CN104857817A - 低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法。该设备设置在甲醇洗涤塔和气提再生塔之间，在甲醇洗涤塔顶部的净化气出口管道上设置净化气出口导淋；所述的净化气出口导淋的下游端连接净化气引入管线；净化气引入管线接入气提气管线；所述气提气管线一端通入气提再生塔的底部，另一端连接氮气源。当氮气源无法提供氮气时，使用本套设备，将甲醇洗涤塔顶部的净化气通过开启的净化气出口导淋，经过减压阀减压，引入气提再生塔内作为气提气将甲醇再生。由此可以保证在氮气源故障情况下，气提再生塔的不间断运行，保证低温甲醇洗步骤的持续运行；不需要引入空气分离装置，减少经济损失。

Description

低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及合成氨工艺中，变换气低温甲醇洗后、甲醇再生的生产工艺，具体的讲是一种低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法。

背景技术

合成氨生产中，对于变换气净化采用低温甲醇洗工艺，即：利用低温下甲醇吸收二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)和有机硫杂质如硫氧化碳(COS)等；同时也脱除变化气中带入的饱和水，制得合格的净化气送往甲醇合成岗位或液氮洗岗位。低温甲醇洗脱完后，再次循环利用之前，必须经过气提再生。通常是将洗脱后的甲醇经过减压解析后，导入惰性的气体，降低溶质(吸收的杂质)分压，实现进行气提，使得甲醇再生。

以上过程所基于的原理为：低温甲醇洗的原理，具体如下：

甲醇吸收酸性气体的过程没有化学反应发生，因此属物理吸收。该物理吸收的理论基础是——亨利定律，其表达式为：

P＝KX

式中：P－操作压力；K－亨利系数；X－溶质的分子分数。

从式中看出：P愈高则X愈大，表示溶解在溶剂中的溶质愈多。

K值的大、小亦是随溶质、溶剂的不同而异。溶剂甲醇分子是极性分子，因此对同样是极性分子的溶质CO₂、H₂S等的吸收量就远大于分子属非极性分子的H₂、N₂、CO、Ar(此类气体认为是“惰性的气体”)等的吸收量。意即：溶剂甲醇对溶质CO₂、H₂S和溶剂甲醇对溶质H₂、N₂、CO、Ar等的K值是不同的。

在溶剂进行吸收时，根据亨利定律压力愈高、温度愈低，单位溶剂量吸收的溶质量亦愈多，因此，在吸收时，希望是高压、低温。由于在高压、低温下，气体已是真实气体，故不完全遵循亨利定律，即必须对亨利定律进行修正。但溶剂对溶质的吸收仍有以下的趋势：

1)对于大多数气体而言，压力愈高、温度愈低；根据经验，吸收温度则通常要比进料气体的露点温度高出：5～10℃为宜。

2)在真实气体的条件下，混合气体中的各分子间存在着引力，即范德华力，它将使其在溶剂中的溶解量减少和亦使混合气体的露点比单一气体有所下降。

3)对于混合气体而言，当一种易溶组分溶解在溶剂中时，这一易溶解的组分会象溶剂一样吸收另一组分。

在吸收了溶质的溶剂进行解吸时：根据亨利定律压力愈低、温度愈高，则愈利于溶质的解吸，在温度等于溶剂的沸点时，溶质在溶剂中的溶解量为零。因此，选择溶剂解吸的方法有：

1)减压解吸法，即吸收了溶质的溶剂，通过节流和降低***的总压(甚至到负压)，实现溶质的解吸。

2)气提解吸法，即导入惰性的气体，降低溶质分压，实现溶质的解吸。

3)加热解吸法，即用外来的热量把溶剂加热到沸腾，使溶质在溶剂中的溶解量为零。

基于以上的论述，低温甲醇洗工序的流程组成为：甲醇吸收变换气中的酸性气体，采用加压吸收；为降低吸收温度，把吸收了酸性气体的富甲醇，采用先预冷再减压解吸，以得到更低的***温度，并通过热量交换使净甲醇的吸收温度降低。为保证吸收后所得净化气体的净化度达到要求，最终还可以采用把甲醇加热到沸点解吸，解吸后的甲醇，不再溶解有任何酸性气体。

在合成氨工艺中，最常见的惰性气体为氮气，低温甲醇洗步骤就采用氮气作为气提气。一套低温甲醇洗的装置满负荷生产时，所需氮气量为2500m³/h左右，通常二氧化碳的回收率约70％。

如果不对吸收杂质气体的甲醇进行气提，那么该甲醇将无法再去吸收二氧化碳和硫化氢；进而导致低温甲醇洗步骤停车，整个合成氨生产流程中断。

合成氨生产中，如果碰上煤气化装置必须停运大修等情况，甲醇依然使用氮气作为气提解吸介质。此时的氮气是由一套空气分离装置提供的。通常使用的空气分离装置产氮设计能力为6000m³/h，实际产氮量为4500～8500m³/h，远远大于甲醇洗所需氮气量，使用时必须处理多余的氮气，造成一定的浪费。万一空气分离装置出现故障，不能持续提供所需的氮气，则也造成低温甲醇洗步骤停车，整个合成氨生产流程中断。

在无法提供持续足量的氮气时，如何能够有效而经济保证低温甲醇洗步骤能够持续工作，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止也尚无令人满意的技术方案问世。

发明内容

本发明的第一目的就是要提供一种低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，该技术可以确保提供持续足量的惰性的气体作气提气，保证低温甲醇洗步骤能够持续工作，保障甲醇的正常再生及合成氨生产工艺的稳定进行，相对于直接外接空气分离装置更加的方便有效。

为实现上述目的，本发明所设计的低温甲醇洗后气提再生甲醇设备设置在甲醇洗涤塔和气提再生塔之间，包括设备为：在甲醇洗涤塔顶部的净化气出口管道上设置净化气出口导淋；所述的净化气出口导淋的下游端连接净化气引入管线；净化气引入管线接入气提气管线；所述气提气管线一端通入气提再生塔的底部，另一端连接氮气源。

作为优选方案，所述的净化气管线上还设置有减压阀。

作为优选方案，所述气提气管线的靠近氮气源一端设置有氮气管线阀门；所述气提气管线靠近气提再生塔底部的末端设置有气提气管线阀门。

作为优选方案，所述净化气引入管线接入气提气管线的位置在氮气管道阀门和气提气管线阀门之间。

进一步地，在甲醇洗涤塔顶部的净化气出口管道上，不超过所述甲醇洗涤塔顶部10米处设置所述净化气出口导淋。

本发明的第二目的是设计的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)氮气源无法持续提供足量氮气时，开启净化气出口导淋，甲醇洗涤塔顶部有部分净化气通过净化气出口导淋流入净化气引入管线中；

步骤2)调节减压阀，使得甲醇洗涤塔中流出的净化气的压力和气提再生塔中的解吸压力相同；

步骤3)调节净化气引入管线的净化气流量和气提再生塔所需的氮气流量一致；

步骤4)关闭氮气管线阀门；净化气持续向气提再生塔中流入；

步骤5)当氮气源可以再次向气提再生塔中持续足量供应氮气时，开启氮气管线阀门，关闭净化气出口导淋；进入正常生产过程。

作为优选方案，所述步骤2)中，减压阀5将所述净化气的压力降至0.19MPa。

作为优选方案，所述步骤3)中，净化气引入管线2内的净化气流量为2000～3000m³/h。

本发明在仔细研究和分析了低温甲醇洗步骤工艺以及之后的气提甲醇再生步骤工艺中，甲醇和相应的不同气体各自的物理及化学特性的基础上，结合低温甲醇洗及气提甲醇再生设备的运行特点，巧妙地将净化气导入气提再生塔作为气提气以暂时代替氮气，其优点主要体现在如下几方面：

其一，甲醇洗涤塔顶部导出的净化气成分稳定，且相对于甲醇来说均为惰性的气体。这是能够利用净化气代替氮气作为气提气的必要条件。

其二，对净化气成分分析后发现，和单纯的以氮气为甲醇再生的气提气相比，净化气中占多数的氢气作为气提气对甲醇进行再生及二氧化碳回收的效果还要好。

其三，甲醇洗涤塔中的净化气的温度比氮气源的氮气温度更低，可以更有效的对甲醇进行再生及二氧化碳回收。

其四，本发明所设计低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备需要在气提再生塔和甲醇洗涤塔之间铺设管线，同时在管线上安装各种闸门以及调控设施。并不需要将原本合成氨工艺中的设备进行重大改装或改造，所需的改造工程量小，施工方便，也易于推广应用。

其五，在氮气源出现故障不能持续持续足量氮气的情况下，利用本发明所设计低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备能够保证气提再生塔不间断工作，不需要另外引入空气分离装置，既不浪费时间，同时还能够保证工艺步骤不间断进行，避免浪费。

其六，本发明还可以当作气提再生塔的备用气提气源设备。同时可以给予其他类似工艺以启发。

附图说明

图1为低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的结构示意图。

图中：甲醇洗涤塔1，净化气引入管线2，气提再生塔3，净化气出口导淋4，减压阀5，气提气管线6，气提气管线阀门7，氮气管线阀门8。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的设备和工艺作进一步的详细描述。

如图1所示的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，设置在甲醇洗涤塔1和气提再生塔3之间。

在甲醇洗涤塔1顶部的净化气出口管道上设置净化气出口导淋4。所述的净化气出口导淋4的下游连接净化气引入管线2。所述的净化气管线2上还设置有减压阀5。净化气引入管线2接入气提气管线6。

气提气管线6通入气提再生塔3的底部。所述气提气管线6的来料入口端设置有氮气管线阀门8，且该气提气管线6靠近气提再生塔3的末端设置有气提气管线阀门7。正常运行时，该气提气管线6向气提再生塔3中输送氮气做气提气，以将甲醇气提再生。

净化气引入管线2接入气提气管线6时，设置在气提气管线阀门7和氮气管线阀门8之间。

变换气(除了主要成分氢气和氮气外，还含有二氧化碳、硫化氢、硫氧化碳、一氧化碳等杂质)从底部进入甲醇洗涤塔1中，低温甲醇从甲醇洗涤塔1的顶部送入，二者逆流接触。变换气中的二氧化碳、硫化氢和硫氧化碳等酸性气体杂质绝大全部被甲醇吸收后，得到了净化气。该净化气的成分为：氢气75V/V％，氮气24.8V/V％，其他0.2V/V％(V/V％为体积百分比)。净化气中，0.2V/V％的其他气体主要是一氧化碳、少量未吸收完全的二氧化碳、甲烷等；其中的一氧化碳和甲烷等气体对于甲醇来说是惰性的气体。

甲醇洗涤塔1的顶部设置有管线，以将净化气引入下一工序中。在该甲醇洗涤塔1的顶部管线上5米处，设置净化气出口导淋4。该净化气出口导淋4设置不能超过该甲醇洗涤塔1的顶部管线上10米处。在正常生产时，该净化气出口导淋4为关闭状态。当气提再生塔3的氮气源无法供应时，开启该净化气出口导淋4，一部分净化气可以通过并进入净化气引入管线2中。在净化气引入管线2上设置有减压阀5，将所述净化气的压力从甲醇洗涤塔1内流出时的2.88MPa降至气提再生塔3内设计的解吸压力0.19MPa。所述净化气通过减压阀5后，依然沿净化气引入管线2进入气提气管线6。在所述气提气管线6的末端设置有气提气管线阀门7。所述净化气通过该气提气管线阀门7后，进入气提再生塔3底部，代替氮气作为气提气将甲醇再生。

正常生产中，甲醇洗涤塔1的净化气产量为75000m³/h；气提再生塔3需要氮气为2500m³/h。控制从净化气出口导淋4中流出的净化气分流，仅仅将2500m³/h的净化气流入气提再生塔3中，以替代氮气。

正常生产中，甲醇洗涤塔1内的压力为2.88MPa，顶部流出的净化气原始压力为2.88MPa。而气提再生塔3所需的氮气的解吸压力为0.19MPa。因此，利用净化气引入管线2上安装的减压阀5，将净化气压力降低至气提再生塔3所需的解吸压力0.19MPa。

正常生产中，气提再生塔3的下部通入氮气，使得富甲醇中的二氧化碳解吸。所述气提再生塔3的上部为高浓度二氧化碳回收部，下部为氮气气提部。气提可以解吸大部分的二氧化碳。氮气作为气提气，在该气提再生塔3内经过多次循环利用，最后经过冷量回收、脱硫后作为尾气排入大气中。利用净化气替代氮气作为气提气时，同样经过气提气管线6进入气提再生塔3的底部。然后，净化气可以和氮气一样实现气提，在该气提再生塔3内经过多次循环利用，将二氧化碳解吸；最后，净化气也和氮气一样通过冷量回收、脱硫等步骤后，作为尾气排入大气中。

因此，当生产过程中，气提再生塔3底部的氮气输入不足时，即氮气源发生故障或意外，无法向气提再生塔3中稳定持续的输入足量的氮气时，启动本发明所设计的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备。该低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的使用方法如下列步骤：

步骤1)氮气源无法持续提供足量氮气时，启动本套设备。首先开启净化气出口导淋4，则甲醇洗涤塔1顶部有部分净化气通过净化气出口导淋4流入净化气引入管线2中。此时，净化气的温度为甲醇洗涤塔1内的温度，即20℃。该股净化气的压力比甲醇洗涤塔1内的压力2.88MPa(初始的压力)略小。

步骤2)调节减压阀5，使得甲醇洗涤塔1中流出的净化气的压力和气提再生塔3中的解吸压力相同。一般情况下，预先将减压阀5设置成从甲醇洗涤塔1内的压力2.88MPa减压至气提再生塔3内的解吸压力0.19MPa。

步骤3)调节净化气引入管线2内的净化气流量和气提再生塔3所需的氮气流量一致。仅仅一部分净化气从甲醇洗涤塔1内流出，控制其流量以配合气提再生塔3的设计需求量。

步骤4)关闭氮气管线阀门8；净化气持续向气提再生塔3中流入。完全切断氮气源，气提再生塔仅仅利用净化气进行工作。

步骤5)当氮气源可以再次向气提再生塔3中持续足量供应氮气时，开启氮气管线阀门8，关闭净化气出口导淋4；进入正常生产过程。达到正常生产需求，氮气源可以向气提再生塔3中再次供应持续足量的氮气，以供甲醇再生；那么将本发明所设计的装置关闭。

本发明的原理是：

在相同温度和相同压力下，氢气在甲醇中的溶解度小于氮气在甲醇中的溶解度。由于净化气的成分为氢气75％，氮气24.8％，其他0.2％，和单纯的氮气相比，氢气的含量大大增加。因此，本发明利用净化气作为气提再生塔3的气提气，有利于降低气相中净化气的分压，提高二氧化碳气的分压，从而有利于二氧化碳的气提及甲醇的再生。

在相同压力下，温度降低时，氢气和氮气在甲醇中的溶解度均下降，氮气和氢气在气相中的分压均增加，即：在相同压力下，温度降低时，净化气和氮气同样的在甲醇中的溶解度均下降，净化气和氮气同样的在气相中的分压均增加。因此，本发明利用净化气作为气提再生塔3的气提气，有利于降低二氧化碳在气相中的分压，从而有利于二氧化碳的析出及甲醇的再生。

实际生产中，气提再生塔3中使用的氮气为约35℃，一般情况下的二氧化碳的回收率为70％左右。利用本发明，从甲醇洗涤塔1中导入气提再生塔3中的净化气为约20℃，最后二氧化碳的回收率能达到75％。

在实际生产操作中，如果碰到各种故障，而无法保证向气提再生塔3中提供持续足量的氮气，无法保证低温甲醇洗步骤持续工作。这种情况下，往往需要将空气分离装置停车，进行检修；同时也必须将低温甲醇洗步骤同样停车。在设计产量为40万吨/年的合成氨工厂中，空气分离装置停车后再开车至正常情况，且低温甲醇洗步骤同样再开车至正常情况，前后需要至少8小时；这期间，仅仅因为减少产量而造成的经济损失为80万元。

由此可见，采用本发明的方法对合成氨工艺中的甲醇洗涤塔1和气提再生塔3之间改造安装上本发明所设计的管线。如果再遇上气提再生塔3所需的氮气供应故障，直接利用净化气导入气提再生塔3中，完成气提甲醇再生，保证低温甲醇洗步骤不停车；从而减少经济损失。

由此可见，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，设置在甲醇洗涤塔(1)和气提再生塔(3)之间，其特征在于：在甲醇洗涤塔(1)顶部的净化气出口管道上设置净化气出口导淋(4)；所述的净化气出口导淋(4)的下游端连接净化气引入管线(2)；净化气引入管线(2)接入气提气管线(6)；所述气提气管线(6)一端通入气提再生塔(3)的底部，另一端连接氮气源。

2.根据权利要求1所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，其特征在于：所述的净化气引入管线(2)上还设置有减压阀(5)。

3.根据权利要求1或2所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，其特征在于：所述气提气管线(6)的靠近氮气源一端设置有氮气管线阀门(8)；所述气提气管线(6)靠近气提再生塔(3)底部的末端设置有气提气管线阀门(7)。

4.根据权利要求3所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，其特征在于：所述净化气引入管线(2)接入气提气管线(6)的位置在氮气管线阀门(8)和气提气管线阀门(7)之间。

5.根据权利要求1所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备，其特征在于：在甲醇洗涤塔(1)顶部的净化气出口管道上，不超过所述甲醇洗涤塔(1)顶部10米处设置所述净化气出口导淋(4)。

6.上述根据权利要求1～5中任一要求所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)氮气源无法持续提供足量氮气时，开启净化气出口导淋(4)，甲醇洗涤塔(1)顶部有部分净化气通过净化气出口导淋(4)流入净化气引入管线(2)中；

步骤2)调节减压阀(5)，使得甲醇洗涤塔(1)中流出的净化气的压力和气提再生塔(3)中的解吸压力相同；

步骤3)调节净化气引入管线(2)内的净化气流量和气提再生塔(3)所需的氮气流量一致；

步骤4)关闭氮气管线阀门(8)；净化气持续向气提再生塔(3)中流入；

步骤5)当氮气源可以再次向气提再生塔(3)中持续足量供应氮气时，开启氮气管线阀门(8)，关闭净化气出口导淋(4)；进入正常生产过程。

7.根据权利要求6所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，减压阀(5)将所述净化气的压力降至小于0.25MPa。

8.根据权利要求6所述的低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中，净化气引入管线(2)内的净化气流量为2000～3000m³/h。