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煤制天然气低温甲醇洗工艺改进与优化探讨

更新时间:2009-03-28

伊犁新天煤化工有限责任公司(以下简称新天公司)设计年产20亿m3煤制天然气,气头采用赛鼎工程有限公司碎煤加压气化工艺,低温甲醇洗采用林德十一塔工艺技术,配置双系列,由中国天辰工程有限公司总承包建设。该项目于2010年开工建设,2016年机械竣工,2017年3月投料试车并产出合格天然气。

在以气流床气化为龙头的配套低温甲醇洗装置中,林德五塔工艺业绩较多,技术成熟可靠。鉴于碎煤加压气化操作温度较低,煤气中含有轻烃、氢氰酸等,林德公司首次开发了有煤气预洗、石脑油萃取等装置的十一塔低温甲醇洗工艺,由于该工艺初次工业应用,在投料试车过程中出现了一些问题,如萃取器油室进甲醇水、氨预洗塔带液、甲醇水分离塔再沸器堵塞、热再生塔回流量不足等,针对以上问题,新天公司采取了一系列相应的改进措施,改造后运行效果良好。

1 低温甲醇洗工艺流程

1.1 工艺流程

林德十一塔低温甲醇洗工艺流程示意图见图1。

原料气经氨预洗塔除尘除氨降温后,进入甲醇洗涤塔脱除轻烃、硫化氢、二氧化碳等,出塔净煤气复热后,送下游装置。富碳及富硫甲醇分别经闪蒸,在CO2产品塔顶部产出CO2产品气,复热水洗后,高点排空。CO2产品塔底部出来的富硫甲醇经氮气气提浓缩、热再生、降温后,循环使用。甲醇洗涤塔预洗段含轻烃甲醇经萃取、共沸除油后,脱酸性气,进入甲醇/水/HCN分离塔,蒸出的甲醇蒸汽作为热源补入热再生塔,塔底废水降温后,送生化处理。

1.2 工艺特点

从整体工艺配置看,林德十一塔低温甲醇洗流程有如下特点:

(1)甲醇洗涤塔为1台,自下而上利用低温甲醇选择性吸收的特性,脱除原料气中的轻烃、硫化氢及有机硫、二氧化碳。塔内件型式为固阀和规整填料,上下塔径相同。

(3)富硫甲醇经串联的两塔氮气气提浓缩,含硫尾气H2S浓度可控。

(2)轻烃萃取系统操作压力为0.9 MPa,省去了甲醇水泵等设施,结构较为简单。

(4)甲醇/水/HCN分离塔的甲醇蒸汽直接进入热再生塔,设置塔顶冷凝器,节能降耗效果显著,同时减少了设备投资。

(8)甲醇/水/HCN分离塔设置了联通管线,单系列生产时,可切换操作。

实现全民共同富裕是我国社会主义的本质规定和奋斗目标,但当前国内的高基尼系数问题却危及这一根本目标。旅游业所具备的就业岗位多、门槛低等诸多特征,可在国民经济的初次分配领域实现社会财富在区域间、高低收入群体间的有效转移,相较“社会财富的二次分配”等其他基尼系数调节方式能够同时兼顾社会公平与效率。因而,有必要从旅游市场、门票经济、假期制度和开发主体等方面调整旅游业发展战略,通过发展旅游业以减少社会贫富差异、化解国内高基尼系数危机。

(5)共沸塔和甲醇/水/HCN分离塔设置了塔顶内置冷凝器,省去了回流罐、回流泵等,冷却水用增压泵强制供水,以保证回流比达到要求。设置了轻烃气提塔,以降低副产品轻烃中的硫含量。

(6)设置了原料气氨预洗塔,以降低系统氨及尘含量(变换冷却装置末端也设置了洗氨塔)。

(7)设置了尾气和H2S气水洗塔,以减少甲醇消耗。

例:如图4,在平面直角坐标系中,□ABCD的顶点坐标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)、D(x4,y4),已知其中 3 个顶点的坐标,如何确定第4个顶点的坐标?

  

图1 净化装置林德十一塔低温甲醇洗工艺流程示意图

 

1—甲醇洗涤塔 2—CO2产品塔 3—H2S浓缩塔 4—热再生塔 5—甲醇/水/HCN分离塔 6—氮气气提塔7—氨预洗塔 8—尾气洗涤塔 9—共沸塔 10—H2S馏分洗涤塔 11—轻烃气提塔 11′、12、13—氨冷器14、15—中压闪蒸罐 16、17—甲醇闪蒸罐 18—H2S馏分分离罐 19—甲醇贮罐 20—轻烃萃取器21—原料气冷却器Ⅰ 22—原料气冷却器Ⅱ 23—水冷器 24—循环气压缩机

2 工艺设计及试车、运行期间存在的问题

(3)甲醇/水/HCN分离塔的提馏段未设计加碱系统,不能有效去除酸性杂质,无法保证该塔正常生产操作。

(1)原料气冷却器(绕管)未设计事故喷淋甲醇管线,一旦生产出现波动,易结冰冻堵,压差升高,有可能被迫停车。首次开车导气后,原料气冷却器结冰堵塞,压差高。

(2)萃取器中问题:容积偏小,萃取停留时间短;萃取器混合室的含轻烃甲醇水直接溢流至分离室,对轻烃分离会产生扰动,影响萃取效果,会加大共沸塔操作负荷,试车过程甲醇循环期间,可调漏斗放在最低位置,萃取器油室进甲醇水;为完成界面调节,设计了2个可调漏斗,没有必要,因只有位置低的漏斗才起作用;萃取器分离室的甲醇水与轻烃界面的设计存在错误,在三查四定阶段,进行了修改。

根据项目的实际情况,发现装置净化工艺存在一些设计问题,主要有:

4.1.3 氨预洗塔

通过对行政费用的部门预算执行情况进行分析,将成本控制的评价工作细到各部门,便于奖罚,调动各方面的积极性。同时,通过具体成因的分析,了解实际经营实况的变化,为及时调整预算提供了一手的资料,便于对成本进行重点分析、事中控制。

(5)氨预洗塔塔釜控制正常液位时,发生液泛。

(9)High-level exhibiting products,quality trade visitors,extensive international attendance and lively sense of the times will strongly uphold the theme of CIMT 2009.

(6)设计指标中净化气的CO2体积分数为1.5%,运行中CO2仅为×10-6级别,未能达到甲烷合成的设计要求,经与专利商(英国戴维公司)沟通,甲烷化催化剂具有变换功能,低CO2含量的净化气可以满足甲烷化要求,且净化气CO2含量越低,硫含量也会相应降低,不必刻意提高CO2含量。

(7)热再生塔回流泵出口管径小,回流量偏小,不利于甲醇再生。

本项目的屋盖四角飞檐及周边飞椽均为高空作业,尤其是飞檐在施工中,向外悬挑2m左右。四角保证在同一标高是难点,空间定位难;浇筑混凝土时,悬挑超过2m,悬挑架体的安全及架体浇筑混凝土后产生的变形会影响飞檐的高差、位置,空间位移的超前控制难。项目通过计算确定模架、混凝土等变形情况测算出悬挑工字钢的位移变形量,尽量采用刚性控制,提前预留变形量,确保浇筑后位置的准确(见图4)。

以上问题新天公司曾经提出过商榷,但林德公司坚持认为其工艺技术合理,不会影响正常生产和长周期运行,只有待生产过程中考核检验。

此人名叫路易斯·布莱叶,生于1809年1月4日,3岁时玩弄工具不慎失手,刺伤了一只眼睛,不久又感染到另一只眼睛,最终双目失明。15岁时,他在盲人学校发明了供盲人使用的由突起的点组成的书写和阅读方法。1829年,路易斯·布莱叶公布了自己的发明,并为使该发明被人们接受进行了不懈努力。1852年1月6日,42岁的路易斯·布莱叶辞世,但他的伟大发明,却至今仍在造福盲人、造福人类。

3 工艺可优化选项探讨

3.1 闪蒸气未设计再吸收回路,压缩功耗大

4.1.2 原料气冷却器原始开车导气后不久,压差逐渐增大,复热的冷介质——H2S尾气、闪蒸气等温度逐渐下降,判断原料气通道结冰,原料气管线上设置的喷射甲醇流量正常,现场查看配管,原料气管线标高稍高,喷射的甲醇流向原料气冷却器Ⅱ,因而导致原料气冷却器Ⅰ冻堵。借用原料气冷却器Ⅰ的设备排气口,接临时喷淋甲醇化冰,从发现冻堵到接好临时管线,仅用了3 h,由于处置及时,避免了系统停车事件发生。后利用大检修之际,在原料气冷却器Ⅰ入口处,配正式事故喷射甲醇管线,彻底解决了这一问题。

非正规垃圾填埋场对地下水存在巨大的潜在污染风险。对小流域非正规垃圾填埋场地下水污染状况开展调查和污染物迁移规律研究,在此基础上因地制宜地采用源项消减、污染修复等污染控制技术,有效解决垃圾污染问题,保护地下水水源。

3.2 二次闪蒸气直排,含可燃组分高,有效气损失大

富CO2甲醇液在0.4 MPa下二次闪蒸,闪蒸气直接排空,设计排放量为 2×14 687 m3/h,其组成见表1。

建安文人与音乐的关系是十分紧密的,可以这样说,在整个中国古代文学阶段,每个文人与音乐的关系都是如此,音乐从影响每一个具体的文人开始,逐渐形成足够影响一代之文学走向的地位,建安文人普遍具有很高的音乐修养,这可从笔者粗略的翻阅严可均先生《全上古三代秦汉六朝文》、逯钦立先生《先秦汉魏晋南北朝诗》这两本著作后,统计出与本文主题相关的诗文中看出,图如下表:

 

表1 排放的二次闪蒸气组成 %

  

CO2 86.30 N2+Ar 0.05 H2C2H6 0.85 CH4 8.891.42 CO 2.20 CH3OH 0.02其他烃0.27

表1中排放的可燃组分达2×1 889 m3/h。

另一股流量相当的富硫甲醇在0.9 MPa下闪蒸后,富硫甲醇直接进入CO2产品塔,闪蒸出的CO2直接排空,设计排放量为2×53 670 m3/h,其组成见表2。

 

表2 排放CO2产品气的组成 %

  

?

表2中排放的可燃组分达2×2 480 m3/h。

按照最新环保标准的要求,上述两股排放气必须治理,以满足VOCs排放标准,新天公司2018年3月开工建设蓄热式氧化装置,以处理这两股废气。

4 工艺改进与建议优化方案

4.1 已实施的工艺改进措施

4.1.1 针对油室进水问题,提出将萃取器油室隔板加高5 cm的方法,并得到专利商认可,实施后,解决了油室进甲醇水的问题。

设计条件下物流数据:富甲醇液在0.9 MPa下闪蒸,2×17 744 m3/h的闪蒸气(CO2体积分数约占65%、有效气体积分数约占35%)经压缩后,作为原料气回收。

(4)3个精馏塔(甲醇/水 /HCN分离塔、热再生塔、共沸塔)的再沸器均为单台配置,尤其是甲醇/水/HCN分离塔再沸器易被煤尘油泥堵塞(运行周期15 d左右),热再生塔再沸器泄漏时,蒸汽会进入甲醇中,可导致甲醇水含量超标。

为了强化氨预洗塔的除尘、除油效果,DN1 000 mm的原料气管线插入塔釜正常液面以下,管线头部开满筛孔,原料气经套筒顶部伞帽分离水雾后,进入底层塔盘,用锅炉水洗涤原料气中的氨。原始开车50%负荷导气后,就发生液泛,被迫降低液位,使原料气管线露出液面,液泛现象消失,之后多次试验表明:只要提高液位,处于水浴状态,就发生液泛。专利商未给出明确的原因和操作建议,维持低液位操作时,运行正常。

液泛原因分析:插入液下管线的套筒(DN1 600 mm)偏小,气液混合物只能从套筒上下口排出,下部液体阻力大,因而气液混合物主要从套筒上部与进口管外环隙伞帽喷出,局部压力降大,导致液泛。

改造及运行检验:将DN1 600 mm的套筒及升气帽拆除,装置投运后,提高液位,水浴状态工作正常,未发生液泛。

通过前期对南京机场线S1车辆段的事前施工筹划,按照场地填筑选材和工艺的不同进行了区域划分,根据后续施工的先后顺序进行合理安排。事中组织现场管理人员对原材选取和现场回筑的质量进行了过程控制,根据含水量和压实系数动态调整碾压工艺和遍数,最终提前将一区房建区填筑完成,为后续桩基施工创造条件。同时通过合理的施工组织,将四区绿化区用土提前预压堆载,既保证了充分的沉降时间,又减少了场内驳运。根据事后对埋设的沉降和水平位移边桩的监测数据来看,复合地基的整体沉降控制在可控范围之内,确保后续库外有砟轨道和库内无砟轨道对接平顺,没有产生差异沉降,为后期试车线运行调试提供了有利保障。

4.1.4 甲醇/水/HCN分离塔

增设加碱系统,在甲醇/水/HCN分离塔进料泵入口,增加碱液罐、隔膜泵等配套设施,调整废水pH值9~11,以有效延长再沸器的运行周期;安装在线备用再沸器,满足生产之需。

在极少数情况下,如果婴儿没有机会和可信赖的亲人建立这种依恋关系,那么他们的发展将受到快速的、极其巨大的伤害。而一旦当这些婴儿受到了稳定的照顾和关爱,他们就会康复得非常快,这就进一步揭示了儿童最早期建立与他人的亲密关系的重要性。

4.1.5 热再生塔回流泵

热再生塔回流泵出口管径小(DN80 mm)、管线长、阻力大,改造并联了一根DN80 mm管线,降低了管阻,提高了回流量和热再生塔的操作弹性。

(二)专题推广。都江堰市图书馆,针对少年儿童“悦读”,在儿童阅览室打造“国学小讲堂”和“双语绘本沙龙”专题阅读品牌。专题活动以传承中华民族国学文化精髓和优秀传统品德为根基,将生动有趣、符合少年儿童年龄特点的故事有机嵌入,并将弘扬民族精神教育与青少年儿童素质培养,以及践行社会主义核心价值观有机融合,不仅成功打造了“国学小讲堂” 和“双语绘本沙龙”阅读品牌,也有效促进了阅读在各学校的宣传与普及。

4.2 建议优化方案

建议将中压闪蒸罐工作压力适当降低,富碳甲醇和富硫甲醇在较低压力下闪蒸,闪蒸气用半贫甲醇再吸收。优化后可具备以下优点:(1)闪蒸气总量减少,有效气的回收率提高。(2)部分闪蒸气热值提高,可直接作为全厂燃料气使用。(3)CO2产品气中可燃组分降低,RTO装置的投资将大幅度下降。

鉴于该项目已经建成,此方案实施有一定难度,但在今后其他类似装置中可借鉴优化。

5 结 语

总体来看,林德公司首次开发的十一塔低温甲醇洗工艺技术没有重大本质缺陷,只是对原料气质中油尘认识不足,交付的工艺包存在一些问题,新天公司对试生产过程中出现的问题整改完善后,满足了高负荷连续稳定生产需求。

对于含有煤干馏、热解的成分复杂的煤气净化,低温甲醇洗工艺必须采取有针对性的特别措施,设计中需引起足够重视,以保证净化装置连续稳定运行。同时,低温甲醇洗尚有一些未完全解决的课题,比如,C3~C5烃类的回收问题,在已运行装置中大部分富集到H2S酸性尾气中,既影响硫回收操作,又造成资源浪费,有待进一步开发解决。

 
郭建民,李永亭
《煤化工》 2018年第02期
《煤化工》2018年第02期文献

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