專利名稱：一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體凈化工藝，涉及酸性氣體的脫除與回收方法。
變換后的原料氣經(jīng)冷卻與分離出冷凝液后進(jìn)入吸收塔，為防止冷卻過程中水分凍結(jié)，冷卻前先注入少量甲醇，分離出的甲醇與水混合液送甲醇-水蒸餾塔進(jìn)行分離。吸收塔頂部加入低溫貧甲醇來吸收CO2，塔的下段用一部分富含CO2的甲醇吸收H2S和COS，這一部分洗滌液約占整個(gè)洗滌液的45-48％左右。凈化氣由塔頂輸往后續(xù)工序以生產(chǎn)氨合成氣。
溶液在吸收硫化物與CO2過程中同時(shí)吸收的H2用減壓閃蒸回收，供尿素生產(chǎn)用的CO2產(chǎn)品氣由富液減壓和提溫閃蒸獲得。閃蒸解吸后仍留在溶液中的CO2在H2S濃縮塔中用N2氣提。為使解吸后的CO2產(chǎn)品氣及氣提后放空尾氣中基本不含硫，在CO2解吸塔與H2S濃縮塔的頂部都用不含硫但含有一定量CO2的甲醇溶液洗滌。
氣提后富含H2S的溶液經(jīng)與甲醇貧液換熱后送熱再生塔徹底再生，塔頂H2S餾分經(jīng)冷凝回收甲醇后送硫回收裝置，塔底得到貧甲醇。裝置所需補(bǔ)充的冷量由冷凍系統(tǒng)提供。
這一技術(shù)中，含硫與不含硫的甲醇液在解吸過程中混合在一起，造成最終全部循環(huán)液都需進(jìn)行熱再生，較大量的冷量被帶到熱區(qū)，補(bǔ)冷負(fù)荷較大，同時(shí)，熱再生負(fù)荷較大，熱再生又是這一技術(shù)能耗最大的過程，因此整個(gè)裝置能耗相對較大。
(2)U.S.4609384(1986)這一技術(shù)實(shí)際上在引進(jìn)裝置中已經(jīng)實(shí)施，但也存在缺點(diǎn)，主要有二，一是作為洗滌H2S用的不含硫甲醇洗滌后，最終也與含硫甲醇一起送熱再生塔，這就加大了熱再生負(fù)荷，能耗相對提高，二是氣提的處理量實(shí)際上是全部循環(huán)量，而且氣提出來的CO2全部損失，影響了CO2的回收率，在某種情況下就不能滿足后續(xù)工序?qū)O2的需求。
(3)U.S.4324567(1982)此技術(shù)的基本構(gòu)思是將CO2解吸塔塔底輸出的甲醇液進(jìn)一步減壓閃蒸，將含CO2的閃蒸氣用壓縮機(jī)壓縮并冷卻后送回解吸塔，以提高CO2回收率。
已獲得中國專利權(quán)的ZL94101447.9(1997)中，采用的措施，取得與上述美國專利相當(dāng)?shù)男Ч岣逤O2回收率，改善了吸收塔下段，即脫硫段的操作性能，提高了整個(gè)吸收塔的操作彈性，并降低了氨冷負(fù)荷。但含硫與不含硫富液的再生仍混合在一起，而且含硫溶液中的CO2總量仍占CO2量的一半左右。
(4)U.S.4430316(1984)其目的是提高物流中的H2S濃度。主要特點(diǎn)是采用了兩個(gè)濃縮塔和兩個(gè)熱再生塔。吸收塔起吸收H2S和CO2的作用，濃縮塔中用N2氣氣提，使甲醇中的H2S濃度相對提高，熱再生塔用加熱器將甲醇部分氣化，利用甲醇蒸汽氣提甲醇中的H2S，第一熱再生塔再生后的氣相中除H2S外，仍含有較多的CO2，經(jīng)冷卻后，在第二濃縮塔中用飽和有CO2的甲醇將氣體中的H2S吸收，以提高甲醇中的H2S濃度。經(jīng)上述處理后，送硫回收裝置的含硫氣體中的H2S濃度可提高到66％。但含硫與不含硫富液的再生仍混合在一起，而且含硫溶液中的CO2總量仍占CO2量的一半左右。
(5)ZL94105767.4(1997)這一專利的主要特點(diǎn)是一是將含硫與不含硫甲醇富液的再生分開，使在不同的設(shè)備、不同的條件下分別進(jìn)行，過程中基本不混合，只是含硫甲醇這一部分最終進(jìn)行熱再生，不含硫甲醇富液采用多級閃蒸的辦法，控制各級壓力及溫度，最終閃蒸后半貧液用于吸收塔主洗段的吸收。
二是含硫甲醇富液采用中壓氣提及中壓再吸收過程。中壓氣提后的液體送熱再生?？刂七^程條件使?jié)M足各項(xiàng)指標(biāo)。
這一專利著眼于提高CO2回收率，直至CO2基本上全部回收，但是對吸收塔的脫硫段未作改進(jìn)。對不要求CO2全部回收的工廠來說，這一技術(shù)顯得比較復(fù)雜，能耗和氨冷負(fù)荷也較大。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是(1)將吸收塔脫硫段分成兩段或多段，最好為兩段，分別用兩種溶液作為吸收液，下段或頂部第二段以下用能吸收氣體中大部分硫化物與少量CO2的半貧液，半貧液可以是微含硫的也可以是不含硫的，最好是已含有少量硫化物但仍能進(jìn)一步吸收氣體中大部分硫化物的半貧液，使氣體中的硫化物大部脫除，最上段用只含有CO2而不含硫化物的富液，例如吸收塔上塔脫碳塔段出口的一部分富液，可不經(jīng)冷卻，也可經(jīng)過冷卻，使氣體中剩余的硫化物精細(xì)脫除，同時(shí)盡量使氣體中少量CO2被吸收，使脫硫段出口的甲醇液中CO2總量盡可能少，即受硫化物污染的CO2量盡量少。
(2)將含硫與不含硫甲醇富液的再生過程徹底分開。含硫甲醇富液中的CO2不回收，溶液經(jīng)冷卻與減壓閃蒸回收H2后，直接送氣提塔的低溫含硫溶液濃縮段，不含硫甲醇富液冷卻減壓閃蒸回收H2后，減壓、提溫閃蒸得到CO2產(chǎn)品氣，部分溶液送氣提塔上部洗滌段，部分溶液最后送氣提塔下部不含硫溶液氣提段，出來后作為半貧液泵送回吸收塔主洗段。
(3)將氣提塔分成四段，從上而下分別為洗滌段、低溫含硫溶液濃縮段、含硫溶液氣提段和不含硫溶液氣提段，對溶液來說，各段彼此隔開，對氣體來說，上面三段是連通的，最下面一段是隔開的，其氣體通至最上面那一塔段。氣提N2分兩處加入，分別在第三段和第四段的下部。這四段中，頂部洗滌段用經(jīng)過閃蒸回收過CO2的不含硫低溫半貧液吸收氣提氣中的硫化物，使尾氣達(dá)到環(huán)保的排放標(biāo)準(zhǔn)。出口的含硫甲醇作為微含硫半貧液回收冷量后打回到吸收塔的脫硫段。吸收塔脫硫段出來的含硫富液經(jīng)冷卻減壓閃蒸回收H2，或減壓閃蒸回收氫后再冷卻，溫度在-30℃以下，進(jìn)入低溫含硫溶液濃縮段，吸收了底部上升氣體中大部分的H2S，溶液中部分CO2氣提出來，溶液中H2S濃度相對提高，此段底部出來的溶液溫度在-63℃以下，作為系統(tǒng)最低溫冷源，回收其冷量后送含硫溶液氣提段，此段同樣通過N2氣提相對提高溶液中H2S濃度，含硫溶液氣提后與貧液換熱送熱再生塔，得到甲醇貧液。最下面的不含硫溶液氣提段的目的是將不含硫溶液中的CO2含量進(jìn)一步減少，有利于再吸收CO2，作為半貧液打回到吸收塔主洗段。
(4)CO2回收過程中無含硫甲醇介入，不設(shè)洗滌段。不含硫甲醇的再生分為CO2回收過程及CO2回收后溶液的氣提過程。CO2回收過程可在閃蒸罐中進(jìn)行，取代現(xiàn)有技術(shù)的CO2解吸塔，閃蒸分三段，第一段溫度在-55℃左右，第二、三段在-30℃左右，第二、三段出口氣通入第一段，第一段出口氣作為CO2產(chǎn)品。第二、三段CO2解吸的溫度既要滿足系統(tǒng)中的冷量分配的需要，又要有助于CO2的解吸，或達(dá)到CO2產(chǎn)品氣量的要求。CO2產(chǎn)品的壓力要保證能順利通過回收其冷量的換熱設(shè)備，送到尿素生產(chǎn)裝置。CO2產(chǎn)品純度＞98.5％，甲醇含量＜300ppm。
(5)CO2回收后，不含硫甲醇再送往氣提塔的第四段，即最下一段，用N2氣提，氣提氣可回收其冷量后直接排放，但由于其溫度較高，甲醇分壓較大，甲醇損失量較大，可送到氣提塔最上一段，從塔頂排出，此即裝置的尾氣，由于其溫度較低，＜-63℃，甲醇分壓低，甲醇損失量少。氣提后的溶液作為不含硫的半貧液，直接送往吸收塔上塔的上中部CO2主洗段。
(6)多回收CO2，提高CO2產(chǎn)品回收率，本發(fā)明增設(shè)一個(gè)含硫溶液CO2解吸塔，其下部可設(shè)有一個(gè)或兩個(gè)閃蒸罐，上部為洗滌段。將含硫富液回收氫后通入含硫溶液CO2解吸塔下部的第一個(gè)閃蒸罐，閃蒸氣通入上部洗滌段，與氣提塔上部一樣用不含硫低溫半貧液吸收硫化物，從塔頂?shù)玫降腃O2產(chǎn)品氣與原CO2解吸塔頂?shù)玫降腃O2產(chǎn)品氣溫度及組成等完全相當(dāng)，二者混合后形成CO2產(chǎn)品氣。第一閃蒸罐出來的液相送氣提塔低溫含硫溶液濃縮段，經(jīng)閃蒸氣提再進(jìn)一步加熱后送入含硫溶液CO2解吸塔下部的第二個(gè)閃蒸罐，其氣相通入第一閃蒸罐，液相通往氣提塔的含硫溶液氣提段。含硫溶液CO2解吸塔上部洗滌段出來的液相微含硫，與氣提塔洗滌段出來的溶液混合換熱后通往吸收塔脫硫段下部。新增設(shè)的含硫溶液CO2解吸塔總體效果相當(dāng)于，將原來進(jìn)入氣提塔的低溫含硫富液濃縮段和含硫溶液氣提段溶液閃蒸出來的氣體洗滌脫硫，得到更多的CO2產(chǎn)品氣。亦即將原來進(jìn)入尾氣中的CO2氣洗滌脫硫后變成CO2產(chǎn)品。CO2氣體產(chǎn)量可增加40％以上。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是a、將原料氣(1)輸入吸收塔(2)的底部，與從塔頂部輸入的貧甲醇(7)、吸收塔(2)上段上部輸入的不含硫半貧液(6)、吸收塔(2)下段上部輸入的部分不含硫富液(4)、吸收塔(2)下段下部輸入的半貧液(3)接觸，吸收原料氣(1)中的CO2和H2S等酸性氣體，b、從吸收塔(2)底部出來的含硫富液(9)輸入氣提塔(11)的第二段閃蒸，并用第三段底部加入的氮?dú)?15)氣提，氣提后溶液(40)經(jīng)換熱升溫再送入第三段繼續(xù)氣提，氣提后的溶液(18)去熱再生系統(tǒng)(12)，氣提塔(11)第一段頂部用不含硫半貧液(19)洗滌，出來的液體(38)送回吸收塔(2)下段下部，氣提塔(11)塔頂尾氣(20)放空，c、從吸收塔(2)上段下部流出的不含硫富液(5)閃蒸后(31)進(jìn)入不含硫溶液CO2解吸塔(22)第一閃蒸段的上部，閃蒸后液體(24)經(jīng)換熱升溫后送入第二閃蒸段閃蒸，閃蒸后液體(26)經(jīng)換熱升溫后再送入第三閃蒸段閃蒸，出口液體(28)進(jìn)氣提塔(11)第四段用氮?dú)?16)氣提，氣提后的半貧液(29)經(jīng)泵生壓后半貧液(6)送吸收塔(2)上段上部。
增加CO2產(chǎn)品氣量時(shí)，從吸收塔(2)底部出來的含硫富液(9)閃蒸后(30)先進(jìn)入含硫溶液CO2解吸塔(49)下部第一閃蒸段，閃蒸后的液體(44)送氣提塔(11)的第二段，在此閃蒸氣提后的溶液(40)再換熱升溫后(45)送入含硫溶液CO2解吸塔(49)下部第二閃蒸段，解吸塔(49)塔底液相(46)送氣提塔(11)的第三段，解吸塔(49)的第一和第二閃蒸段的氣相經(jīng)解吸塔(49)上部洗滌段洗滌后成為增加的CO2產(chǎn)品氣(43)，含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段所用的洗滌液來自不含硫溶液CO2解吸塔(22)上部第一閃蒸段出來的液體(50)，洗滌后溶液(47)與氣提塔(11)洗滌段出來的洗滌液(38)匯合后送回吸收塔(2)下段下部。
輸入吸收塔(2)下段下部的半貧液(3)微含硫。
輸入吸收塔(2)下段下部的半貧液(3)不含硫。
氣提塔(11)的操作壓力為0.1～0.45Mpa。
氣提塔(11)的操作溫度為-25～-70℃。
不含硫溶液CO2解吸塔(22)操作壓力為0.1～0.45Mpa。
氣提塔(11)與含硫溶液CO2解吸塔(49)洗滌段出來的、輸入吸收塔(2)下段下部的溶液為微含硫半貧液。
閃蒸罐(21)出來的液體(48)輸入含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段作為洗滌液。
氣提塔(11)第一段洗滌液直接進(jìn)入氣提塔(11)第二段、第三段，氣提塔(11)第三段下部出來的溶液(18)送熱再生系統(tǒng)(12)，由熱再生系統(tǒng)(12)出來的溶液(13)經(jīng)換熱后為溶液(7)輸入吸收塔(2)頂部。
含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段洗滌后的溶液(47)與閃蒸后的液體(44)混合，輸入氣提塔(11)第二段上部。
本發(fā)明的有益效果是熱再生負(fù)荷低、氨冷負(fù)荷低、投資節(jié)省、CO2產(chǎn)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
實(shí)施例2增加CO2產(chǎn)量時(shí)，可增設(shè)含硫溶液CO2解吸塔(49)，此解吸塔分上、下兩部分，下部設(shè)有第一、第二兩個(gè)閃蒸段，上部為洗滌段。將原送入氣提塔第二段的含硫甲醇富液(30)通入新解吸塔(49)下部第一閃蒸段減壓閃蒸，氣相通往上部洗滌段，用不含硫低溫半貧液(50)洗滌，塔頂?shù)玫紺O2產(chǎn)品氣(43)。第一閃蒸段的液相(44)送氣提塔第二段，閃蒸氣提再加熱后(45)通入第二閃蒸段，其氣相通往第一閃蒸段，液相(46)通往氣提塔第三段。含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段所用的洗滌液可來自不含硫CO2解吸塔(22)上部第一閃蒸段出來的液體(50)，也可來自閃蒸罐(21)出來的液體(48)，洗滌段出來的液相(47)微含硫，與氣提塔洗滌段出來的液體(38)混合，換熱后通往吸收塔(2)脫硫段下部。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于a、將原料氣(1)輸入吸收塔(2)的底部，與從塔頂部輸入的貧甲醇(7)、吸收塔(2)上段上部輸入的不含硫半貧液(6)、吸收塔(2)下段上部輸入的部分不含硫富液(4)、吸收塔(2)下段下部輸入的半貧液(3)接觸，吸收原料氣(1)中的CO2和H2S等酸性氣體；b、從吸收塔(2)底部出來的含硫富液(9)輸入氣提塔(11)的第二段閃蒸，并用第三段底部加入的氮?dú)?15)氣提，氣提后溶液(40)經(jīng)換熱升溫再送入第三段繼續(xù)氣提，氣提后的溶液(18)去熱再生系統(tǒng)(12)，氣提塔(11)第一段頂部用不含硫半貧液(19)洗滌，出來的液體(38)送回吸收塔(2)下段下部，氣提塔(11)塔頂尾氣(20)放空；c、從吸收塔(2)上段下部流出的不含硫富液(5)閃蒸后(31)進(jìn)入不含硫溶液CO2解吸塔(22)第一閃蒸段的上部，閃蒸后液體(24)經(jīng)換熱升溫后送入第二閃蒸段閃蒸，閃蒸后液體(26)經(jīng)換熱升溫后再送入第三閃蒸段閃蒸，出口液體(28)進(jìn)氣提塔(11)第四段用氮?dú)?16)氣提，氣提后的半貧液(29)經(jīng)泵生壓后半貧液(6)送吸收塔(2)上段上部。
2.一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，增加CO2產(chǎn)品氣量時(shí)，其特征在于從吸收塔(2)底部出來的含硫富液(9)閃蒸后(30)先進(jìn)入含硫溶液CO2解吸塔(49)下部第一閃蒸段，閃蒸后的液體(44)送氣提塔(11)的第二段，在此閃蒸氣提后的溶液(40)再換熱升溫后(45)送入含硫溶液CO2解吸塔(49)下部第二閃蒸段，解吸塔(49)塔底液相(46)送氣提塔(11)的第三段，解吸塔(49)的第一和第二閃蒸段的氣相經(jīng)解吸塔(49)上部洗滌段洗滌后成為增加的CO2產(chǎn)品氣(43)，含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段所用的洗滌液來自不含硫溶液CO2解吸塔(22)上部第一閃蒸段出來的液體(50)，洗滌后溶液(47)與氣提塔(11)洗滌段出來的洗滌液(38)匯合后送回吸收塔(2)下段下部。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，輸入吸收塔(2)下段下部的半貧液(3)微含硫。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，輸入吸收塔(2)下段下部的半貧液(3)不含硫。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，氣提塔(11)的操作壓力為0.1～0.45Mpa。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，氣提塔(11)的操作溫度為-25～-70℃。
7.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，不含硫溶液CO2解吸塔(22)操作壓力為0.1～0.45Mpa。
8.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，氣提塔(11)與含硫溶液CO2解吸塔(49)洗滌段出來的、輸入吸收塔(2)下段下部的溶液為微含硫半貧液。
9.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，閃蒸罐(21)出來的液體(48)輸入含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段作為洗滌液。
10.據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，氣提塔(11)第一段洗滌液直接進(jìn)入氣提塔(11)第二段、第三段，氣提塔(11)第三段下部出來的溶液(18)送熱再生系統(tǒng)(12)，由熱再生系統(tǒng)(12)出來的溶液(13)經(jīng)換熱后為溶液(7)輸入吸收塔(2)頂部。
11.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法，其特征在于，含硫溶液CO2解吸塔(49)上部洗滌段洗滌后的溶液(47)與閃蒸后的液體(44)混合，輸入氣提塔(11)第二段上部。
全文摘要
一種節(jié)能型原料氣凈化甲醇洗方法屬于氣體凈化工藝,涉及酸性氣體的脫除與回收方法,特別涉及一種用甲醇脫除與回收H
文檔編號C01B3/00GK1377825SQ0113881
公開日2002年11月6日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者張述偉, 曲平, 杜亞明, 俞裕國, 王長英 申請人:大連理工大學(xué)