CN218146515U - 一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，变换气管路通过变换气冷却器、变换气分离器与变换气洗涤塔连通，未变换气管路通过未变换气冷却器、未变换气分离器与未变换气洗涤塔连通；未变换气洗涤塔上段底部出口与变换气洗涤塔上段连通，未变换气洗涤塔下段底部出口与变换气洗涤塔下段连通；变换气洗涤塔顶部出口通过变换气冷却器与变换净化气管路连通，未变换气洗涤塔顶部出口通过未变换气冷却器与未变换净化气管路连通。本实用新型增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，用于对处理部分变换气的低温甲醇洗系统进行改进升级，实现装置的扩能、降耗、减排。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤化工领域气体净化技术，尤其涉及一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统。
背景技术
煤化工装置的原料气中，常含有CO2、H2S等酸性气体，这些气体需要通过低温甲醇洗方法予以脱除，以获得满足下游需要的净化合成气。低温甲醇洗净化法为物理吸收方法，利用甲醇在低温条件下(-70～-30℃)对CO2、H2S等酸性气体的溶解度大和选择性高的物理特性，以甲醇为溶剂将酸性气体从原料气中脱除，具有吸收能力强、净化度高、选择性好等优点，广泛用于现代大型煤化工装置。
低温甲醇洗还承担了煤化工装置环保排放的作务。吸收的H2S可作为酸性气产品送硫回收装置，而CO2除部分可作为产品使用外，还要有部分要与气提氮气一起作为尾气排放。环保标准除对尾气中硫化物含量和甲醇含量进行要求外，对尾气排放中CO含量也作了越来越严格的规定。
在甲醇合成工艺中，要求原料气H2：CO为2：1(煤制乙二醇、乙醇及煤制天然气等也要有一点的氢碳比)，要求变换系统保留一部分的CO，常用的变换方式为一部分粗煤气经变换炉进行变换，一部分粗煤气走侧线，两股气汇合后送低温甲醇洗装置处理，如图2所示。
现有低温甲醇洗工艺流程如图1所示，原料部分变换气经变换气冷却器E-101冷却后并经变换气分离器V-101分水后进入洗涤塔T-001，用甲醇进行洗涤。洗涤塔T-001最下面A段为脱硫段，上面B段为脱碳段。原料气在A段用部分含CO2的富甲醇进行洗涤脱硫后进入脱碳段，用贫甲醇及半贫甲醇进行脱碳。为充分利用甲醇吸收能力，脱碳段间甲醇常设有段间换热器，对段间甲醇进行冷却。出洗涤塔T-001塔净化气中CO2、硫化物含量达到设计要求后，经换热后送出界区。洗涤塔T-001塔底得到的含硫和脱碳段得到的无硫富甲醇经冷却后送甲醇闪蒸再生系统。洗涤塔及其附带的原料气冷却器、段间换热器及塔底换热器为高压、低温设备，在低温甲醇洗装置投资中占较大比重。在部分大型化装置中，单台洗涤塔受运输限制的因素，塔径有上限，为满足处理规模，常做双洗涤塔并联，再生系统共用的方案，此方案两个洗涤塔及其附属设备均为完全并列。
现有甲醇洗处理气组成约为：H2：45％mol，CO2：33％mol，CO：21％mol，原料气中CO含量较高，而CO在甲醇中溶解度相对较高(-40度下甲醇对CO的溶解度是对H2溶解度的6倍)，经洗涤塔后，部分CO溶解到甲醇富液中。这部分CO首先需要中压闪蒸来回收，但受流程输送的限制，中压闪蒸降压到1.0MPaA左右就无法再降低了。此时中压闪蒸后仍有大量CO残留在甲醇富液中，这部分甲醇最终进入CO2产品气或尾气，即造成CO损失，也给环保排放带来问题。国内部分地区提出了比较严格的CO的标准，目前很难达到；而没有提出标准的地区，此类装置排放气中高浓度的CO也造成大气中有毒气体超标，给现场人员身体造成危害。
为降低排放气中CO的，低温甲醇洗要考虑继续降低中压闪蒸压力，或加氢气气提，效果有限，而且随着降低的压力也使循环气压缩机功率较高。另有排放时加催化燃烧的方案，低价也较高。因此，需要一种优化的处理方案。
同时，因受洗涤塔塔径上限的限制，规模较大的装置需要采用双变换气洗涤塔并联的设计，流程非常复杂，投资也比较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对现有低温甲醇洗在用于净化生产甲醇原料气时，因原料气中要有一定量的CO，存在CO2产品气以及尾气中的CO量浓度偏高，有效气体回收率较低的问题，提出一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，该低温甲醇洗能有效降低CO2产品气以及尾气中的CO量浓度，提高系统的有效气体回收率，同时降低低温甲醇洗装置的总体投资，增加产量，并减少系统能耗。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，包括变换气洗涤塔T-101、未变换气洗涤塔T-102、变换气冷却器E-101、未变换气冷却器E-102、变换气分离器V-101和未变换气分离器V-102；
变换气管路通过变换气冷却器E-101、变换气分离器V-101与变换气洗涤塔T-101连通，未变换气管路通过未变换气冷却器E-102、未变换气分离器V-102与未变换气洗涤塔T-102连通；
所述未变换气洗涤塔T-102上段底部出口与变换气洗涤塔T-101上段连通，所述未变换气洗涤塔T-102下段底部出口与变换气洗涤塔T-101下段连通；
所述变换气分离器V-101底部出口、变换气洗涤塔T-101上段底部、变换气洗涤塔T-101下段底部分别与甲醇再生系统连通；
所述变换气洗涤塔T-101顶部出口通过变换气冷却器E-101与变换净化气管路连通，所述未变换气洗涤塔T-102顶部出口通过未变换气冷却器E-102与未变换净化气管路连通。
进一步地，所述变换气洗涤塔T-101包括上段(B)和下段(A)，上段(B)为脱碳段，下段(A)为脱硫段，脱碳段设段间换热器。
进一步地，所述未变换气洗涤塔T-102包括上段(B)和下段(A)，上段(B)为脱碳段，下段(A)为脱硫段。所述未变换气洗涤塔T-102因未变换气中CO2含量低，可仅为两段，不设段间换热器，因此整个流程相对简化。
进一步地，所述变换气管路与变换气冷却器E-101的热媒入口连通，所述变换气冷却器E-101的热媒出口与变换气分离器V-101入口连通，所述变换气分离器V-101顶部出口与变换气洗涤塔T-101连通。
进一步地，所述未变换气管路与未变换气冷却器E-102的热媒入口连通，所述未变换气冷却器E-102的热媒出口与未变换气分离器V-102入口连通，所述未变换气分离器V-102顶部出口与未变换气洗涤塔T-102连通。
进一步地，所述未变换气洗涤塔T-102塔底含硫甲醇液管路与变换气洗涤塔T-101下段相连通，继续洗涤变换气并使其中溶解的CO闪蒸解吸；所述未变换气洗涤塔T-102塔中段(上段底部)不含硫甲醇液管路与变换气洗涤塔T-101上段相连通，继续洗涤变换气并使其中溶解的CO闪蒸解吸。将未变换气洗涤塔出塔富液送变换气洗涤塔，可继续吸收变换气中的CO2，同时其中溶解的CO解吸到变换气中得以回收。
本实用新型增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统的工作原理：所述进低温甲醇洗部分变换气1经变换气冷却器E-101冷却、变换气分离器V-101分水后进变换气洗涤塔T-101进行洗涤。进低温甲醇洗的未变换气13经未变换气冷却器E-102冷却、未变换气分离器V-102分水后进未变换气洗涤塔T-102进行洗涤。未变换气洗涤塔T-102B段的无硫富甲醇二17送到变换气洗涤塔T-101的B段上部，即作为半贫甲醇吸收CO2，而其中溶解的CO解吸到变换气中。未变换气洗涤塔T-102A段的含硫富甲醇二18送到变换气洗涤塔T-101的A段下部，即可吸收一定CO2，而其中溶解的CO解吸到变换气中。变换气分离器V-101与变换气洗涤塔T-101A\B段底部的变换气冷凝液6、含硫富甲醇一8和无硫富甲醇一10分别进入到后续甲醇再生系统；所述变换气洗涤塔T-101的变换净化气和未变换气洗涤塔T-102的未变换净化气经过换热后合并后送甲醇合成气，另可根据下游产品需要进行分配，配套PSA、深冷分离等获得H2、CO产品气。
本实用新型增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，将变换系统变换气和粗煤气不再混合，分别通过变换和热回收，使得变换气与未变换气分别进低温甲醇洗。具体地，本实用新型与现有技术相比较具有以下优点：
1)传统的低温甲醇洗工艺用于净化生产甲醇的原料气时，由于工艺需要，原料气中要有一定量的CO，因CO在甲醇中的溶解度相对H2大，不易通过中压闪蒸回收，从而导致CO2产品气以及尾气中的CO量浓度偏高，带来环保等一系列问题，同时系统的有效气体回收率较低，减少了产品产量。
本实用新型通过增设未变换气洗涤塔，从变换系统的原料气分为变换气和未变换气，不再混合为部分变换气，分别通入变换气洗涤塔和未变换气洗涤塔进行洗涤处理，两个洗涤塔得到的净化气再混合用于甲醇合成。洗涤未变换气得到的无硫甲醇富液打到变换气洗涤塔脱碳段的上部；洗涤未变换气得到的含硫甲醇富液打到变换气洗涤塔脱硫段下部。本实用新型可有效降低CO2产品气以及尾气中的CO浓度，提高系统的有效气体回收率，同时降低低温甲醇洗系统的总体投资，增加产量，并减少系统能耗。
2)本实用新型变换气洗涤塔T-101为四段，其脱硫、脱碳设计与传统流程类似，但新增的未变换气洗涤塔，因未变换气中CO2含量低，可仅为两段，不设段间换热器，因此整个流程相对简化。处理同样规模的产品气，设有变换气加未变换气系统的投资低，同时变换气系统富液可作为变换气系统半贫液使用，整个系统消耗降低。对于大型化装置，原系统因设备规格上限限制，设两台变换气洗涤塔，此时采用本实用新型的方法，设变换气洗涤塔和未变换气洗涤塔，优势更为明显。
3)本实用新型增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统能用于处理以煤为原料生产甲醇的原料气，同时，类似的需要以CO为后续原料气的装置均可使用，如生产乙二醇、乙醇、煤制天然气等。
附图说明
图1为现有甲醇洗流程图；
图2为现有甲醇洗流程框图；
图3为增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统流程图；
图4为增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统流程框图。
其中1变换气；6变换气冷凝液；8含硫富甲醇一；10无硫富甲醇一；13未变换气；17无硫富甲醇二；18含硫富甲醇二；T-001洗涤塔；T-101变换气洗涤塔；T-102未变换气洗涤塔；E-101变换气冷却器；E-102未变换气冷却器；V-101变换气分离器；V-102未变换气分离器。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，如图3所示，包括变换气洗涤塔T-101、未变换气洗涤塔T-102、变换气冷却器E-101、未变换气冷却器E-102、变换气分离器V-101和未变换气分离器V-102；
所述变换气洗涤塔T-101为四段，包括自上而下设置的上段B、第一中段、第二中段和下段A。所述未变换气洗涤塔T-102为两端，包括上段B和下段A。所述未变换气洗涤塔T-102因未变换气中CO2含量低，可仅为两段，不设段间换热器，因此整个流程相对简化。
变换气管路通过变换气冷却器E-101、变换气分离器V-101与变换气洗涤塔T-101连通，具体地，所述变换气管路与变换气冷却器E-101的热媒入口连通，所述变换气冷却器E-101的热媒出口与变换气分离器V-101入口连通，所述变换气分离器V-101顶部出口与变换气洗涤塔T-101连通。未变换气管路通过未变换气冷却器E-102、未变换气分离器V-102与未变换气洗涤塔T-102连通，具体地，所述未变换气管路与未变换气冷却器E-102的热媒入口连通，所述未变换气冷却器E-102的热媒出口与未变换气分离器V-102入口连通，所述未变换气分离器V-102顶部出口与未变换气洗涤塔T-102连通。
所述未变换气洗涤塔T-102上段(B段)底部出口与变换气洗涤塔T-101上段(B段)连通，所述未变换气洗涤塔T-102下段(A段)底部出口与变换气洗涤塔T-101下段(A段)连通。
所述变换气分离器V-101底部出口、变换气洗涤塔T-101上段底部出口、变换气洗涤塔T-101下段底部分出口别与甲醇再生系统连通。
所述变换气洗涤塔T-101顶部出口与变换气冷却器E-101冷媒入口连通，所述变换气冷却器E-101冷媒出口与变换净化气管路连通，所述未变换气洗涤塔T-102顶部出口与未变换气冷却器E-102冷媒入口连通，所述未变换气冷却器E-102冷媒出口与未变换净化气管路连通。
本实施例增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统工作原理如下：进低温甲醇洗的部分变换气1经变换气冷却器E-101冷却、变换气分离器V-101分水后进变换气洗涤塔T-101进行洗涤。进低温甲醇洗的未变换气13经未变换气冷却器E-102冷却、未变换气分离器V-102分水后进未变换气洗涤塔T-102进行洗涤。未变换气洗涤塔T-102上段(B段)的无硫富甲醇二17送到变换气洗涤塔T-101上段(B段)上部，即作为半贫甲醇吸收CO2，而其中溶解的CO解吸到变换气中。未变换气洗涤塔T-102下端(A段)的含硫富甲醇二18送到变换气洗涤塔T-101下端(A段)下部，即可吸收一定CO2，而其中溶解的CO解吸到变换气中。变换气分离器V-101与变换气洗涤塔T-101A\B段底部的变换气冷凝液6、含硫富甲醇一8和无硫富甲醇一10分别进入到后续甲醇再生系统；所述变换气洗涤塔T-101的变换净化气和未变换气洗涤塔T-102的未变换净化气经过换热后合并后送甲醇合成气，另可根据下游产品需要进行分配，配套PSA、深冷分离等获得H2、CO产品气。
本实施例增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统的变换气和粗煤气不再混合，分别通过变换和热回收，使得变换气与未变换气分别进低温甲醇，如图4所示。
本实施例为一套粉煤气化年产200万吨甲醇的低温甲醇洗装置，原料气分为变换气(H2：51％mol，CO2：42％mol，CO：6％mol，流量：713000Nm3/h)和未变换气(H2：22％mol，CO2：8％mol，CO：69％mol，流量：210000Nm3/h)。执行改进方案后，可保证CO2气、尾气中CO小于1000ppm。
操作压力3.5MPaG、温度40℃的变换气原料气，流量713000Nm3/h，喷淋甲醇后经变换气冷却器E-101冷却到-23℃后，进入变换气分离器V-101进行分离水分和甲醇，分水后的原料气进入变换气洗涤塔T-101用贫甲醇进行洗涤，贫甲醇用量760t/h。变换气洗涤塔T-101得到约410000Nm3/h的净化气，其中CO2含量～3％mol，总硫小于0.1ppm。操作压力3.7MPaG、温度40℃的未变换气原料气，流量210000Nm3/h，喷淋甲醇后经未变换气冷却器E-102冷却到-33℃后，进入未变换气分离器V-102进行分离水分和甲醇，分水后的原料气进入未变换气洗涤塔T-102用贫甲醇进行洗涤，贫甲醇用量200t/h。T-102塔得到约196000Nm3/h的净化气，其中CO2含量～3％mol，总硫小于0.1ppm。未变换气净化气与变换气净化气配气得到H2：CO约3：1的甲醇合成气送甲醇合成装置。
主要设备参数：变换气洗涤塔T-101塔径5m，塔高90m，未变换气洗涤塔T-102塔径3.4mm，塔高47m。
尾气中CO含量560ppm，CO2产品气中CO指标850ppm，满足排放要求。即该低温甲醇洗能有效降低CO2产品气以及尾气中的CO浓度，提高系统的有效气体回收率，同时降低低温甲醇的总体投资，并减少系统能耗。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，包括变换气洗涤塔、未变换气洗涤塔、变换气冷却器、未变换气冷却器、变换气分离器和未变换气分离器；
变换气管路通过变换气冷却器、变换气分离器与变换气洗涤塔连通，未变换气管路通过未变换气冷却器、未变换气分离器与未变换气洗涤塔连通；
所述未变换气洗涤塔上段底部出口与变换气洗涤塔上段连通，所述未变换气洗涤塔下段底部出口与变换气洗涤塔下段连通；
所述变换气分离器底部出口、变换气洗涤塔上段底部、变换气洗涤塔下段底部分别与甲醇再生系统连通；
所述变换气洗涤塔顶部出口通过变换气冷却器与变换净化气管路连通，所述未变换气洗涤塔顶部出口通过未变换气冷却器与未变换净化气管路连通。
2.根据权利要求1所述增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，所述变换气洗涤塔包括上段和下段，上段为脱碳段，下段为脱硫段，脱碳段设段间换热器。
3.根据权利要求1所述增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，所述未变换气洗涤塔包括上段和下段，上段为脱碳段，下段为脱硫段。
4.根据权利要求1所述增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，所述变换气管路与变换气冷却器的热媒入口连通，所述变换气冷却器的热媒出口与变换气分离器入口连通，所述变换气分离器顶部出口与变换气洗涤塔连通。
5.根据权利要求1所述增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，所述未变换气管路与未变换气冷却器的热媒入口连通，所述未变换气冷却器的热媒出口与未变换气分离器入口连通，所述未变换气分离器顶部出口与未变换气洗涤塔连通。
6.根据权利要求1所述增设未变换气洗涤塔的低温甲醇洗系统，其特征在于，所述未变换气洗涤塔塔底含硫甲醇液管路与变换气洗涤塔下段相连通，所述未变换气洗涤塔塔中段不含硫甲醇液管路与变换气洗涤塔上段相连通。
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