根据权利要求1所述的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：所述脱轻硫塔塔顶采出轻硫组分，控制塔釜中轻硫组分含量小于5mg/kg，T1塔常压操作，回流比6-12。

3.根据权利要求1所述的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：所述隔板萃取精馏塔的具体工艺控制条件为：左精馏段塔顶采出甲醇产品，右精馏段塔顶采出高沸点硫化物；隔板萃取精馏塔减压操作，操作压力-0.04—-0.06Mpa，左精馏段回流比1-3，塔顶温度47.5-51.5℃，右精馏段回流比2-5，塔顶温度48.5-52.5℃，塔底温度174-178℃。

4.根据权利要求1所述的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：所述萃取剂选自N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰吗啉、环丁砜、磷酸三丁酯中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求4所述的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：所述两种萃取剂的混合质量比为1-4，萃取剂的加入量为进料量的1-5倍质量比。

6.根据权利要求1所述的利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置；其特征在于：右精馏段塔添加第二块横向钢板，将其焊接在精馏主塔测壁，将右精馏段顶部封死，整个右精馏段位于主塔的中间。

7.一种利用隔板萃取精馏塔脱除甲醇中硫化物的装置进行富硫甲醇脱硫的方法，其特征在于，步骤如下：

低温甲醇洗主吸收塔塔底的富硫甲醇由脱轻硫塔原料入口进入，其中的轻硫组分由脱轻硫塔塔顶蒸出，经塔顶冷凝器冷凝后进入回流罐，不凝硫化物直接进入克劳斯炉煅烧回收硫，液相组分一部分回流入塔，一部分轻硫组分被采出进入轻硫储罐，定期集中处理；

脱轻硫塔釜富硫甲醇由隔板萃取精馏塔左精馏段原料入口进入隔板萃取精馏塔内，萃取剂由左精馏段中上部萃取剂入口进入，萃取精馏过程在左精馏段进行，在萃取剂作用下，高沸点硫化物与甲醇的相对挥发度增大，合格甲醇由该段塔顶蒸出，右精馏段塔顶汽相高沸点硫化物由冷凝器冷凝后进入隔板萃取精馏塔的回流罐，部分液相硫化物采出，另一部分液相硫化物进入右精馏段回流；

隔壁塔塔釜再生完全的萃取剂先与脱轻硫塔塔底主再沸器换热，剩余热量通过原料预热器给原料预热，再经萃取剂冷却器冷却到49℃进入隔壁塔循环使用。