低温甲醇洗工艺中煤气脱硫过程的操作参数优化.pdf
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1、2 0 0 2年第 2 1卷第 6期 化 工 进 展 CHEM I CAI I NDUS r RY A D E GI NEE R I G PRoGRES S 4 2 5 i 工艺装备l 。雪 低温 甲醇 洗工 艺 中煤气 脱硫 过 程 的操 作参数 优化 姜殿 臣 陈晓春(1哈尔滨气化厂,哈尔滨,1 5 0 0 7 6;2北京化工大学,北京,1 0 0 0 2 9)摘要哈 尔滨气化厂采用德国 S(低温甲醇洗工艺进行煤气脱硫,由于调整 了原料路线和 生产能力,原有工 艺条件 已经不能满足生产需要,因而操作参数的优化迫在眉睫:本文首先探讨 了影响煤 气净化效果的因素,在 此基础上研究了操作参数的优
2、化思路,提 出了切实可行的操作参数优化方案,并在实际生产过程 中取得 了较好 的操作 效果 关键词低温甲醇洗涤,操作参数优化,煤气脱硫 中图分 类号T Q 5 4 6 文献标识 码A 文章 编号 1 0 0 06 6 1 3(2 0 0 2)0 6 0 4 2 50 3 采用煤加压气化技术生产的城市粗煤气 中含有 一定数量 的轻烃物质、二氧化碳、硫化物、硫 的氧 化物、有 机 硫、含 氮 化 合 物(如 氨、二 氧 化 氮)等,这些有 害杂质必 须在 并人城 市煤气 管 网前脱 除。煤气净化的深度取决于采用的净化技术,不同 的净化技 术达 到的净 化效 果差别很 大l 卜,目前 国际上普遍采用
3、的是低温甲醇洗涤技术。哈尔滨气 化厂从德国黑 水泵加压 气化厂 引进 S C S低温 甲醇 洗涤工艺,由于原料路线和生产能力的调整,原有 操作参数 的范 围发 生 了较 大变 化【。为 了尽 可 能 保证煤气的净化效 果,进行 了大量实验研究,寻找 到 了较适宜的操作参数变化范 围,为生产高质量的 城市煤气奠定 了基础。l 影响净煤 气总硫含量的因素 低温 甲醇洗工艺是一种物理吸收过程,它依据 的基本原理是各种组分在 甲醇中的溶解度不同,并 且酸性气体与其他组分 的溶解度差别很大。采用的 工艺过程如下:粗煤气首先用低温甲醇清洗,煤气 中的酸性气体被 甲醇吸收下来,然后将吸收了酸性 气体的甲醇在
4、低压、高温条件下再生,将吸收的酸 性气体从 甲醇中解吸出来并进行后处理,干净 的甲 醇再次循环 回甲醇洗涤系统重复利用。因此,硫化 物 的脱除过程与下列因素相关:温度、压力、甲醇 循环量、甲醇的纯度、甲醇再生过程的质量、循环 量 的匹配、原料中硫化物浓度的变化、煤气中的氨 含量等。1 1温度 在低温甲醇洗工艺中,影响硫化物脱除效果的 最重要因素是温度。因为煤气脱硫 的效果取决于酸 性气体在 甲醇中的溶解度 和达到气液平衡时酸性气 体在气相 中的分压,此两 因素都是温度的函数。气 体在液体 中的溶解度 随温度 的降低 而增大,因此,采用较低 的洗涤温度对气体净化过程有利。1 2 压 力 从传质推
5、动力的角度分析,吸收过程的压力越 高,越有利于吸收过程的进行,气相 中硫化物的分 压越大,吸收 的推 动力越大,因而吸收速率越快。同时,提高 压力还 可 以增 加液 体对气 体 的吸收能 力。当硫化物的分压一定时,增加 总压势必会降低 出塔气体中硫化物的分压,也就提高了气体的净化度。1 3甲醇的循环量和气液 比 硫化物在 甲醇中的溶解度主要是温度和压力的 函数,温度、压力确定后,硫化物的溶解度基本恒 定。从传质动 力学 角度分析,溶液的循环量越大,在板式塔的正常操作范 围内,气液比越小,气液两 相在塔 内接触越充分,传质效果越好;溶液的循环 量过小,气 液比过大,气液接触不 良,传质效果降 低
6、,最终导致硫化物的净化度降低。1 4甲醇的质量 进入低温甲醇洗涤塔的甲醇纯度,包括甲醇的 含水 量、甲醇 中硫化 物 和二 氧化 碳 的浓 度等,对 硫化物的吸收效果都有重要影响。如甲醇中含水5 收稿 日期2 0 0 2一叭 一1 5。第一作者简 介 姜殿 臣(1 9 6 3 一),高级 工程 师,哈 尔滨 气化 厂 厂 长,电话 0 4 5 l 4 6 2 3 0 7 4;联 系 人 陈晓 春,工学 博 士,副 教授,电话 0 1 06 4 4 3 3 7 7 6。维普资讯 http:/-4 2 6-化 工 进 展 2 0 0 2年第 2 1卷 时,二氧化碳在 甲醇 中的溶解度 降低 1 5
7、,硫 化 氢的溶解度也大幅度下降;另一方面,甲醇中除含 有水和硫化物、二氧化碳外,还含有轻油组分。导 致这种现象 的主要原因是进入低温 甲醇洗涤工段 的 粗煤 气温度不合格。粗煤气温度偏高,煤气 中携带 的挥发分增 多,将导致甲醇洗涤系统 中水和轻油组 分偏 高。1 5粗煤气中的氨含量 入 口粗煤气中的氨含量对低温甲醇洗涤的工况 与效果产生重要影响。如果气体中氨含量增多,氨 与水及二氧化碳反应生成溶解度较小 的碳 酸氢铵结 晶,结晶的存在最终导致系统某部位堵塞;或在洗 涤塔中被 甲醇吸收后,在 甲醇再 生时生成硫化铵,硫化铵溶解于甲醇中,并 随甲醇返 回到洗涤塔 内,在塔顶分解成氨和硫化氢,挥
8、发到煤气中,造成净 化气总硫含量不合格。1 6 粗煤气 中有机硫偏高 在原料煤 的挥 发分 中含有 多种 有机硫,如 硫 醇、硫醚、噻吩、二硫化碳、硫氧化碳等在煤 的气 化过程中随挥发份进入粗煤气 中,此外还含有无机 硫硫化氢。在低温 甲醇中,硫化氢、二硫化碳 的溶解度非常大;硫醇、硫醚、硫氧化碳等虽然在 甲醇中的溶解度很小,但 由于原料气中含量小,以 及在 C O变换工段中大部分有机硫被转换成溶解度 较大的硫化氢。因此净煤气 中有机硫都能达到工艺 控制指标。但是,哈尔滨气化厂采用的是城市煤气 与 甲醇联合生产的策略,正常生产过程经常受 甲醇 产量 的限制,CO 变换 率频繁 调整,当 CO变
9、换率 高 而煤气 中 C O 含量低 时,为 了满 足城市 煤气 中 CO 含 量 的要 求,通过 变换 炉 副线 调 整煤 气 中的 CO 含量,从而使一部分原料气未经变换就进入 低 温 甲醇洗系统,部分有机硫未被转化成为溶解度大 的硫化氢,从而直接导致净煤气中有机硫超标。2 操作参数优化 针对上述分析,哈尔滨气化厂针对低温甲醇洗 工艺及其操作条件进行 了比较 系统的实验研究,最 终找 出了各种工艺参数及指标 的控制策略。2 1 温度的控制 温度是影响甲醇洗效果的最重要因素之一,为 了尽可能满足低温要求,哈尔滨 气化厂采用两种方 式提供冷量:一是采用氨吸收制冷工段的冷量;二 是溶解 了 c
10、o2的甲醇通 过低压条 件下 降压 闪蒸提 供冷量。经过长期研究发现,通过两种方式配合使 用,可 以保 证 一5 5 的 甲醇洗 涤条 件。由于 C O 2 溶解于 甲醇中要释放一定量的溶解热,导致甲醇温 度升高,因此为了保证甲醇的低温吸收条件和较 高 的吸收能力,设置 了甲醇中间冷却装置,保证循环 甲醇的温度维持在较低水平。当氨制冷系统出现波 动,制冷量降低时,通过调整甲醇循环在两个再生 部分 的流量 匹配,在设 备允许 的范 围 内调整 C 闪蒸系统 的循环量,缓解制冷装置冷量的不足。为 了满足闪蒸塔塔顶负压要求,必须 同时增大气体 喷 射器驱动气体流量,降低热再生的负荷。2 2 压力的选
11、择 尽管低温甲醇洗涤的压力是由气化炉的操作压 力决定的,但是控制系统压差的增大对吸收过程有 利。从上述分析可见,低温甲醇洗 涤应尽可能控 制 在较高压力下 进行。哈 尔滨气化厂采用种种措施,尽量减少各种环节的压力损失,最终使低温甲醇洗 涤工段的操作压力控制在 2 1 2 5 MP a 范 围内。2 3 合理调整甲醇循环量和气液比 在一定的工艺操作条件下,溶液对气体 的吸收 能力受气液平衡 的限制,而在实际操作情况下吸收 操作达不到气液平衡状态,因此过大的吸收负荷将 降低气体的净化度,加上循环度 的增大导致过大的 循环动力消耗,也增大甲醇中间冷却器和氨冷器的 热负荷,因此,在保证气体净化度 的前
12、提下,应 当 尽量精确控制甲醇的循环量。经过一系列工业实验 研究,在低温 甲醇洗工艺中,当原料气量为 4 0 0 0 0-7 6 0 0 0 m h时,甲醇的循环 量控制 1 5 0 2 5 0 t h 是 比较适宜的。2 4 严格保证 甲醇质量 在低温 甲醇洗系统中,甲醇的再生采用低温 甲 醇分段解 吸和甲醇加热气提相结合 的方法,先二氧 化碳 闪蒸,再硫化氢 闪蒸。在浓缩部分,则根据具 体情况采用加热气 提方法再生。甲醇中已经溶解 了 二氧化碳、硫化氢、有机硫等组分,如果甲醇再生 质量不合格,再生效果难以保证,这样的甲醇进入 低温甲醇洗涤工段,将直接导致吸收剂 的吸收效率 降低。尤其严重的
13、是,当甲醇中硫化物较高时,甲 醇中的硫化物将挥发到净化气中,直接导致净化气 体不合格,硫化物超标。因此。优化操作 甲醇的再 生过程,加强 c o 2解 吸过程 的条件控 制,合理 匹 配 甲醇量的分布,确保热平衡,采取多种措施,保 证人塔甲醇 中硫化物和水、轻油等组分 的含量达到 最低值。维普资讯 http:/ 第 6 期 姜殿臣等:低温甲醇洗工艺中煤气脱硫过程的操作参数优化 4 2 7 2 5 严格控制粗煤气的杂质含量 控制粗煤气中的杂质含量,尤其是氨和有机硫 含量意义重大。因此,从工艺操作上采取措施保证 强力洗涤系统的效率,最大限度地降低水洗后气体 中的氨含量,消除由此造成的隐患。结合城市
14、煤气 与合成 甲醇联产的实际情况,如果需要用变换前 的 原料气调整煤气中的 C O含量时,可以考虑调整工 艺条件降低变换的效率,使 C O 变换率降低,以满 足煤气 C O浓度的要求。3 结 语 经过长期的系统化试验研究,优化了所有涉及 Opt i m i z a t i o n o f Ope r a t i o na l 到的重要工艺参数,尤其是对 以上因素采取了严格 控制与管理措施,使经过低温 甲醇洗涤工段等净化 工序后 的净煤 气总硫 含量控 制到 了质量 分数低 于 1 mg k g 的范 围内,在净化精度上取得 了明显 的效 果,总 硫脱 除 率达 到 了 9 9 8,与设 计 值
15、 相 比,优化操作前后对硫化物 的控制效果有 了明显提高。1 李忠顺 2 张 巨水 3 王泽 民 4 张 贵明 参考文献 J 河北冶金,1 9 9 9,(6):4 34 5 J 煤化工,1 9 9 9,(4):2 1 2 3 J 江西化 工,1 9 9 9,(4):2 82 9 姜殿臣,J 化 工进展,2 0 0 0,1 9(4):6 2 6 3 Pa r a m e t e r s i n S u l f i d e Re m o v i ng Pr o c e s s f r o m Co a l Ga s i n t h e S CS Te c hn o l o g y J i a n
16、g Di a n c h e n ,Ch e n Xi a o c hu n (1 Ha r b i n C o a l G a s i f y i n g F a c t o r y,Ha r b i n,1 5 0 0 0 0;2 B e ij i n g Un i v e r s i t y o f C h e mi c a l Te c h n o l o g y,B e O i n g,1 0 0 0 2 9)Ab s t r a c t Th e l o w t e mp e r a t u r e S CS t e c h n o l o g y d e s i g n e d
17、f r o m GERMANY i s u s e d f o r t h e s u l f i d e r e mo v i n g p r o c e s s i n p u r e c o a l g a s p r o d u c t i o n Th e o p e r a t i o n a l c o n d i t i o n s n o wa r e n o t s u i t a b l e f o r t h e p r od u c t i o n s i n c e t h e f e e d h a v e t O a n d t h e q u a n t i
18、t y o f t h e c o a l g a s h a v e b e e n b o t h c h a n g e d c o mp a r i n g t o t h e d e s i g n e d v a l u e s S o i t i s u r g e n t t h a t we a d j u s t t h e o p e r a t i o n a l p a r a me t e r s t O s u i t t h e n e w c o n d i t i o n s B a s e d o n t h e d i s c u s s i o n o
19、 f p a r a me t e r s wh i c h a f f e c t e d t h e e f f i c i e n c y o f t h e s u l f i d e r e mo v i n g p r o c e ss,we h a v e g i v e n o u t a n o p t i mi z i n g a p p r o a c h wh i c h o f f e r s t h e r e l a ti v e l y P e a s i b l e o p e r a t i o n p a r am e t e r s,a n d t h
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