CN113731122A - 一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置及工艺。该装置主要包括：CO2闪蒸塔、一级压缩机、一段冷却器、甲烷回收塔、二级压缩机、二段冷却器、二段闪蒸加压泵和二段冷量回收换热器；CO2闪蒸塔一段气体出口与一级压缩机、一段冷却器及甲烷回收塔气体入口依次相连。在该装置基础上，一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，进入一级压缩机压缩，之后经一段冷却器降温，最后进入甲烷回收塔由外部通入的甲醇进行洗涤，洗涤后获得塔顶气体和塔釜液体；塔顶气体经二级压缩机压缩，经二段冷却器冷却，之后进入H2S吸收塔。本发明增大了低温甲醇洗过程中的甲烷回收量，排放气中的甲烷含量从1.16％降到了0.55％。

Description

一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置及工艺
技术领域
本发明属于煤化工领域，具体涉及一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置及工艺。
背景技术
煤经过加压气化后，粗合成气组分主要为CO、H2等，含有少量H2S、CO2等酸性气体，且在气化过程中还会生成少量CH4等有机物。之后粗合成气将依序进入变换单元、低温甲醇洗单元和产品合成单元等，根据煤的种类与气化炉的不同，在进入产品合成单元之前，粗合成气进入的处理单元不同，其中低温甲醇洗单元是煤化工产品合成中不可或缺的单元。
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。对于鲁奇工艺在低温甲醇洗去除H2S、CO2等酸性气体时，会有一部分的CH4溶于吸收剂甲醇溶液中，在甲醇解吸过程中，这一部分溶于吸收剂的CH4，分为两部分，一部分进行循环回收，另外一部分会进入尾气洗涤塔中最终排入空气中。这种情况下，对以甲烷为产品的煤化工企业来说增强CH4的回收，对工艺参数进行优化具有重要的意义，既可以提高企业的经济效益，也可以减少对环境的污染。
传统的鲁奇低温甲醇洗CO2解吸过程如图1所示，CO2闪蒸塔共分为三段，来自于CO2吸收塔塔釜的富甲醇进入CO2闪蒸塔一段，进行减压闪蒸，闪蒸出来的气体带有一定量的CO2，用来自于CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行吸收，一段闪蒸气体进行循环，一段闪蒸液体进入二段进行减压闪蒸。二段闪蒸气体进行冷量回收后进入尾气洗涤塔，二段闪蒸液体经泵送与冷量回收后进入三段进行减压闪蒸。三段闪蒸气体经冷量回收后进入尾气洗涤塔，三段闪蒸液体分为三部分，分别进入CO2闪蒸塔一段、CO2吸收塔和H2S浓缩塔。
上述低温甲醇洗过程主要存在以下不足：
(1)鲁奇低温甲醇洗工艺，在CO2闪蒸塔只有54％的CH4进行了循环回收
(2)尾气洗涤塔塔顶尾气中CH4含量高，直接排放对环境造成了污染，损失了经济效益。
发明内容
为解决现有技术CH4回收率低的问题，本发明的首要目的在于提供一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置。通过该装置可以实现增强低温甲醇洗甲烷回收过程，以减少过程中甲烷的损失，使得低温甲醇洗具有更好的经济效益及减少对环境的污染。
本发明的另一目的在于提供一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺。所提供的增强低温甲醇洗甲烷回收的技术能达到提高经济效益与环境效益的目的。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置，主要包括：CO2闪蒸塔、一级压缩机、一段冷却器、甲烷回收塔、二级压缩机、二段冷却器、二段闪蒸加压泵和二段冷量回收换热器；
所述CO2闪蒸塔从下往上依次设为一段、三段及二段；CO2闪蒸塔一段设有富甲醇入口、半贫甲醇入口、液体出口；CO2闪蒸塔二段设有第一液体入口、第二液体入口、气体出口以及液体出口；CO2闪蒸塔三段设有氮气入口、液体入口、液体出口和气体出口；所述甲烷回收塔设有气体入口、甲醇入口、塔顶气体出口以及塔釜液体出口；
所述CO2闪蒸塔一段液体出口与所述CO2闪蒸塔二段的第一液体入口相连，所述CO2闪蒸塔一段气体出口与所述一级压缩机、一段冷却器及所述甲烷回收塔气体入口依次相连；
所述甲烷回收塔塔顶气体出口与二级压缩机、二段冷却器依次相连，二段冷却器连通H2S吸收塔，甲烷回收塔塔釜液体出口与CO2闪蒸塔二段的第二液体入口相连；
所述CO2闪蒸塔二段液体出口与二段闪蒸加压泵、二段冷量回收换热器相连，所述二段冷量回收换热器与CO2闪蒸塔三段液体入口相连，CO2闪蒸塔二段气体出口连通尾气洗涤塔；
所述CO2闪蒸塔三段液体出口分为三个管路，第一个管路与CO2闪蒸塔一段半贫甲醇入口相连，其余两个管路分别连通CO2吸收塔和H2S浓缩塔，CO2闪蒸塔三段气体出口连通尾气洗涤塔。
一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，包括以下步骤：
富甲醇(即富碳甲醇)进入CO2闪蒸塔一段进行闪蒸；
一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，然后进入一级压缩机压缩，之后经一段冷却器降温，最后进入甲烷回收塔由外部通入的甲醇进行洗涤，甲烷回收塔塔顶气体经二级压缩机压缩，然后经二段冷却器冷却，之后进入H2S吸收塔；甲烷回收塔塔釜液体送入CO2闪蒸塔二段；一段闪蒸液体进入CO2闪蒸塔二段；
二段闪蒸气体进入尾气洗涤塔；二段闪蒸液体经二段闪蒸加压泵加压，然后经二段冷量回收换热器进行冷量回收使其升温，之后进入CO2闪蒸塔三段进行闪蒸，同时低压氮气进入CO2闪蒸塔三段将进口物流中的CO2汽提出来；
三段闪蒸气体进入尾气洗涤塔；三段闪蒸液体分为三部分，一部分作为半贫甲醇进入CO2闪蒸塔一段对一段闪蒸气体进行洗涤，另外两部分分别进入CO2吸收塔和H2S浓缩塔。
进一步的，所述富甲醇摩尔组成为：10％～25％CO2、75％～85％CH3OH、0.05％～0.1％CH4，压力为3.2～5MPaG，温度为-18℃到-26℃。
进一步的，所述CO2闪蒸塔一段的闪蒸压力为0.2～0.7MPaG；所述CO2闪蒸塔二段的闪蒸压力为0.02～0.08MPaG；所述CO2闪蒸塔三段的闪蒸压力为0.02～0.08MPaG。
进一步的，所述一级压缩机的压缩压力为1MPaG-3MPaG；所述一段冷却器冷却温度为-20到-35℃。
进一步的，所述二级压缩机的压缩压力为3.1MPaG-4.9MPaG，二段冷却器温度为-25到-37℃。
进一步的，所述甲醇进料温度为-40到-50℃，压力为1～2MPaG。
进一步的，所述CO2吸收塔塔顶气体中CO2含量低于1.5％。
进一步的，CO2闪蒸塔三段闪蒸液体分别进入CO2闪蒸塔一段、CO2吸收塔和H2S浓缩塔的摩尔比例为0.05-0.09：0.45-0.71：0.25-0.41。
进一步的，甲烷回收塔塔顶气体中甲烷的含量为进口富甲醇中CH4的80％以上。
进一步的，CO2闪蒸塔一段闪蒸气体中CH4的含量为进口富甲醇中CH4的90％以上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明增大了低温甲醇洗过程中的甲烷回收量，减小了甲烷的排放量，增加了企业的经济效益，减小了环境负担。
(2)本发明增大了低温甲醇洗过程中的甲烷回收量，从原来的54％提高到了81％，排放气中的甲烷含量从1.16％降到了0.55％。
附图说明
图1为原鲁奇低温甲醇洗甲醇解吸过程，图中：1-CO2闪蒸塔。
图2为本发明增强低温甲醇洗甲烷回收的装置图，图中：1-CO2闪蒸塔、2-一级压缩机、3-一段冷却器、4-甲烷回收塔、5-二级压缩机、6-二段冷却器、7-二段闪蒸加压泵、8-二段冷量回收换热器。
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。
以下实施例采用的系统设置如下：
如图2所示，一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置，主要包括：CO2闪蒸塔1、一级压缩机2、一段冷却器3、甲烷回收塔4、二级压缩机5、二段冷却器6、二段闪蒸加压泵7和二段冷量回收换热器8；
所述CO2闪蒸塔1从下往上设为一段、三段及二段；CO2闪蒸塔1一段设有富甲醇入口、半贫甲醇入口、液体出口；CO2闪蒸塔1二段设有第一液体入口、第二液体入口、气体出口以及液体出口；CO2闪蒸塔1三段设有氮气入口、液体入口、液体出口和气体出口；所述甲烷回收塔4设有气体入口、甲醇入口、塔顶气体出口以及塔釜液体出口；
所述CO2闪蒸塔1一段液体出口与所述CO2闪蒸塔1二段的第一液体入口相连，所述CO2闪蒸塔1一段气体出口与所述一级压缩机2、一段冷却器3及所述甲烷回收塔4气体入口依次相连；
所述甲烷回收塔4塔顶气体出口与二级压缩机5、二段冷却器6依次相连，二段冷却器6连通H2S吸收塔，甲烷回收塔4塔釜液体出口与CO2闪蒸塔1二段的第二液体入口相连；
所述CO2闪蒸塔1二段液体出口与二段闪蒸加压泵7、二段冷量回收换热器8相连，所述二段冷量回收换热器8与CO2闪蒸塔1三段液体入口相连，CO2闪蒸塔1二段气体出口连通尾气洗涤塔；
所述CO2闪蒸塔1三段液体出口分为三个管路，第一个管路与CO2闪蒸塔1一段半贫甲醇入口相连，其余两个管路分别连通CO2吸收塔和H2S浓缩塔相连，CO2闪蒸塔1三段气体出口连通尾气洗涤塔。
实施例1
-26℃、3.1MPaG、9584kmol/h的富碳甲醇(主要成分摩尔百分率：19％CO2、0.7％CH4、81％甲醇)进入CO2闪蒸塔一段进行闪蒸，CO2闪蒸塔一段闪蒸压力0.2MPaG；
一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，洗涤完的气体进入一级压缩机压缩到1MPaG，然后经一段冷却器降温到-22℃，之后进入甲烷回收塔，由-39℃、1MPaG、51t/h的甲醇(质量分数99.99％)进行洗涤，甲烷回收塔塔顶气体经二级压缩机压缩到3.1MPaG，然后经冷却到-37℃，进入H2S吸收塔，甲烷回收塔塔釜液体送入CO2闪蒸塔二段；一段闪蒸液体进入CO2闪蒸塔二段；
CO2闪蒸塔二段闪蒸压力0.02MPaG；二段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，二段闪蒸液体经二段闪蒸加压泵加压到1.1MPaG，经二段冷量回收换热器冷量回收后升温到-40℃，之后进入CO2闪蒸塔三段进行闪蒸；
三段闪蒸压力为0.02MPaG；三段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，三段闪蒸液体分为三部分，分别进入CO2闪蒸塔一段(作为半贫甲醇)、CO2吸收塔和H2S浓缩塔，比例为0.06：0.55：0.39。
按照图1所述原鲁奇低温甲醇洗甲醇解吸过程，进口甲烷为1388ncmh，甲烷回收量为749ncmh，回收率为54％。
本实施例流程中，进口甲烷为1582ncmh，甲烷回收量为1289ncmh，回收率为81％，回收率增加了27％；甲烷单价按照1.82元/ncmh，年工作时间8000h，则经济效益增加了786万元/年。
实施例2
-22℃、4.1MPaG、11980kmol/h的富碳甲醇(主要成分摩尔百分率：17％CO2、0.7％CH4、81％甲醇)进入CO2闪蒸塔一段进行闪蒸，CO2闪蒸塔一段闪蒸压力0.5MPaG；
一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，洗涤完的气体进入一级压缩机压缩到1.68MPaG，然后经一段冷却器降温到-18℃，之后进入甲烷回收塔，由-32℃、1.68MPaG、64t/h的甲醇(质量分数99.99％)进行洗涤，甲烷回收塔塔顶气体经二级压缩机压缩到3.9MPaG，然后经冷却到-31℃，进入H2S吸收塔，甲烷回收塔塔釜液体送入CO2闪蒸塔二段；一段闪蒸液体进入CO2闪蒸塔二段；
CO2闪蒸塔二段闪蒸压力0.04MPaG；二段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，二段闪蒸液体经二段闪蒸加压泵加压到1.4MPaG，经二段冷量回收换热器冷量回收后升温到-40℃，之后进入CO2闪蒸塔三段进行闪蒸；
三段闪蒸压力为0.04MPaG；三段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，三段闪蒸液体分为三部分，分别进入CO2闪蒸塔一段(作为半贫甲醇)、CO2吸收塔和H2S浓缩塔，比例为0.06：0.55：0.39。
按照图1所述原鲁奇低温甲醇洗甲醇解吸过程，进口甲烷为1736ncmh，甲烷回收量为936ncmh，回收率为54％。
本实施例流程进口甲烷为1978ncmh，甲烷回收量为1612ncmh，回收率为81％，回收率增加了27％，甲烷单价按照1.82元/ncmh，年工作时间8000h，则经济效益增加了984万元/年。
实施例3
-18℃、5MPaG、14376kmol/h的富碳甲醇(主要成分摩尔百分率：15％CO2、0.7％CH4、81％甲醇)进入CO2闪蒸塔一段进行闪蒸，CO2闪蒸塔一段闪蒸压力0.7MPaG；
一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，洗涤完的气体进入一级压缩机压缩到2.0MPaG，然后经一段冷却器降温到-14℃，之后进入甲烷回收塔，由-26℃、2.0MPaG、76t/h的甲醇(质量分数99.99％)进行洗涤，甲烷回收塔塔顶气体经二级压缩机压缩到4.9MPaG，然后经冷却到-25℃，进入H2S吸收塔，甲烷回收塔塔釜液体送入CO2闪蒸塔二段；一段闪蒸液体进入CO2闪蒸塔二段；
CO2闪蒸塔二段闪蒸压力0.08MPaG；二段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，二段闪蒸液体经二段闪蒸加压泵加压到1.7MPaG，经二段冷量回收换热器冷量回收后升温到-40℃，之后进入CO2闪蒸塔三段进行闪蒸；
三段闪蒸压力为0.08MPaG；三段闪蒸气体进入尾气洗涤塔，三段闪蒸液体分为三部分，分别进入CO2闪蒸塔一段(作为半贫甲醇)、CO2吸收塔和H2S浓缩塔，比例为0.06：0.55：0.39。
按照图1所述原鲁奇低温甲醇洗甲醇解吸过程，进口甲烷为2083ncmh，甲烷回收量为1123ncmh，回收率为54％。
本实施例流程进口甲烷为2373ncmh，甲烷回收量为1934ncmh，回收率为81％，回收率增加了27％，甲烷单价按照1.82元/ncmh，年工作时间8000h，则经济效益增加了1193万元/年。
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 (10)

1.一种增强低温甲醇洗甲烷回收的装置，其特征在于，该装置主要包括：CO2闪蒸塔、一级压缩机、一段冷却器、甲烷回收塔、二级压缩机、二段冷却器、二段闪蒸加压泵和二段冷量回收换热器；
所述CO2闪蒸塔从下往上依次设为一段、三段及二段；CO2闪蒸塔一段设有富甲醇入口、半贫甲醇入口、液体出口；CO2闪蒸塔二段设有第一液体入口、第二液体入口、气体出口以及液体出口；CO2闪蒸塔三段设有氮气入口、液体入口、液体出口和气体出口；所述甲烷回收塔设有气体入口、甲醇入口、塔顶气体出口以及塔釜液体出口；
所述CO2闪蒸塔一段液体出口与所述CO2闪蒸塔二段的第一液体入口相连，所述CO2闪蒸塔一段气体出口与所述一级压缩机、一段冷却器及所述甲烷回收塔气体入口依次相连；
所述甲烷回收塔塔顶气体出口与二级压缩机、二段冷却器依次相连，二段冷却器连通H2S吸收塔，甲烷回收塔塔釜液体出口与CO2闪蒸塔二段的第二液体入口相连；
所述CO2闪蒸塔二段液体出口与二段闪蒸加压泵、二段冷量回收换热器相连，所述二段冷量回收换热器与CO2闪蒸塔三段液体入口相连，CO2闪蒸塔二段气体出口连通尾气洗涤塔；
所述CO2闪蒸塔三段液体出口分为三个管路，第一个管路与CO2闪蒸塔一段半贫甲醇入口相连，其余两个管路分别连通CO2吸收塔和H2S浓缩塔，CO2闪蒸塔三段气体出口连通尾气洗涤塔。
2.一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
富甲醇进入CO2闪蒸塔一段进行闪蒸；
一段闪蒸气体由CO2闪蒸塔三段的半贫甲醇进行洗涤，然后进入一级压缩机压缩，之后经一段冷却器降温，最后进入甲烷回收塔由外部通入的甲醇进行洗涤，甲烷回收塔塔顶气体经二级压缩机压缩，然后经二段冷却器冷却，之后进入H2S吸收塔；甲烷回收塔塔釜液体送入CO2闪蒸塔二段；一段闪蒸液体进入CO2闪蒸塔二段；
二段闪蒸气体进入尾气洗涤塔；二段闪蒸液体经二段闪蒸加压泵加压，然后经二段冷量回收换热器进行冷量回收使其升温，之后进入CO2闪蒸塔三段进行闪蒸，同时低压氮气进入CO2闪蒸塔三段将进口物流中的CO2汽提出来；
三段闪蒸气体进入尾气洗涤塔；三段闪蒸液体分为三部分，一部分作为半贫甲醇进入CO2闪蒸塔一段，另外两部分分别进入CO2吸收塔和H2S浓缩塔。
3.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，所述富甲醇摩尔组成为：10％～25％CO2、75％～85％CH3OH、0.05％～0.1％CH4，压力为3.2～5MPaG，温度为-18℃到-26℃。
4.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，所述CO2闪蒸塔一段的闪蒸压力为0.2～0.7MPaG；所述CO2闪蒸塔二段的闪蒸压力为0.02～0.08MPaG；所述CO2闪蒸塔三段的闪蒸压力为0.02～0.08MPaG。
5.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，所述一级压缩机的压缩压力为1MPaG-3MPaG；所述一段冷却器冷却温度为-20到-35℃。
6.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，所述二级压缩机的压缩压力为3.1MPaG-4.9MPaG，二段冷却器温度为-25到-37℃。
7.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，所述甲醇进料温度为-40到-50℃，压力为1～2MPaG；所述CO2吸收塔塔顶气体中CO2含量低于1.5％。
8.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，CO2闪蒸塔三段闪蒸液体分别进入CO2闪蒸塔一段、CO2吸收塔和H2S浓缩塔的比例为0.05-0.09：0.45-0.71：0.25-0.41。
9.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，甲烷回收塔塔顶气体中甲烷的含量为进口富甲醇中CH4的80％以上。
10.根据权利要求2所述的一种增强低温甲醇洗甲烷回收的工艺，其特征在于，CO2闪蒸塔一段闪蒸气体中CH4的含量为进口富甲醇中CH4的90％以上。
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