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1、煤气净化工艺设计与优化低温甲醇洗,主要内容,研究背景,设计思路,工艺设计,结论与展望,1.研究背景,我国的能源结构特点：“富煤、贫油、少气”，能源供应过度依赖煤炭。,1.研究背景,煤气化是现代化工的核心技术，煤气化生成合成气(主要成份是CO+H2)，是化工生产中的大宗基础原料合成甲醇与合成氨的原料气。,空分,煤气化,尿素,合成氨,甲醇,聚丙烯,聚甲醛,汽油,MTP,甲醛,脲醛树脂,煤,煤化工产品工业链,1.研究背景,合成气中向下游转化过程中必须脱除其中杂质，否则会危害后续工艺流程，造成环境的污染和资源的浪费。低温甲醇洗净化技术的不断发展。,1.1 煤气净化的分类,1.2 煤气净化典型工艺比较,
2、表1-2 Rectisol、NHD、MDEA工艺比较,1.2 煤气净化典型工艺比较,表1-3 低温甲醇洗和聚二甲醚乙二醇的比较,1.2 煤气净化典型工艺比较,所以本论文针对100吨甲醇生产净化工段选择低温甲醇洗工艺进行设计。,从以上两表分析低温甲醇洗与NHD、MDEA相比的优点：,1.3 选题目的及意义,煤气净化作为合成甲醇、氨等化工原料的重要步骤，这对后续的工艺路线有重要影响，直接影响产品的产量。低温甲醇洗工艺技术成熟，具有其它吸收方法难以比拟的优点，被广泛应用于合成气的净化，尤其是大型化工装置上。现有低温甲醇洗工艺还存在一定的问题（如甲醇毒性强，设备材质要求高，保冷要求高，吸收剂回收,1.
3、3 选题目的及意义,要求高），仍然需要进一步分析和改进，而且发展潜力很大。本论文针对净化工段采用林德低温甲醇洗工艺，以脱除甲醇合成气中的酸性气体。对该工艺中的几个单元过程进行了简单的物料和热量衡算，对吸收塔的工艺尺寸做了简单的计算和设计，以期对低温甲醇洗工艺过程有更全面、更深入的认识，从而为合成气的净化提供一定的依据。,2.设计思路,了解工艺流程,提出设计方法,分析影响因素,提出解决方法,物料衡算,能量衡算,塔设备计算与选型,完善流程,简单模拟,确定工艺流程,工艺设计,确定本设计的工艺流程。进行工艺过程的设计计算，包括物料衡算、能量衡算和塔设备的选型与计算。重点主要是变换气的脱硫，脱碳。.变换
4、之后的脱硫、脱碳处理工艺。.脱硫脱碳后的冷量回收，及富甲醇的再生利用。绘制工艺流程图和主要设备图。,2.1 研究内容,2.2 低温甲醇洗工艺原理,基本原理：以拉乌尔定律和亨利定律为基础；是一个物理吸收和解吸的过程；吸收过程中的控制因素是温度、压力和浓度；工艺操作条件为低温、高压。,2.2 低温甲醇洗工艺原理,低温状态下的甲醇对H2S和CO2等酸性气体的选择性吸收，来脱除粗变换气中的酸性气体。吸收后的甲醇经过减压加热再生，分别释放CO2、H2S气体，即物理解析过程。富甲醇通过用再沸器中产生的蒸气进行闪蒸和汽提再生。甲醇水分离塔保持甲醇循环中的水平衡。尾气洗涤塔使随尾气的甲醇损耗降低到最大限度。酸
5、性气体通到克劳斯气体装置进行进一步净化。,2.3 低温甲醇洗工艺流程,低温甲醇洗工艺一般具有三个任务:净化原料气 回收副产品 进行环保,工艺流程,在以煤为原料，气化工艺采用冷激流一步法：程时，同时脱除变换气中二氧化碳、硫化物和氢氰酸等杂质。,原料气气化工艺采用废锅流程时，先 在CO变换前用了吸收了二氧化碳的两步法：低温甲醇脱除原料气中硫化物、氢氰 酸等杂质，然后在变化后用低温甲醇 贫液脱除变换气中CO2,2.3 低温甲醇洗工艺流程,2.3 低温甲醇洗工艺流程,2.3 低温甲醇洗工艺流程,V1-原料气气液分离器 C1-甲醇洗涤塔 C2-CO2解析塔C3-H2S浓缩塔 C4-甲醇热再生塔 C5-甲
6、醇/水分离塔 V2-气液分离塔图2-3 低温甲醇洗净化工艺流程示意图,3.工艺设计,3.1 低温甲醇洗的主要产品流为：变换气：CO2浓度32.1%，CO浓度19.02%，H2S浓度0.23%，H2浓度46.02%。甲醇合成气：CO2浓度1.83.0%（mol），总硫0.1ppm(mol)。放空尾气：几乎无硫，主要为CO2和N2。酸性气体：主要由CO2和H2S组成。甲醇水分离塔排放废水组成：甲醇含量0.5%（wt）,3.2 工艺流程的设计,3.3 物料衡算,气液分离器,相平衡 yi=kixi(i=1，2，c)组分物料平衡 Fzi=Vyi+Lxi(i=1，2，c-1)整体物料平衡方程 F=V+L
7、热量平衡 HFF=HVV+HLL 摩尔分数的约束方程 zi=1，xi=1,yi=1,3.3 物料衡算,气液分离器,表3-2 进气液分离器原料气组分表,表3-1 变换气组分表,3.3 物料衡算,表3-3 气液分离器塔顶产物组分表,表3-4 气液分离器塔底产物组分表,对整个单元过程进行物料衡算 F=FEED=19864.61 Kmol/hD=LIQUID+VAPOR=365.9062+19483.21=19864.61 kmol/h,气液分离器,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔 对单位时间内进出吸收塔的A物质量作衡算，可写出下式：VY1+LX2=VY2+LX1 为
8、计算方便，把COS并入H2S中考虑；并把混合气中所含的非主要组分（如微量的Ar、N2、CH4、CO等）并入H2中一道考虑。,表3-5综合考虑后组分组成表,3.3 物料衡算,酸性气体吸收塔表3-6综合考虑后C1塔进出物料平衡表,3.3 物料衡算,二氧化碳解析塔,图3-4 二氧化碳解析塔流程图,物料衡算,二氧化塔解析塔 表3-7 二氧化碳解析塔的进出口物流数据,3.4 能量衡算,热量恒算遵循以下公式：Q+W=Hin-Hout气液分离器 表3-8 气液分离器热量衡算表,3.4 能量衡算,酸性气体吸收塔表3-9 吸收塔热量衡算,能量衡算,二氧化碳解析塔表3-10 CO2解吸塔热量衡算表,3.5 吸收塔
9、的设计计算,设计项目：,3.5 吸收塔的设计,表3-11 吸收塔设备计算结果简表,3.5 吸收塔的设计,3.6 酸性气体吸收塔的模拟,图3-5 酸性气体吸收塔流程模拟图,酸性气体吸收塔,酸性气体吸收塔模拟结果,3.7 二氧化碳解析塔流程模拟图,二氧化碳解析塔,图3-6 二氧化塔吸收塔模拟流程图,3.8 硫化氢浓缩塔流程模拟图,硫化氢浓缩塔,图3-7 硫化氢浓缩塔流程模拟图,3.9 甲醇再生塔的模拟流程图,图3-8 甲醇再生塔的模拟流程图,3.10 甲醇水分离塔的模拟流程图,图3-9 甲醇水分离塔的模拟流程图,3.11 全流程工艺流程模拟图,3-10 全流程工艺流程模拟图,3.12 带控制点的低
10、温甲醇洗工艺流程图,4、结论与展望,4.1 结论本设计净化工段选用低温甲醇洗工艺（林德），来脱除甲醇合成中的酸性气体，经分析，相对其他净化方法而言，低温甲醇洗具有吸收好，净化度高，能耗较低，操作费用也较低等优点。本论文针对年产100万吨甲醇生产过程中合成气净化进行设计，在初步确定工艺流程后，进行工艺设计：对低温甲醇洗工段的气液分离器，吸收塔，解吸塔等做了计算，并在此计算基础上做了带控制点的工艺流程图，主要设备图，以及各塔和全塔的简单流程模拟图，得到要求的净化产品。由于低温甲醇洗工艺含多流股的循环，该工艺仍在调优中，同时对一些个别因素的影响未予考虑，致使设计不很完善，请各位老师予以指正。,4.2 展望,当前，我国合成氨、甲醇与碳一化工正处于大规模快速发展时期，装置规模越来越大，原料气的高效率、低消耗净化显得非常重要。低温甲醇洗正是这样一种优良的净化工艺技术。掌握低温甲醇洗的基本工艺，设计出自己的流程,这是一条正在行进中的道路。我坚信,低温甲醇洗工艺全面国产化是完全可以实现的。,
