煤制油過程中凈化工藝方案及其工藝流程研究

葉 濤

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 煤制油項(xiàng)目建設(shè)指揮部，寧夏 銀川750011）

0 引言

煤、石油和天然氣是人類賴以生存和發(fā)展的三大基礎(chǔ)能源，也是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和安全穩(wěn)定的重要保障。石油資源的不足使煤和天然氣在全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比例日趨上升。

1 凈化工藝方案選擇

目前，合成氣脫除H2S 的方法有改良A.D.A 法、拷膠法、NHD 法，脫除CO2的方法主要有改良熱鉀堿法，NHD 法、MDEA 法、 低溫甲醇洗法（同時(shí)脫除H2S）等，但對(duì)于Texaco 氣化所生產(chǎn)的煤氣，因?yàn)閴毫Ω?、硫含量高、CO2含量高等特點(diǎn)，可供選擇的凈化方法主要有以下兩種選擇：

1.1 低溫甲醇洗

低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（－50℃～－60℃），溶劑吸收能力大，溶液循環(huán)量小，氣體凈化度高，再生熱耗少，操作費(fèi)用低，能綜合脫除氣體中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蝕，H2S 濃縮簡單，在原料煤硫含量波動(dòng)較大的情況下，H2S 的濃度也可滿足硫回收的要求。 上述工藝雖然存在部分設(shè)備和工藝管道需要采用低溫鋼材，需要引進(jìn)國外的低溫材料，所以基建投資高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是溶劑價(jià)格便宜，消耗指標(biāo)和能耗均低于其它凈化工藝，在大型合成氨廠、甲醇廠中普遍采用。

1.2 NHD 脫硫脫碳

NHD 法是中國南化公司研究院等單位開發(fā)成功的新技術(shù)， 屬于物理吸收凈化技術(shù)，該工藝在常溫條件下操作，溶劑無毒，飽和蒸汽壓低，溶劑損失小，再生能耗低，設(shè)備材質(zhì)大部分為碳鋼，取材范圍廣，價(jià)格也便宜，相對(duì)低溫甲醇洗而言，溶液循環(huán)量大，消耗高，另外，NHD溶劑對(duì)有機(jī)硫的吸收能力差，對(duì)高硫煤要增加有機(jī)硫水解設(shè)備。 該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少， 能耗低于除低溫甲醇洗以外的其它凈化方法。

低溫甲醇洗與其它方法相比其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)如下：

1）多效脫除性能

可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)脫除H2S、CO2、COS，輕油、CN－等，并在再生時(shí)分別處理，滿足副產(chǎn)CO2產(chǎn)品氣、H2S 濃縮等要求。

2）凈化度高

凈化氣CO2含量最低可達(dá)20ppm；總硫≤0.1ppm；水、輕油等完全被脫除。

3）溶液再生方式靈活，滿足不同工藝要求

4）溶液吸收能力大，能耗低

本項(xiàng)目生產(chǎn)以Texaco 氣化煤氣為原料。 凈化裝置所處理的變換氣操作壓力較高，CO2分壓較大， 選擇低溫甲醇洗凈化工藝有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 這是因?yàn)榈蜏丶状枷垂に嚍槲锢砦眨虼颂貏e適用對(duì)于壓力高，酸氣含量高的氣體凈化，在脫碳的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的深度脫硫。

2 工藝流程

來自變換工段的3.5MPa（A）、40℃變換氣進(jìn)入本工段，與循環(huán)氣體混合，并在原料氣中注入防止結(jié)冰及形成水合物的貧甲醇后，氣體經(jīng)原料氣冷卻器（E0501）與凈化氣、氣提塔塔頂出來的二氧化碳?xì)夂蛷腍2S 濃縮塔出來的尾氣換熱降溫，經(jīng)水分離器（V0501）分離出冷凝的甲醇－水混合物后，原料氣從底部進(jìn)入甲醇洗滌塔（T0501），與自上而下的貧甲醇逆流接觸，脫除氣體中的CO2、H2S 和COS 等酸性氣體，塔頂出來的凈化氣經(jīng)過E0517 和E0501 換熱升溫后去下一工段。

從水分離器（V0501）分離出的甲醇、水混合物經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）加熱后進(jìn)入甲醇水分離塔（T0505）中上部。

在甲醇洗滌塔（T0501）上部，用來自熱再生工段低溫貧甲醇液脫除CO2，在甲醇洗滌塔（T0501）底部對(duì)H2S、COS 進(jìn)行吸收，CO2吸收的溶解熱部分通過去下塔的甲醇帶走， 再通過循環(huán)甲醇冷卻器（E0506）用來自H2S 濃縮塔（T0503）的冷甲醇液冷卻循環(huán)甲醇及通過3# 甲醇急冷器（E0505）用冷凍劑冷卻循環(huán)甲醇，帶走部分熱量。

由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S 在甲醇中的溶解度低，送入甲醇洗滌塔中CO2脫除段的甲醇流量要比送入H2S 脫除段的要大。甲醇洗滌塔（T0501）CO2脫除段中多余的甲醇從塔的中部抽出。

甲醇洗滌塔（T0501）底部富含H2S 甲醇通過甲醇換熱器（E0507）和1# 甲醇急冷器（E0503）分別被溫度較低的甲醇和冷凍劑液氨冷卻。經(jīng)過冷卻， 這部分甲醇減壓膨脹后壓進(jìn)入1# 循環(huán)氣閃蒸罐（V0502）回收閃蒸出來的H2。 來自1# 循環(huán)氣閃蒸罐（V0502）的閃蒸氣經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)（C0501）壓縮，經(jīng)壓縮機(jī)后冷卻器冷卻，在進(jìn)入原料氣冷卻器之前并入上游變換氣中。

來自甲醇洗滌塔（T0501）的富含CO2甲醇與上述過程一樣，先經(jīng)甲醇換熱器（E0507）和2# 甲醇急冷器（E0504），分別被來自CO2氣提塔給料泵（P0502A，B）的甲醇和冷凍劑液氨冷卻，減壓膨脹后進(jìn)入2#循環(huán)氣閃蒸罐（V0503），閃蒸后的閃蒸氣再經(jīng)1#循環(huán)氣閃蒸罐（V0502）由循環(huán)氣壓縮機(jī)（C0501）壓縮。

來自2#循環(huán)氣閃蒸罐（V0503）的富含CO2的甲醇先膨脹進(jìn)入CO2氣提塔頂，在氣提塔（T0502）中，富含CO2甲醇液膨脹后產(chǎn)生無硫CO2氣體，經(jīng)原料氣冷卻器（E0501）回收冷量后與來自H2S 濃縮塔（T0503）的尾氣一起經(jīng)高點(diǎn)放空。

從CO2氣提塔（T0502）中較低的升氣管式塔板上抽出來的溫度較低的甲醇液送入H2S 濃縮塔（T0503）的中上部，來自CO2氣提塔（T0502）底部的富含H2S 甲醇也進(jìn)入H2S 濃縮塔下段。 為了提高裝置H2S 餾分的濃度， 在H2S 濃縮塔下部用來自空分工段的低壓氮?dú)鈱?duì)CO2進(jìn)行氣提，同時(shí)在塔的上部，用來自CO2氣提塔（T0502）頂部的另一股沒有被用作CO2氣提塔（T0502）回流洗滌液的無硫甲醇對(duì)氣提出來的H2S 和CO2進(jìn)行洗滌。 出H2S 濃縮塔的尾氣基本上不含硫，經(jīng)原料氣冷卻器（E0501）換熱后與來自CO2氣提塔（T0502）的CO2氣一起放空。

從H2S 濃縮塔（T0503）升氣管式塔板上抽出溫度較低的甲醇液作為冷卻劑先后用在3# 貧甲醇冷卻器（E0508）、循環(huán)甲醇冷卻器（E0506）及甲醇換熱器（E0507），在經(jīng)過循環(huán)甲醇冷卻器（E0506）換熱升溫后進(jìn)入甲醇閃蒸罐（V0507），閃蒸出來的閃蒸氣進(jìn)入CO2氣提塔（T0502）的底部與來自上部的甲醇逆流接觸脫除閃蒸氣H2S 的組分。 來自甲醇閃蒸罐（V0507）的閃蒸液經(jīng)CO2氣提塔（T0502）給料泵（P02A，B）加壓后進(jìn)入甲醇換熱器（E0507）作為冷卻劑，在此換熱過程中產(chǎn)生的閃蒸氣在進(jìn)入CO2氣提塔（T0502）脫硫之前在CO2氣提塔（T0502）底部進(jìn)行分離。

從H2S 濃縮塔（T0503）底部出來的富含H2S 甲醇經(jīng)甲醇再生塔給料泵（P0503A，B）通過2# 貧甲醇冷卻器（E0509）、1# 貧甲醇冷卻器（E0510）進(jìn)入甲醇再生塔（T0504）。 在甲醇再生塔（T0504）中由甲醇再生塔再沸器（E0511）加熱產(chǎn)生的甲醇蒸汽及來自甲醇水分離塔（T0505）的甲醇蒸氣氣提，對(duì)富甲醇中所含有的H2S 及CO2進(jìn)行完全解吸，甲醇再生塔（T0504）頂部氣體經(jīng)甲醇再生塔回流冷卻器（E0512）、酸性氣換熱器（E0514）及甲醇再生塔回流冷凝器（E0513）分別被冷卻水、冷酸性氣及冷卻劑液氨冷卻。冷凝液經(jīng)H2S 濃縮塔（T0503）底部及經(jīng)甲醇再生塔回流泵（P0506A，B）送回甲醇再生塔（T0503）頂部。 離開酸性氣分離器（V0505）的酸性氣，通過酸性氣換熱器（E0514）加熱后作為硫回收工段原料，離開本工段。

離開甲醇再生塔（T0504）塔底經(jīng)過再生的貧甲醇在1# 貧甲醇冷卻器（E0510）中冷卻到42℃，經(jīng)甲醇收集槽（V0504）緩沖，再用貧甲醇泵（P0504A，B）升壓。升壓后的貧甲醇經(jīng)水冷卻器（E0518）、2#貧甲醇冷卻器（E0509）、3#貧甲醇冷卻器（E0508）冷卻后進(jìn)入甲醇洗滌塔（T0501）。

來自水分離器（V0501）的甲醇和水混合物冷凝液經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）加熱，送入甲醇水分離塔（T0505），通過蒸餾將水和甲醇進(jìn)行分離。該塔由甲醇水分離塔再沸器（E0515）進(jìn)行加熱，塔頂甲醇蒸汽送甲醇再生塔（T0504），而水作為廢水排出，送往污水處理系統(tǒng)。甲醇水分離塔（T0505）所需的回流甲醇由甲醇再生塔（T0504）再生甲醇提供，通過甲醇水分離塔給料泵（P05OSA，B），經(jīng)甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）冷卻后入塔。

大部分循環(huán)的再生甲醇，通過甲醇粗過濾器除去甲醇循環(huán)系統(tǒng)中的固體及其他顆粒， 甲醇粗過濾器位于甲醇再生塔給料泵（P0503A，B）的下游，進(jìn)入甲醇再生塔（T0505）的回流甲醇在進(jìn)入甲醇再生塔之前要經(jīng)過甲醇過濾器（50501）進(jìn)行過濾以除去固體及其它顆粒。

來自硫回收工段的尾氣含有少量H2S，進(jìn)入H2S 濃縮塔底部，甲醇洗滌后和尾氣一起排入大氣。 為了提高去硫回收工段的H2S 濃度，一部分來自酸性氣分離器的酸性氣體循環(huán)進(jìn)入H2S 濃縮塔（T0503）的下部。循環(huán)的CO2離開H2S 濃縮塔（T0503）塔頂，同時(shí)循環(huán)H2S 用甲醇進(jìn)行洗滌。

為了減少甲醇損失，配置有甲醇污水系統(tǒng)，各個(gè)支管將所有泄露甲醇的設(shè)備連接到總管， 總管將泄露的甲醇收集起來匯入排放甲醇槽。配置的污甲醇泵可將排放甲醇送入甲醇水分離塔（T0505）。安裝在原料貯存工段的甲醇貯罐用于貯存甲醇，并裝有甲醇供給泵。 該貯槽可在停工時(shí)收集甲醇。

3 結(jié)束語

總之，全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，打破了能源的供需平衡。石油作為一種由于大量開發(fā)利用而日漸稀缺的資源， 今后價(jià)格將會(huì)波動(dòng)上升，其上漲幅度將遠(yuǎn)大于煤炭、天然氣價(jià)格的增長，因此尋求新的替代能源勢(shì)在必行。

［1］謝克昌. 煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性[M].北京：科學(xué)出版社，2002

［2］朱肖曼. 煤液化油基本性質(zhì)的研究[D]. 煤炭科學(xué)研究總院，2006