CN113663477B - 一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置及工艺。所述装置包括吸收塔、加压泵、液气射流泵、气液分离罐、上塔冷却器、上塔节流阀、CO2气液分离罐、H2S气液分离罐、压缩机、冷却器、下塔冷却器、下塔节流阀、第一中间冷却器和第二中间冷却器。通过该装置可以实现强化低温甲醇洗的二氧化碳吸收过程，减少了低温甲醇洗吸收过程中甲醇的用量与气液分离罐罐顶气体流量，从而使得甲醇热再生过程中再沸器的热负荷降低，减少了蒸汽的使用量，以减少过程中冷剂、甲醇的循环量，达到节能降耗的目的。

Description

一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置及工艺
技术领域
本发明属于煤化工领域，具体涉及一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置及工艺。
背景技术
煤经过加压气化等一系列过程后，除了用来合成下游产物的CO、H2等有用气体以外，还含有如CO2、H2S等酸性气体，这些酸性气体会导致催化剂中毒，严重影响合成。为了去除CO2、H2S等酸性气体，目前主要运用低温甲醇洗工艺达到这一目的。
低温甲醇洗主要分为林德工艺、鲁奇工艺等，低温甲醇洗具有对二氧化碳和硫化物有较好的选择性且处理量大、净化效率高的特点，但是仍存在能耗高的问题，低温甲醇洗的能耗主要来源于吸收过程的以下几个方面，一是低温甲醇洗合成气进料需要预冷，吸收过程需要中间冷却，这些冷量都由丙烯提供，而冷量的提供必然伴随着大量压缩耗能的过程；二是作为吸收剂的甲醇进塔由泵输送，而甲醇的热再生循环过程伴随蒸汽的消耗。这些都是影响低温甲醇洗工艺能耗的关键因素，而降低甲醇循环量、增强吸收过程的传质能力和降低过程的冷量等方法，都是从源头上实现节能降耗、绿色生产的关键。
传统的林德低温甲醇洗吸收过程如图1所示，主要吸收过程描述如下：变换装置的粗合成气进入吸收塔，同时脱离硫化物和二氧化碳，吸收塔分为上塔和下塔两个部分。上塔利用新鲜的贫甲醇溶剂溶液吸收CO2，下塔用来自上塔的富含CO2的富甲醇溶液吸收硫化物。上塔底部采出物冷却减压进入CO2气液分离罐，液相进入CO2解吸塔和H2S浓缩塔，气相进入H2S气液分离罐，下塔底部采出物冷却减压进入H2S气液分离罐，罐顶气体主要为CO和H2压缩冷却后循环回收，罐底液相进入H2S浓缩塔。
上述低温甲醇洗吸收过程主要存在两点不足：
1、吸收过程只采用贫液甲醇作为吸收剂，吸收效率低使得甲醇循环量大，导致下游甲醇热再生塔处理量大，再沸器复合高蒸汽用量大。使得过程的能耗高
2、吸收过程的溶解热使得塔温升高，因此为了更好的吸收所以需要两级的中间冷却来降低塔温增强吸收过程，贫甲醇使用量越大中间冷却所需的冷量就越大，导致冷量制造压缩系统的压缩能耗高。
发明内容
为解决现有技术能耗高、吸收效率低的问题，本发明的首要目的在于提供一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置。通过该装置可以实现强化低温甲醇洗的二氧化碳吸收过程，以减少过程中冷剂、甲醇的循环量，达到节能降耗的目的。
本发明的另一目的在于提供一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺。所提供的强化低温甲醇洗吸收的节能方法能达到降低能耗、增强吸收效率的目的。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置，主要包括吸收塔、加压泵、液气射流泵、气液分离罐、上塔冷却器、上塔节流阀、CO2气液分离罐、H2S气液分离罐、压缩机、冷却器、下塔冷却器、下塔节流阀、第一中间冷却器和第二中间冷却器；
所述吸收塔分为上塔和下塔；吸收塔上塔设有底部液体出口、气体入口、贫甲醇入口、以及顶部合成气出口；吸收塔下塔设有粗合成气入口、底部液体出口、液体入口及顶部气体出口；所述气液分离罐设有物流入口、罐底液体出口以及罐顶气体出口；CO2气液分离罐设有液体入口、液体出口及气体出口；H2S气液分离罐设有液体入口、气体入口、液体出口以及气体出口；
所述吸收塔上塔底部液体出口与加压泵、液气射流泵液体入口依次相连，液气射流泵出口和气液分离罐物流入口相连；所述吸收塔上塔还与第一中间冷却器、第二中间冷却器分别相连；
所述气液分离罐罐顶气体出口与吸收塔上塔气体入口相连，所述气液分离罐罐底液体出口分为三个管路，第一个管路与所述吸收塔下塔液体入口相连，第二个管路是与上塔冷却器、上塔节流阀、CO2气液分离罐液体入口依次相连，第三个管路是与加压泵相连；
所述CO2气液分离罐气体出口与H2S气液分离罐气体入口相连；
所述H2S气液分离罐气体出口与压缩机、冷却器依次相连，冷却器出口与吸收塔下塔底部粗合成气入口相连；所述吸收塔下塔顶部气体出口与所述液气射流泵气体入口相连；
所述吸收塔下塔底部液体出口、下塔冷却器、下塔节流阀与H2S气液分离罐液体入口依次相连。
一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，包括如下步骤：
粗合成气进入吸收塔下塔，贫甲醇进入吸收塔上塔；粗合成气经吸收塔下塔去除H2S后，与加压后的上塔富碳甲醇和气液分离罐罐底液体，分别进入液气射流泵；
液气射流泵出泵的气液混合物经气液分离罐进行气液分离，气液分离罐灌顶气体进入吸收塔上塔由贫甲醇进行洗涤去除CO2，获得上塔富碳甲醇和合成气，合成气由塔顶采出；中间冷却器对上塔富碳甲醇进行冷却；
气液分离罐罐底液体分为三部分，第一部分与上塔富碳甲醇混合后进入加压泵加压，然后进入液气射流泵；第二部分进入吸收塔下塔；第三部分经降温和减压后进入CO2气液分离罐，经CO2气液分离罐得到的罐顶气体进入H2S气液分离罐，CO2气液分离罐得到的罐底液体进入下游设备；
进入吸收塔下塔的气液分离罐罐底液体用于吸收粗合成气中的H2S，吸收H2S后的液体为塔釜富甲醇，经降温和节流后进入H2S气液分离罐；H2S气液分离罐的罐顶气体经过加压和冷却后进行循环，即与粗合成气一起进入吸收塔下塔；H2S气液分离罐的罐底液体进入下游设备回收甲醇。
进一步的，所述粗合成气进口温度-10℃到-34℃，压力为3.3MPaG-6.6MpaG；所述贫甲醇进口的温度为-38℃到-58℃，压力为3.3MPaG-6.6MpaG，粗合成气与贫甲醇的进口流量比在1-1.3(摩尔流量比)；
进一步的，所述粗合成气组成按摩尔百分比计为：32-48％H2、10-16％CO、26-40％CO2、0.56-0.85％H2S、10-16％CH4。
进一步的，上塔富碳甲醇与气液分离罐罐底液体混合后加压到4.3-7.6MPaG(液气射流泵加压压力在4.3-7.6MPaG)。
进一步的，第三部分气液分离罐罐底液体经降温到-18℃到-28℃、减压到0.9-1.5MPaG后进入CO2气液分离罐(上塔冷却器冷却温度在-18℃到-28℃，上塔节流阀节流压力为0.9-1.5MPaG)。
进一步的，第二部分气液分离罐罐底液体在吸收粗合成气中的H2S后，经降温到-22℃到-34℃、节流到0.9-1.5MPaG后进入H2S气液分离罐(下塔冷却器冷却温度在-22℃到-34℃，下塔节流阀节流压力为0.9-1.5MPaG)。
进一步的，气液分离罐罐底液体进入加压泵、吸收塔下塔和CO2气液分离罐的摩尔比例为3-7:1.5-3:1.5-3。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明强化了低温甲醇洗CO2的吸收过程，减少了低温甲醇洗吸收过程中甲醇的用量与气液分离罐罐顶气体流量，从而使得甲醇热再生过程中再沸器的热负荷降低，减少了蒸汽的使用量。罐顶气体的减少使得返塔的压缩功也减少了。与此同时，CO2吸收塔包含两级中间冷却，甲醇用量的减少，中间冷却冷量的使用也随之减少。
(2)本发明强化了低温甲醇洗CO2的吸收过程，甲醇用量减少了2.75％，气液分离罐罐顶气体流量减少了2.75％，压缩功减少了2.87％，再沸器热负荷减少了6.9％，中间冷却负荷减少了3.98％。
附图说明
图1为传统林德低温甲醇洗吸收过程，图中1-吸收塔，2-CO2气液分离罐，3-H2S气液分离罐。
图2为本发明强化低温甲醇洗吸收的节能装置图，1-吸收塔、2-加压泵、3-液气射流泵、4-气液分离罐、5-上塔冷却器、6-上塔节流阀、7-CO2气液分离罐、8-H2S气液分离罐、9-压缩机、10-冷却器、11-下塔冷却器、12-下塔节流阀、13-第一中间冷却器、14-第二中间冷却器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明涉及的原料均可从市场上直接购买。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图2所示，本发明提供了一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置，主要包括吸收塔1、加压泵2、液气射流泵3、气液分离罐4、上塔冷却器5、上塔节流阀6、CO2气液分离罐7、H2S气液分离罐8、压缩机9、冷却器10、下塔冷却器11、下塔节流阀12、第一中间冷却器13和第二中间冷却器14；
所述吸收塔1分为上塔和下塔；吸收塔1上塔设有底部液体出口、气体入口、贫甲醇入口、以及顶部合成气出口；吸收塔1下塔设有粗合成气入口、底部液体出口、液体入口及顶部气体出口；所述气液分离罐4设有物流入口、罐底液体出口以及罐顶气体出口；CO2气液分离罐7设有液体入口、液体出口及气体出口；H2S气液分离罐8设有液体入口、气体入口、液体出口以及气体出口；
所述吸收塔1上塔底部液体出口与加压泵2、液气射流泵3液体入口依次相连，液气射流泵3出口和气液分离罐4物流入口相连；所述吸收塔1上塔还与第一中间冷却器13、第二中间冷却器14分别相连；
所述气液分离罐4罐顶气体出口与吸收塔1上塔气体入口相连，所述气液分离罐4罐底液体出口分为三个管路，第一个管路与所述吸收塔1下塔液体入口相连，第二个管路是与上塔冷却器5、上塔节流阀6、CO2气液分离罐7液体入口依次相连，第三个管路是与加压泵2相连；
所述CO2气液分离罐7气体出口与H2S气液分离罐8气体入口相连；
所述H2S气液分离罐8气体出口与压缩机9、冷却器10依次相连，冷却器10出口与吸收塔1下塔底部粗合成气入口相连；所述吸收塔1下塔顶部气体出口与所述液气射流泵3气体入口相连；
所述吸收塔1下塔底部液体出口、下塔冷却器11、下塔节流阀12与H2S气液分离罐8液体入口依次相连。
实施例1
-15℃、3.9MPaG、15416kmol/h的粗合成气(主要成分摩尔百分率：40％H2、13％CO、33％CO2、0.71％H2S、13％CH4)进入吸收塔下塔，-57.6℃、3.9MPaG、12848kmol/h的甲醇进入吸收塔上塔；粗合成气经吸收塔下塔去除H2S后，与加压后的上塔富碳甲醇和气液分离罐罐底液体，分别进入液气射流泵；
液气射流泵出泵的气液混合物经气液分离罐进行气液分离，气液分离罐灌顶气体进入吸收塔上塔由贫甲醇进行洗涤去除CO2，获得上塔富碳甲醇和合成气，合成气由塔顶采出，塔顶合成气(温度为-53℃，压力为4.78MPaG)进入下一工段；中间冷却器对上塔富碳甲醇进行冷却；
气液分离罐罐底液体分为三部分，第一部分与上塔富碳甲醇混合后进入加压泵加压到5.8MPaG，然后进入液气射流泵；第二部分进入吸收塔下塔；第三部分经降温到-28℃、减压到0.9MPaG后进入CO2气液分离罐，经CO2气液分离罐得到的罐顶气体进入H2S气液分离罐，CO2气液分离罐得到的罐底液体进入下游设备；上述三部分罐底液体比例为4.5:2.5:3。
进入吸收塔下塔的气液分离罐罐底液体用于吸收粗合成气中的H2S，吸收H2S后的液体为塔釜富甲醇，经降温到-34℃、节流至0.9MPaG进入H2S气液分离罐；H2S气液分离罐的罐顶气体经过加压冷却到3.9MPaG、-15℃后进行循环，即与粗合成气一起进入吸收塔下塔；H2S气液分离罐的罐底液体进入下游设备回收甲醇。
按照图1所示传统林德低温甲醇洗吸收过程，甲醇用量为422.4t/h，再沸器热负荷为14.38MW，返塔气体压缩功量为0.754MW，中间冷却负荷为17.35MW。
本实施例强化吸收过程，甲醇用量为410.8t/h，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.75％；再沸器热负荷为13.39MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了6.9％；返塔气体压缩功量为0.734MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.60％；中间冷却负荷为16.66MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了4.00％。
实施例2
-13℃、5.1MPaG、19270kmol/h的粗合成气(主要成分摩尔百分率：40％H2、13％CO、33％CO2、0.71％H2S、13％CH4)进入吸收塔下塔，-48℃、5.1MPaG、16060kmol/h的甲醇进入吸收塔上塔；粗合成气经吸收塔下塔去除H2S后，与加压后的上塔富碳甲醇和气液分离罐罐底液体，分别进入液气射流泵；
液气射流泵出泵的气液混合物经气液分离罐进行气液分离，气液分离罐灌顶气体进入吸收塔上塔由贫甲醇进行洗涤去除CO2，获得上塔富碳甲醇和合成气，合成气由塔顶采出，塔顶合成气(温度为-44℃，压力5.92MPaG)进入下一工段；中间冷却器对上塔富碳甲醇进行冷却；
气液分离罐罐底液体分为三部分，第一部分与上塔富碳甲醇混合后进入加压泵加压到6.5MPaG，然后进入液气射流泵；第二部分进入吸收塔下塔；第三部分经降温到-25℃、减压到1.2MPaG后进入CO2气液分离罐，经CO2气液分离罐得到的罐顶气体进入H2S气液分离罐，CO2气液分离罐得到的罐底液体进入下游设备；上述三部分罐底液体比例为4.5:2.5:3。
进入吸收塔下塔的气液分离罐罐底液体用于吸收粗合成气中的H2S，吸收H2S后的液体为塔釜富甲醇，经降温到-27℃、节流至1.2MPaG进入H2S气液分离罐；H2S气液分离罐的罐顶气体经过加压冷却到5.1MPaG、-13℃后进行循环，即与粗合成气一起进入吸收塔下塔；H2S气液分离罐的罐底液体进入下游设备回收甲醇。
按照图1所示传统林德低温甲醇洗吸收过程，甲醇用量为528.0t/h，再沸器热负荷为17.98MW，返塔气体压缩功量为0.942MW，中间冷却负荷为21.68MW。
本实施例强化吸收过程，甲醇用量为513.5t/h，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.75％；再沸器热负荷为16.73MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了6.9％；返塔气体压缩功量为0.918MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.6％；中间冷却负荷为20.82MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了4.00％。
实施例3
-10℃、6.6MPaG、21197kmol/h的粗合成气(主要成分摩尔百分率：40％H2、13％CO、33％CO2、0.71％H2S、13％CH4)进入吸收塔下塔，-38℃、6.6MPaG、19272kmol/h的甲醇进入吸收塔上塔；粗合成气经吸收塔下塔去除H2S后，与加压后的上塔富碳甲醇和气液分离罐罐底液体，分别进入液气射流泵；
液气射流泵出泵的气液混合物经气液分离罐进行气液分离，气液分离罐灌顶气体进入吸收塔上塔由贫甲醇进行洗涤去除CO2，获得上塔富碳甲醇和合成气，合成气由塔顶采出，塔顶合成气(温度为-34℃，压力6.42MPaG)进入下一工段；中间冷却器对上塔富碳甲醇进行冷却；
气液分离罐罐底液体分为三部分，第一部分与上塔富碳甲醇混合后进入加压泵加压到7.5MPaG，然后进入液气射流泵；第二部分进入吸收塔下塔；第三部分经降温到-18℃、减压到1.5MPaG后进入CO2气液分离罐，经CO2气液分离罐得到的罐顶气体进入H2S气液分离罐，CO2气液分离罐得到的罐底液体进入下游设备；上述三部分罐底液体比例为4.5:2.5:3。
进入吸收塔下塔的气液分离罐罐底液体用于吸收粗合成气中的H2S，吸收H2S后的液体为塔釜富甲醇，经降温到-22℃、节流至1.5MPaG进入H2S气液分离罐；H2S气液分离罐的罐顶气体经过加压冷却到6.6MPaG、-10℃后进行循环，即与粗合成气一起进入吸收塔下塔；H2S气液分离罐的罐底液体进入下游设备回收甲醇。
按照图1所示传统林德低温甲醇洗吸收过程，甲醇用量为580.8t/h，再沸器热负荷为19.77MW，返塔气体压缩功量为1.036MW，中间冷却负荷为23.85MW。
本实施例强化吸收过程，甲醇用量为564.8t/h，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.75％；再沸器热负荷为18.41MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了6.9％；返塔气体压缩功量为1.009MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了2.60％；中间冷却负荷为22.90MW，与传统林德低温甲醇洗吸收过程相比减少了4.00％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种强化低温甲醇洗吸收的节能装置，其特征在于，包括吸收塔、加压泵、液气射流泵、气液分离罐、上塔冷却器、上塔节流阀、CO2气液分离罐、H2S气液分离罐、压缩机、冷却器、下塔冷却器、下塔节流阀、第一中间冷却器和第二中间冷却器；
所述吸收塔分为上塔和下塔；吸收塔上塔设有底部液体出口、气体入口、贫甲醇入口、以及顶部合成气出口；吸收塔下塔设有粗合成气入口、底部液体出口、液体入口及顶部气体出口；所述气液分离罐设有物流入口、罐底液体出口以及罐顶气体出口；CO2气液分离罐设有液体入口、液体出口及气体出口；H2S气液分离罐设有液体入口、气体入口、液体出口以及气体出口；
所述吸收塔上塔底部液体出口与加压泵、液气射流泵液体入口依次相连，液气射流泵出口和气液分离罐物流入口相连；所述吸收塔上塔还与第一中间冷却器、第二中间冷却器分别相连；
所述气液分离罐罐顶气体出口与吸收塔上塔气体入口相连，所述气液分离罐罐底液体出口分为三个管路，第一个管路与所述吸收塔下塔液体入口相连，第二个管路是与上塔冷却器、上塔节流阀、CO2气液分离罐液体入口依次相连，第三个管路是与加压泵相连；
所述CO2气液分离罐气体出口与H2S气液分离罐气体入口相连；
所述H2S气液分离罐气体出口与压缩机、冷却器依次相连，冷却器出口与吸收塔下塔底部粗合成气入口相连；所述吸收塔下塔顶部气体出口与所述液气射流泵气体入口相连；
所述吸收塔下塔底部液体出口、下塔冷却器、下塔节流阀与H2S气液分离罐液体入口依次相连。
2.一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，包括如下步骤：
粗合成气进入吸收塔下塔，贫甲醇进入吸收塔上塔；粗合成气经吸收塔下塔去除H2S后，与加压后的上塔富碳甲醇和气液分离罐罐底液体，分别进入液气射流泵；
液气射流泵出泵的气液混合物经气液分离罐进行气液分离，气液分离罐罐 顶气体进入吸收塔上塔由贫甲醇进行洗涤去除CO2，获得上塔富碳甲醇和合成气，合成气由塔顶采出；中间冷却器对上塔富碳甲醇进行冷却；
气液分离罐罐底液体分为三部分，第一部分与上塔富碳甲醇混合后进入加压泵加压，然后进入液气射流泵；第二部分进入吸收塔下塔；第三部分经降温和减压后进入CO2气液分离罐，经CO2气液分离罐得到的罐顶气体进入H2S气液分离罐，CO2气液分离罐得到的罐底液体进入下游设备；
进入吸收塔下塔的气液分离罐罐底液体用于吸收粗合成气中的H2S，吸收H2S后的液体为塔釜富甲醇，经降温和节流后进入H2S气液分离罐；H2S气液分离罐的罐顶气体经过加压和冷却后进行循环，即与粗合成气一起进入吸收塔下塔；H2S气液分离罐的罐底液体进入下游设备回收甲醇。
3.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，所述粗合成气进口温度-10℃到-34℃，压力为3.3MPaG-6.6MpaG；粗合成气与贫甲醇的进口流量摩尔比为1-1.3。
4.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，所述贫甲醇进口的温度为-38℃到-58℃，压力为3.3MPaG-6.6MpaG。
5.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，所述粗合成气组成按摩尔百分比计为：32-48％H2、10-16％CO、26-40％CO2、0.56-0.85％H2S、10-16％CH4。
6.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，上塔富碳甲醇与气液分离罐罐底液体混合后加压到4.3-7.6MPaG。
7.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，第三部分气液分离罐罐底液体经降温到-18℃到-28℃、减压到0.9-1.5MPaG后进入CO2气液分离罐。
8.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，第二部分气液分离罐罐底液体在吸收粗合成气中的H2S后，经降温到-22℃到-34℃、节流到0.9-1.5MPaG后进入H2S气液分离罐。
9.根据权利要求2所述的一种强化低温甲醇洗吸收的节能工艺，其特征在于，气液分离罐罐底液体进入加压泵、吸收塔下塔和CO2气液分离罐的摩尔比例为3-7:1.5-3:1.5-3。
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