第四章 净化工段

第四章净化工段
4.1净化岗位操作规程
4.1.1净化系统的任务
本工段的主要任务就是将气化送来的部分变换气进行脱硫和脱碳后，将合格的净化气送往甲醇合成工段。

使净化气中的总硫含量<0.1ppm，C O2<4%满足甲醇合成工段的要求。

本工段采用低温甲醇洗的方法。

4.1.2净化系统理论知识
低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程，以工业甲醇为吸收剂。

该法用的甲醇溶剂可同时或分段脱除气体中的H2S、C O2等酸性组分和各种有机硫化物，N H3、C2H2、C3及C3以上的气态烃，胶质及水汽等，能达到很高的净化度。

能把总硫脱至<0.1ppm，同时能把二氧化碳脱至10×10−8-20×10−6(vol)。

甲醇对氢、一氧化碳(合成原料)的溶解度相当小，且在溶液降压闪蒸过程中优先解吸，可通过分级闪蒸来回吸收，因而有效组分损失很少。

随着温度降低，H2S、CO2及其他易溶气体在甲醇中的溶解度增长很快，且分压越高，增长越快，而氢、一氧化碳变化不大。

随着吸收温度降低，甲醇对酸性组分的选择性提高。

因此在较低温度下，气体分压高时更易于吸收。

此外，为了减少损失(甲醇易挥发)，吸收和解吸过程在较低温度下进行。

低温下，甲醇对酸性气体的吸收是很有利的。

当温度从20℃降到-40C时，CO2的溶解度约增加6倍，吸收剂的用量也大约可减少6倍。

低温下，例如-40℃～-50℃时，H2S的溶解度又差不多比CO2大6倍，这样就有可能选择性地从原料气中脱除H2S,而在溶液再生时先解吸回收CO2。

低温下，H2S、COS和CO2在甲醇中的溶解度与H2、CO相比，至少要大100倍，与CH4相比，约大50倍。

因此，如果低温甲醇洗装置是按脱除CO2的要求设计的，则所有溶解度和CO2相当或溶解度比CO2大的气体，例如COS、H2S、 NH3等以及其他硫化物都一起脱除，而H2、CO、CH4等有用气体则损失较少。

通常，低温甲醇洗的操作温度为-30℃～-70℃，各种气体在-40℃时的相对溶解度，如表1所示:
表4.1-40℃时各种气体在甲醇中的相对溶解度
同样，根据气体在甲醇中的不同溶解度，可采用分级减压、惰性气体(氮气)气提过加热再生解吸的方法回收溶解的有用气体、以及得到CO2产品气、H2S酸性气体、放空具气。

在低压(常压，甚至负压)下解吸溶解的CO2气，压力越低解吸量越大，回收得到的CO2产品越多，但压力太低CO2气输送困难，负压操作则还需要对其做功才能实现。

采用氮气气提，可利用通入氮气打破原有CO2气相与液相的平衡，可使CO2解吸更彻底些，在正常控制指标内通入的气提氮越多，CO2分压降低得越多，解吸得越彻底，加氮气流量的同时也可能增加了尾气中的H2S含量。

最终采用升温解吸，即热再生，使甲醇完全再生得到贫甲醇，同时得到H2S 酸性气体。

H2S在甲醇中溶解度最大，也就最难解析，采用外来热源加热甲醇到沸腾，用精馆的办法使得H2S彻底解吸出来。

加热介质用量越大，甲醇再生得越彻底。

4.1.3净化系统工艺说明
(1)原科气的预冷
来自变换工段的原料气温度为40℃，压力为5.6MP A(A)(100%负荷，其组成( MO%)为H2:45.95；N2:0.2196；CO:19.588；A r:0.1098；CH4:0.0798；CO2:33.682；H2S；0.1198；COS；0.02；HCN；0.001996；H2O；0.2301)原料气首先进入洗氨塔T1602，在洗氨塔T1602中，变换气经高压锅炉给水洗涤，其中气体中所含的氨溶于水中，这部分含氨废水排出界区进入废水处理工序。

高压锅炉给水在进入洗氨塔前，先经换热器E1622用循环水冷却，将其温度由133℃降至42℃。

由洗氨塔T1602塔顶出来的原料气与循环闪蒸气混合，再与喷射的甲醇混合以除去原料气中的水分，否则，水将冷凝形成冰或水合物固体并堵塞设备。

而水和甲醇形成的溶液的冰点比水的冰点大为降低，在原料气冷却器E1601内冷却后不会有结冰现象。

然后原料气进入进料气冷却器E1601被合成气、尾气冷却到-14.7℃，在水分离罐D1601中将冷凝下来的水、甲醇混合物分离，分离后的气体进入甲醇先涤塔T1601，醇水混合物进入换热器E1616。

(2)H2S/ CO2气体脱除
甲醇洗涤塔分为上塔和下塔。

上塔共分三段。

来自贫甲醇泵P1605的贫甲醇液经水冷器E1611、甲醇换热器E1619、E1609(与来自T1603塔底去再生的甲醇换热)、丙烯冷却器E1621分别冷却到42℃、7.9℃、-31.5℃、-36℃后，与来自T1603上塔底部经甲醇泵P1601抽出的富甲醇液经换热器E1608换热，温度降至-54.8C送入T1601上塔上段吸收CO2,使出T1601塔项的净化气中CO2含量在2.75%6(V)左右，总硫含量在0.1PPM (V)以下。

由塔顶出来的净化气，经换热器E1618回收冷量后，温度由-39℃提高到-35.8℃，然后进入原料气冷却器继续回收冷量，温度提高到31C左右进入合成工段。

(其组成为:H2:67.926%；CO:28.716%；A R :0.1606%；N2: 0.3234%； CO2:2.75%:C H4:0.1135%；总硫:0.1PPM以下)
吸收CO2后的甲醇溶液温度升高，这是由于CO2溶解热造成的。

这部分溶解热部分通过冷流体冷却后移走。

当上段甲醇溶液升高到-17.6℃后抽出，在循环甲醇冷却器E1606中被来自H2S浓缩塔T1603上塔底部经E1608后的冷甲醇(温度-45℃、压力0.3894MP A)冷却到-38℃后送回T1601上塔中段再次吸收CO2。

当温度升到-17.4℃后再次从中段底部抽出，先经丙烯冷却器E1605与来自冷冻工段的液态丙烯换热至-26℃，然后进入E1606中被冷却到-38℃后送回T1601上塔下段。

这两次抽出冷却的目的就是将吸收剂甲醇的温度冷却到最佳吸收温度，以保证充分吸收。

为了降低冷量消耗，在系统初开车半负荷运行时，由于负荷较低，由T1601上塔中段底部抽出的甲醇液在-17C左右足以完全吸收原料气中的CO2，没必要再进一步降低温度，部分甲醇溶液可通过FV16031直接进入下塔。

另外，若系统负荷较低，出塔净化气CO2含量低时，也可通过该管线调整出塔净化气CO2含量，此时仅一半甲醇液进入E1605和E1606冷却，其余一半直接返回下塔。

溶解热的另一部分经T1601上塔下段底部富CO2甲醇液带出，其温度为-16.4℃，这股溶液分两部分，一部分经甲醇换热器E1607和丙烯冷却器E1604换热，温度分别降至-31℃和-36℃后去循环气闪蒸槽D1602，另一部分进入T1601下塔顶部吸收H2S和COS。

下塔主要用来脱硫(H2S和COS),由于H2S的溶解度大于CO2溶解度，且硫组分在气体中含量要低于CO2，因此进入下塔的吸收了CO2的甲醇液只需一部分作为洗涤剂吸收H2S和COS,使进入上塔的气体中总含硫量在0.1PPM (V)以下。

(3)富液的膨胀闪蒸
从T1601上塔底盘上引出的不含硫富含CO2的甲醇液(-16.5C)，经甲醇冷却器E1607和丙始冷却器E1604换热，温度分别降至-31℃和-36℃后，通过减压阀从5.64MP A(A)减到12MP A(A)进入循环气闪蒸槽D1602，使得溶解的大部分H2闪蒸解吸出来。

同时从T1601下塔底部来的富H2S甲醇液，被来自H2S浓缩塔尾气从-14.2℃冷却到-25℃，再经甲醇换热器E1607换热，被来自甲醇闪蒸罐D1604经P1602泵的甲醇液冷却到-31℃后，再与T1601塔顶出来的净化气在E1618中换热，回收净化气冷量后，温度降至-32.4℃，经减压阀压力从 5.34MP A (A)降到1.2MP A (A)进入循环气闪蒸槽D1603，其闪蒸气体与来自D1602的闪蒸气汇合后一起进入D1603顶部除雾器。

这股闪蒸气进入循环气压缩机C1601压缩到 5.6MP A (A)后，经水冷器
E1602冷却到42℃送入E1601前的进气管，以回收利用H2。

(4)CO2气体的解吸及H2S浓缩
来自循环气闪蒸槽D1602底部的不含硫的富CO2甲醇液，温度-36.6℃，压力1.2MP A,含CO2为28.5%(MOL)直接进入到H2S浓缩塔T1603塔顶再次降压至0.205MP A进行CO2闪蒸解吸，闪蒸液作为塔中段含硫甲醇液中闪蒸出的上升气中H2S及COS的洗涤液，以保证T1603塔顶尾气的H2S+COS低于25PPM(V)。

从D1603底部来的同时溶解有CO2和H2S的甲醇液，进入T1603塔中部闪蒸解吸，其压力为0.2368MP A (A)，温度为-57.1℃。

同时解吸的H2S、COS被来自塔上部的不含硫的富CO2甲醇闪蒸回流液洗涤重新进入甲醇液中。

从T1603塔中部升气管塔板上经P1601抽出的一股甲醇液作为低温冷源，对进入T1601的贫甲醇液在甲醇换热器E1608种进一步顶冷，自身温度由-59.4℃升高到-44.8℃后，进入循环甲醇冷却器E1606中，以移走T1601中甲醇吸收CO2产生的熔解热，温度升高至-38.6℃进入闪蒸罐D1604进行气液分离。

由闪蒸罐D1604分离出的气体进入T1603塔中部，线续回收其中的含硫气体。

为充分利用冷量，由闪蒸罐D1604底部出来的甲醇液经甲醇泵P1602抽出进入换热器E1607作为冷源对富甲醇液进行预冷，温度升高至-27.4℃进入
T1603下塔顶部进一步解吸CO2并回收其中的含硫气体。

为使甲醇液中的CO2能够充分地解吸，在T1603塔底部引入0.55MP A (A), 40C的气提氨气，用以破坏原系统内的气液平衡，降低CO2和H2S的气相分压，使溶解的CO2进一步解吸。

而同时解吸的H2S被回流液洗下来。

解吸出来的CO2尾气以0.205MP A (A)，-61.6℃离开T1603塔顶，CO2含量达87.4%，N212.1%，H2S大约55PPM。

经E1603和E1601回收冷量后以31℃进入尾气洗涤塔T1607，通过脱盐水洗涤尾气中夹带的甲醇，使尾气达到环保排放标准离开界区送火炬或放入大气当中。

从T1603塔升气管塔板上经P1601泵抽出的一股甲醇液由于在上塔内这股液体不断减压并解吸出CO2温度降为-59.4℃。

在返回T1603塔底解吸CO2前，其冷量在E1608.E1606、E1607中进行回收。

从这块塔板上引出的液体的温度
是全甲醇洗工序中最低的。

出T1603塔底的富H2S甲醇液经P1603泵送入甲醇换热器E1609、过滤器S1601(250um)、甲醇换热器E1619，与进入T1601的贫甲醇进行换热，以降低贫甲醇液的温度，自身温度分别提高到1℃和34.3℃，进入氮气气提塔T1606顶部，通过塔底通入的氨气气提，使甲醇液中的CO2进一步解吸，解吸出的CO2气连同气提氮气起进入T1603下塔上段，塔底出来的富H2S甲醇液经甲醇泵P1604送甲醇换热器E1610换热后，温度提高到85.8C进入热再生塔T1604中。

从H2S分离罐D1607分离出来的35℃的甲醇也进入T1603塔底。

为保证出甲醇洗的富H2S组分中含H2S不低于25%，为克劳斯硫回收工序提供合格原料气，系统初开车时从D1607顶分离出的H2S富气中一部分重新循环回T1603塔底部(含CO2: 46.1%，含H2S: 33.1%)，将所携CO2进一步汽提分离,H2S得到再浓缩。

(5)甲醇再生
从T1606塔底进入T1604塔的甲醇液在此塔内完成甲醇再生，再生的甲醇作为贫甲醇循环利用。

富含CO2、H2S、COS的甲醇液被来自塔底再沸器E1612加热及甲醇/水分离塔顶的甲醇蒸汽气提，使CO2、H2S、COS全部解吸。

再沸器E1612用低压蒸汽加热向.T1604提供热量。

解吸出的气体离开T1604塔顶(0.31MPa, 91C，含甲醇85.5%，CO2:7.1%,H2S :5.1%)首先进入T1604回流冷却器E1613被水冷却，冷凝下来的液体在回流槽D1606中分离后经回流泵P1606送入T1604塔项回流。

气体进入H2S 冷却器E1614和丙烯冷却器E1617，再在H2S分离器D1607中分离，分离的液体送回T1603塔底。

分离的气体经H2S冷却器E1614复热后送入克劳斯装置。

在系统初开车时，由于负荷较低，H2S分离器D1607中分离出的气体再次返回T1603下塔中部提浓。

再生后的贫甲醇以0.34MPa, 98.5℃离开T1604塔左室，经贫甲醇冷却器E1610冷却后进入甲醇收集槽D1605。

定期补充的甲醇也加入到此槽中，经贫甲醇泵P1605从D1605抽出的贫甲醇压力升到7.0MPa (A)，在水冷却器E1611中被冷却后分成两股，大部分经E1619、E1609、E1621、E1608分别冷却到7.9℃、-31.5℃、-36℃和-54.8℃进入T1601塔项作为洗涤剂，另一部分作为喷射甲醇送入原料气冷却器E1601前的原料气总管中。

T1604塔右室的甲醇液经甲醇泵P1606抽出，在S1602过滤后(2.5um)一部分与左室出口液体汇合去E1610，另一部分经T1605进料加热器E1616冷却到73.2℃作为T1605塔的回流液，同时将所携带的一部分水分离掉。

(6)甲醇/水分离
从D1601分离罐来的甲醇水混合物，经E1616加热到73.2C后，进入T1605
塔进行甲醇/水蒸馏分离。

醇/水分离塔T1605塔底再沸器E1615的加热介质为低压蒸汽。

塔顶的甲醇蒸汽直接送入T1604塔中部作为热再生塔的气提气。

由塔底分离的废水经废水热交换器E1620与来自尾气洗涤塔T1607的含醇废水换热，温度降至51.5C送往废水处理工段。

由尾气洗涤塔T1607的含醇废水，经废水热交换器E1620换热后，温度提高到115C，进入醇/水分离塔T1605中部进行精馏，分离其中的甲醇。

醇/水分离塔T1605塔顶回流液来自T1604塔右室，含水0.54%，C H3OH: 99.5%，直接进入T1605塔板。

(7)碱液定量给料系统
由于进入低温甲醇洗系统的变换气中含有一定量的HCN (约2000ppm)，该部分HCN在原料气预冷时溶于水分离罐D1601分离出的醇水混合物中，该混合物进入醇1水分离塔T1605分离甲醇，HCN将由醇/水分离塔T1605塔项进入甲醇循环系统，高浓度的HCN将导致甲醇循环系统的腐蚀，通过加入NaOH使HCN生成盐由醇/水分离塔T1605塔底废水中排出。

由精馏工段(802)提供的碱液(NaOH浓度10%)，以120K G/H速率与来自
D1601分离罐来的甲醇水混合物混合后进入醇/水分离塔T1605。

(8)其它
为了降低甲醇消耗，本工段还设有甲醇收集槽D1608。

将收集在集管内的所有排放甲醇或泄漏甲醇汇入D1608。

由甲醇泵P1609将D1608内废甲醇循环回醇/水分离塔T1605进行提浓，在系统停车时送往甲醇贮罐V2301。

定期补充到D1605的新鲜甲醇来自甲醇中间罐区191B的精甲醇贮槽
V2302及相应的精甲醇给料泵P2302。

原始开车时系统充液由中间罐区甲醇泵P2301将粗甲醇罐V2301中的精甲醇打入D1605或H2S浓缩塔T1603底部。

4.2净化工段主要设备
1.主吸收塔
主吸收塔为填料塔，其目的是用低温甲醇洗的方法将部分变换气中的CO2、H2S和COS等杂质除去。

主吸收塔分为四段，最下段为脱硫段，以上三段为脱碳段。

原料气从吸收塔下部进入与上部进入的低温甲醇液逆流接触。

吸收塔塔顶为脱除了酸性气体的合成气，经过换热后进入合成工段。

吸收塔底部为吸收了酸性气体的甲醇液，这些甲醇液进入后面进行解吸，得到再生的甲醇。

为了降低吸收了二氧化塔的甲醇液的温度，自吸收塔的上塔中段和上塔底段分别引出两股甲醇液。

2.洗氨塔
洗氨塔为浮阀塔。

浮阀塔有以下优点:
(1)生产能力大，比泡罩塔提高20%以上。

(2)操作弹性大，即最大负荷与最小负荷之比，要比筛板塔及泡罩塔大的多。

(3)汽液接触良好，由于气体是朝水平方向吹出，雾沫夹带少，塔板效率较高。

(4)塔板上液面梯度较少，气体分配均匀。

(5)塔板结构简单，安装容易。

洗氨塔的目的是用水洗的方法将原料气中的氨洗去。

水源为高压锅炉给水。

原料气自下而上与自上而下的锅炉水逆流接触。

塔顶为洗去了氨的原料气，经过换热后进入水分离器。

塔底的废水去废水处理工段。

3.H2S浓缩塔
H2S浓缩塔为筛板塔，其目的是在低压(常压，甚至负压)下解吸溶解的CO2气体，压力越低解吸量越大，回收得到的CO2产品越多，但压力太低CO2气输送困难。

采用N2汽提的方法来降低CO2的分压。

汽提是物理过程，它用于破坏原气液平衡而建立一新的气液平衡状态，达到分离物质的目的。

例如，A是液体，B 是气体，B溶解于A中，达到气液平衡状态。

气相中主要以B的气体为主，当加以气提介质C时，气相中B的分压降低，破坏了气液平衡状态。

通过调节气提介质的量来控制气提程度，将A与B两种物质分离。

自主吸收塔出来的富甲醇进入H2S浓缩塔上部，汽提介质N2自浓缩塔下部进入与甲醇逆流接触。

浓缩塔顶部为闪蒸出去的CO2气体，此气体处理后放空。

浓缩塔底部的液体为富S甲醇，再进入后续设备将甲醇中的S除去。

4.热再生塔
热再生塔为浮阀塔，其采用汽提的方法。

在甲醇热再生塔中用甲醇蒸汽做为介质，将溶解于甲醇中的CO2、H2S、COS全部解吸出来，达到甲醇再生的目的。

热再生塔顶部为解吸出来的H2S气体，底部为再生的甲醇液体。