脱硫脱碳原理介绍20120807PPT课件

脱硫脱碳原理介绍 煤气化项目建设指挥部2012年8月 2 2 方块流程图 酸性气 脱硫脱碳 低温甲醇洗 变换气 变换 硫回收 CO2压缩 硫磺 甲醇合成气 CO2 粗煤气净化气 气化 粗煤气 3 3 一 2200脱硫脱碳 低温甲醇洗 4 4 低温甲醇洗工艺的主要任务包含二个方面 一方面是脱除原料气中的H2S及少量有机硫 另一方面就是脱除CO2 脱硫方法有干法脱硫和湿法脱硫二种 干法脱硫一般采用固体脱硫剂脱除少量硫 属精脱硫范畴的有活性炭 改性活性炭和氧化锌等方法 湿法脱硫 一般可分为物理吸收和化学吸收二种 常用物理吸收方法有低温甲醇洗 NHD工艺等 常用的化学吸收方法有栲胶 ADA MDEA工艺等 5 5 脱除CO2技术 根据操作过程的特点和机理 基本上分为化学吸收法 物理吸收法和物理化学吸收法三大类 化学吸收法利用气体中CO2与吸收剂中的活性组份起化学反应生成不稳定化合物 而热再生时不稳定化合物又被分解释放出活性组份和CO2 物理吸收法利用气体中CO2溶解于吸收溶剂 并且在不同分压下有较大溶解度差异这一机理来脱除CO2 吸收溶剂一般为非电解质 有机溶剂或其它溶液 再生采用减压闪蒸及气提 物理化学吸收法综合利用化学和物理吸收两种方法的机理来脱除CO2 再生除减压闪蒸 气提外 还需热再生才能将酸气彻底释放出来 6 6 脱硫脱碳常用工艺 NHD主要成分为聚乙二醇二甲醚 是一种多组分的配方溶剂 吸收过程为典型物理吸收 20世纪50年代初由德国林德公司和鲁奇公司联合开发以廉价的甲醇为吸收剂的一种物理吸收方法 全名为N 甲基二乙醇胺 吸收过程为物理化学吸收 本项目采用活化的MDEA溶液脱碳能耗过高 不宜采用 NHD气体净化工艺 低温甲醇洗气体净化工艺 MDEA气体净化工艺 脱硫脱碳常见工艺 7 7 低温甲醇洗法低温甲醇洗法 Rectisol法 是20世纪50年代初由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种净化工艺 低温甲醇洗是利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的特性 脱除原料气中的酸性气体 由于甲醇的蒸汽压较高 所以低温甲醇洗工艺在低温 35 55 下操作 在低温下CO2与H2S的溶解度随温度下降而显著地上升 因而所需的溶剂量较少 装置的设备也较小 8 8 在 30 下 H2S在甲醇中的溶解度为CO2的6 1倍 因此能选择性脱除H2S 该工艺气体净化度高 可将变换气中CO2脱至小于20ppm H2S小于0 1ppm 气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段或不同的塔中选择性地进行 低温甲醇洗工艺技术成熟 在工业上拥有很好的应用业绩 在国内以煤 渣油为原料建成的大型合成氨装置中也大都采用这一技术 9 9 NHD工艺和低温甲醇洗工艺技术比较 10 10 低温甲醇洗原理 吸收低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程 各分子间的作用力为范德华力 气液关系开始时符合亨利定律 亨利定律 在一定温度和平衡状态下 一种气体在液体里的溶解度和该气体的平衡分压成正比 P2 K X2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 溶液循环量减少 11 11 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 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 12 12 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 13 13 再生低温甲醇洗 在吸收时甲醇溶剂要求低温 加压 溶剂再生时 要求减压闪蒸或气提再生 概括起来富甲醇溶剂再生有三种方法 1 闪蒸用减压闪蒸解吸 这是最经济的方法 将溶解度低的气体闪蒸出来 便于提高再生气中H2S和CO2纯度 减压过程温度降低 解吸气体的量及组分与温度 压力有关 这种方法受压力限制再生不能很彻底 2 气提法用吹入惰性气体方法 降低相界面上方气相中酸性气体分压 将甲醇溶剂中剩余的酸性气体从溶剂中赶走 以提高溶剂贫液度 以上两种再生方法称冷再生 14 14 3 热再生溶剂在热再生塔的再沸器中用蒸汽加热沸腾 用甲醇的蒸气汽提 使溶液中的H2S从溶剂中彻底清除 最终达到溶剂再生度 利于溶剂吸收 进而保证了气体净化度的要求 这种方法再生彻底 但需耗蒸汽 三种再生方法应合理配置 以节省能耗 减少有用气体的损耗 提高有用气体回收率 15 15 低温甲醇洗工艺简易流程 C1 吸收塔 C2 CO2解吸塔 C3 气提塔 C4 热再生塔 C5 甲醇 水分离塔 V1 原料气气液分离罐 V2 H2S气分离罐 16 16 低温甲醇洗工艺特点 可以脱除气体中的多种组分 低温高压下CO2 H2S与COS等在甲醇中的溶解度很大 吸收能力强 溶剂循环量少 选择性好 CO2和H2S可分别解吸回收 甲醇的沸点较低 利于吸收剂的再生 甲醇比热大 这样可以保证吸收过程中温升较少 对低温吸收有利 甲醇化学稳定性和热稳定性好 在吸收过程中不起泡 纯甲醇对设备无腐蚀 不需要特殊防腐材料 而且甲醇与水互溶 可利用它来干燥原料气 甲醇粘度小 利于节省动力消耗 消耗指标低 甲醇易得 17 17 低温甲醇洗工艺包 目前全球已建或处于设计 在建阶段的采用林德公司低温甲醇洗净化的装置约40套 目前全国已建或处于设计 在建阶段的采用鲁奇公司低温甲醇洗净化的装置约24套 目前全国已建或处于设计 在建阶段的采用大连理工公司低温甲醇洗净化的装置约62套 林德工艺 大连理工工艺 鲁奇工艺 18 18 产品规格 低温甲醇洗装置出口净化气总硫含量 0 1ppm mol CO2量 8 3 mol CH3OH含量 80ppm mol 氢 CO回收率 99 6 温度30 阻力降 0 30MPa低温甲醇洗装置出口粗煤气净化气总硫含量 20ppm mol CH3OH含量 80ppm mol 温度30 阻力降 0 15MPa 19 19 CO2产品气产量 36000Nm3 hCO2 98 5 mol H2S COS 2ppm mol CH3OH 200ppm mol H2 CO 1 0 mol 压力 0 04MPaG富集H2S的酸性气H2S 30 mol CH3OH 1000ppm mol 温度 40 出界区压力 0 16MPaG 20 20 临泉一期 21