低温甲醇洗岗位操作法综述

低温甲醇洗岗位操作法综述120万吨/年甲醇一期30万吨/年甲醇项目脱硫脱碳装置操作手册大连理工大学化工学院2009年10月目录一．工序任务二．管辖范围三．工艺流程（一）工艺特点（二）工艺原理（三）工艺流程叙述(1)H2S和CO2的吸收(2) H2S的浓缩(3)甲醇热再生(4)甲醇/水分离(5)尾气水洗四．开车（一）大检修后开车1．开车前准备工作2．氮气充压3．罐装甲醇4．系统冷却5．热再生塔系统投用6．甲醇水分离塔的投用7．原料气导入8．送气（二）短期停车后开车五．正常操作（一）不同负荷下，主要工艺操作条件（二）正常操作要点六．停车（一）计划停车（二）紧急停车（三）故障停车（四）设备的打开和过滤器的清洗七．转动设备开停车操作八．常见故障和事故处理九．设备维护保养十．安全注意事项十一．岗位工艺流程PFD、PID图册十二．位操作法修改与补充附：低温甲醇洗装置分析规程一、工序任务低温甲醇洗工序的主要任务是：1、脱除从上游变换工序来的变换气中的CO2、H2S及有机硫等杂质，同时脱除变换气中带入的饱和水，得到CO2含量3.0～4.0%（mol），总硫＜0.1ppm的合格净化气；2、浓缩H2S馏分，并向硫回收工序提供富含H2S（≥25％）的气体。

二、管辖范围低温甲醇洗工序管辖范围包括：1、塔：C-2201,C-2202,C-2203,C-2204,C-2205,共5台；2、换热器：E-2201, E-2202, E-2203, E-2204, E-2205, E-2206, E-2207, E-2208, E-2209, E-2210, E-2211, E-2212, E-2213, E-2214, E-2215, E-2216, E-2217, E-2218, E-2219, E-2220, 共20台；3、罐及分离器：V-2201, V-2202, V-2203, V-2204, V-2205, V-2206, V-2207, V-2208,V-2209,共9台；4、泵：P-2201A/B, P-2202A/B, P-2203A/B, P-2204A/B, P-2205A/B, P-2206A/B, P-2207A/B, P-2208, P-2209A/B共17台，（地下槽临设的潜水泵亦属此）；5、压缩机：K-2201,共1台；6、过滤器：FI-2201, FI-2202,共2台。

7、上述设备的附属管线，阀门及就地指示仪表等。

三、工艺流程(一) 工艺特点低温甲醇洗工艺具有以下主要特点：(1) 它可以同时脱除原料气中的H2S、COS、RSH、CO2、HCN、NH3、NO以及石蜡烃、芳香烃、粗汽油等组分，且可同时脱水使气体彻底干燥，所吸收的有用组分可以在甲醇再生过程中回收。

(2) 气体的净化度很高。

净化气中总的硫含量可脱至0.1ppm以下，CO2可脱至10ppm以下。

(3) 吸收的选择性比较高。

H2S和CO2可以在不同设备或在同一设备的不同部位分别吸收而在不同的设备和不同的条件下分别回收。

由于低温时H2S和CO2在甲醇中的溶解度都很大，所以吸收溶液的循环量较小，特别是当原料气压力比较高时尤为明显。

另外，在低温下H2和CO等在甲醇中的溶解度都较低，甲醇的蒸气压也很小，这就使有用气体和溶剂的损失保持在较低水平。

(4) 甲醇的热稳定性和化学稳定性都较好。

甲醇不会被有机硫、氰化物等组分所降解，在操作中甲醇不起泡、纯甲醇对设备和管道也不腐蚀，因此，设备与管道大部分可以用碳钢或耐低温的低合金钢。

甲醇的粘度不大，在-30℃时，甲醇的粘度与常温水的粘度相当，因此，在低温下对传递过程有利。

此外，甲醇也比较便宜容易获得。

(二) 工艺原理低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程。

物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质分子间的作用力不同。

物理吸收中，各分子间的作用力为范德华力；而化学吸收中为化学键力。

这二者的区别构成它们在吸收平衡曲线、吸收热效应、温度对吸收的影响、吸收选择性以及溶液再生等方面的不同。

物理吸收中，气液平衡关系开始时符合亨利定律，溶液中被吸收组分的含量基本上与其在气相中的分压成正比。

在化学吸收中，当溶液的活性组分与被吸收组分间的反应达到平衡以后，被吸收组分在溶液中的进一步溶解只能靠物理吸收。

物理吸收中，吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增加，溶液循环量与原料气量及操作条件有关。

操作压力提高，温度降低，溶液循环量减少；在化学吸收中，吸收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分的含量有关。

因此，在化学吸收中，溶液循环量与待脱除的酸性组分的量成正比，即与气体中酸性组分的含量关系很大，但与压力基本无关。

低温甲醇洗中，H2S、COS和CO2等酸性气体的吸收，吸收后溶液的再生以及H2、CO等溶解度低的有用气体的解吸曲线，其基础就是各种气体在甲醇中有不同的溶解度。

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-40℃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，如下表所示：-40℃时各种气体在甲醇中的相对溶解度当气体中有CO2时，H2S在甲醇中的溶解度约比没有CO2时降低10%~15%。

溶液中CO2含量越高，H2S在甲醇中溶解度的减少也越显著。

当气体中有H2存在时，CO2在甲醇中的溶解度就会降低。

当甲醇含有水分时，CO2的溶解度也会降低，当甲醇中的水分含量为5%时，CO2在甲醇中的溶解度与无水甲醇相比约降低12%。

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)气提或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、放空尾气。

在中压下解吸可以回收溶解在甲醇中的少量H2和CO，中压越低回收的有效气体越多，但循环气体量增大，所需要的压缩功越大，即电耗越大，所以需要权衡二者最终确定最优的中压值。

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，负压操作则还需要电耗才能实现。

采用氮气气提，可进一步降低甲醇中溶解的CO2分压，可使CO2解吸更彻底些，相当于负压(接近真空)操作，通入的气提氮越多，CO2分压降低得越多，解吸得越彻底最终采用升温解吸，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，也就最难解吸，采用外来热源加热甲醇到沸腾，用精馏的办法使得H2S彻底解吸出来。

加热介质用量越大，甲醇再生得越彻底。

根据以上工艺原理，低温甲醇洗系统至少应包括：原料气的吸收、有效气体的中压解吸、低压解吸、氮气提及热再生等单元。

(三) 工艺流程叙述按100%用煤条件的工艺参数进行工艺叙述：(1)H2S和CO2的吸收从上游变换工序来的变换气(流量145557Nm3／h，温度40℃)，在5.50MPaA的压力下被送到甲醇洗装置，为防止变换气中的水分在冷却后冻结，需要向其内喷射注入少量的贫甲醇。

注射了贫甲醇的变换气在原料气冷却器E-2201中与净化气和尾气换热而被冷却，并在原料气分离罐V-2201中分离出被冷凝的甲醇与水的混合物后，进入洗涤塔C-2201用甲醇洗涤以脱除酸性气体，使净化气中CO2≤3.115±0.2%，总硫＜0.1ppm 后送往下游工序。

洗涤塔分为上下塔，共四段，上塔为三段，下塔一段。

从P-2204泵出来的贫甲醇，经水冷器E-2218，1#甲醇冷却器E-2209，2#甲醇冷却器E-2203以及3#甲醇冷却器E-2208中换热降温至约－55℃，进入C-2201塔顶部作为洗涤液(流量5089kmol/h)。

上塔顶段为精洗段，以确保净化气指标，中间两段为CO2初洗段和主洗段，用经段间换热器E-2205，E-2206换热冷却后的甲醇（入主洗段-35.8℃，入初洗段-36.2℃）在低温下吸收气体中的CO2，吸收了CO2后的富甲醇在上塔底部分成两部分，一部分送至下塔作为脱除H2S，COS等组分的洗涤液(流量3387kmol／h，约占48％，温度-15℃)，另一部分经换热器E-2207和E-2204与富甲醇和液氨蒸发换热后降温至-33℃左右进入闪蒸罐V-2203，在1.1MPa压力下进行闪蒸。

吸收H2S后的甲醇溶液由下塔底部排出，经换热器E-2207、E-2217和E-2219分别与甲醇溶液、净化气和液氨蒸发换热降温后进入闪蒸罐V-2202，在1.1MPa压力下进行闪蒸。

V-2203和V-2202的闪蒸气汇合后经循环气压缩机K-2201压缩增压送至变换来本工序的原料气中，以回收有用组分H2和CO。

(2)H2S的浓缩从V-2202底部引出的含硫甲醇液经节流减压进入H2S浓缩/气提塔C-2202的第43#块塔板上，在此部分CO2和H2S从甲醇中解吸出来。

从V-2203底部引出的无硫甲醇经节流减压进入C-2202塔顶部，解吸出大部分CO2，其甲醇液作为C-2202塔顶的再洗液，洗涤含硫甲醇解吸出的H2S组分，以确保尾气中硫含量指标。

上述经减压解吸出大部分CO2后的甲醇液收集于C-2202塔中部集液盘上。

由于CO2解吸吸热，使甲醇液温度降至整个系统最低，此甲醇液用P-2201泵加压并经3#甲醇冷却器E-2208和洗涤塔段间冷却器E-2206回收冷量后温度升高，进入V-2207闪蒸罐闪蒸。

V-2207闪蒸出的气体后进入C-2202塔下部，甲醇液经P-2202泵加压在E-2207中换热升温后进入C-2202塔下部。

为使甲醇液中的CO2进一步得到解吸，浓缩H2S，在C-2202塔底部通入低压氮(6100Nm3／h)，用N2气破坏原系统内的气液平衡，降低CO2在气相中的分压。

经C-2202塔解吸出的CO2随着气提N2作为尾气由塔顶送出。

(3)甲醇热再生从C-2202塔底部出来的甲醇液中含有系统几乎全部的H2S和少量CO2，经泵P-2203增压和FI-2202过滤后，在1#甲醇冷却器E-2209和热再生塔进料加热器E-2210中加热后进入热再生塔C-2203的第26块塔板上,经甲醇蒸汽加热气提再生后，硫化物和残余CO2随甲醇蒸汽由塔顶排出。