甲醇合成弛放氣綜合回收利用

吳 遠

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽阜陽 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)HT-L一期項目生產20萬t/a甲醇,合成裝置采用卡薩利甲醇合成工藝,甲醇合成裝置弛放氣返回至合成氣壓縮機新鮮氣入口管線,加壓后繼續(xù)參與甲醇合成反應,待循環(huán)氣中惰性氣體含量升高后,把一部分弛放氣送入燃料氣管網直接燃燒,以保持各項工藝指標的正常。HT-L二期項目生產20萬t/a合成氨,利用液氮洗出口合成氣作為原料氣,原料氣經變壓吸附后,配套生產20萬t/a雙氧水。

隨著市場不斷變化,生產合成氨比生產甲醇利潤大得多,中能化工對原變壓吸附裝置進行技改,利用甲醇合成弛放氣作為原料氣生產雙氧水,同時變壓吸附過程產生的逆放氣經加壓后送往HT-L氣化11單元熱風爐作為燃料氣,避免造成浪費,保證裝置經濟效益最大化。

1 技改前工藝流程

合成氨低壓甲醇洗出口氣和液氮洗出口氣在經過變壓吸附裝置后,二氧化碳、一氧化碳、水和氮氣等組分被脫除,提純后的氣體稱為凈化氣或者產品氣。如果凈化氣中氫氣體積分數(shù)達到工藝要求(≥98.5%),凈化氣則直接進入后工段生產雙氧水。如果凈化氣中氫氣含量不符合工藝要求,則需要在調度允許的情況下,直接放空去燃燒,直到達到指標范圍內才進入后工段待用[1-2]。

技改前采用十一塔加四塔回收的變壓吸附提氫工藝流程,見圖1。液氮洗來原料氣組分見表1。

表1 液氮洗來原料氣成分

圖1 技改前工藝流程

2 技改方案

技改前裝置以液氮洗來原料氣為主,對原變壓吸附裝置進行改造后,原料氣為甲醇合成循環(huán)氣。技改后原料氣溫度為常溫(≤40 ℃),壓力為4.9 MPa,具體組分要求見表2。

表2 使用甲醇合成循環(huán)氣做原料氣的組分要求

經過多次的技術討論和經濟性分析,最終確定的技術改造方案為：變壓吸附裝置由三段變壓吸附組成,即PSA-1、PSA-2和PSA-3。PSA-1共有11臺吸附塔(利舊)。從合成甲醇送來的循環(huán)氣從PSA-1的吸附塔入口端自下而上通過2臺正處于吸附步驟的吸附塔,吸附塔內裝填的吸附劑吸附原料氣中的水、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氮氣等強吸附組分,弱吸附組分氫氣作為氫氮中間氣(φ(H2+N2)=90%～99%)從出口端流出[3-4]。吸附結束后,通過減壓,使被吸附的雜質組分從吸附劑上脫附,即得到解吸氣,同時使吸附劑得到再生。其余塔分別進行降壓再生步驟的操作,11臺吸附塔按設置的程序交替循環(huán)操作,時間上相互交錯,以此達到原料氣不斷輸入、產品氣不斷輸出的目的。非氫雜質被吸附劑吸附,未被吸附的氫氮等氣體稱為中間氣從吸附塔頂部流出,送往PSA-2。來自PSA-1工序的中間氣經減壓至 0.8～1.2 MPa,從PSA-2的吸附塔底部進入。PSA-2由6臺吸附塔組成,工藝流程為6-2-3的抽空工藝流程。原料氣由吸附塔入口端自下而上通過1臺正處于吸附步驟的吸附塔,吸附塔內裝填的吸附劑吸附原料氣中的水、二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氮氣等強吸附組分,弱吸附組分氫氣作為氫凈化氣從出口端流出,通過流量計(FIQ202)計量和調節(jié)閥(PIC203)調節(jié)壓力至0.5～0.8 MPa后送往雙氧水工段。吸附結束后,通過減壓,使被吸附的雜質組分從吸附劑上脫附,即得到解吸氣,同時使吸附劑得到再生。其余塔分別進行降壓再生步驟的操作,6個塔按設置的程序交替循環(huán)操作,時間上相互交錯,以此達到原料氣不斷輸入、產品氣不斷輸出的目的。變壓吸附過程的各個操作步驟由計算機控制完成。PSA-2的產品氣去合成雙氧水使用。PSA-2吸附器的逆放和抽空階段的解吸氣從PSA-3吸附塔底部進入,非氫雜質組分被吸附劑吸附,未被吸附的氫氣從吸附塔頂部流出,去PSA-1升壓使用。當吸附步驟結束后,通過減壓,使被吸附的雜質組分從吸附劑上脫附,即得到解吸氣,同時使吸附劑得到再生。其余塔分別進行降壓再生步驟的操作,4臺吸附塔按設置的程序交替循環(huán)操作,時間上相互交錯,以此達到很好地回收解吸氣中氫氣的目的。PSA-3的逆放和解吸氣與PSA-1的解吸氣混合去一起通過壓縮加壓后,去燃燒系統(tǒng),供HT-L氣化11單元熱風爐使用。逆放和解吸氣的組分和熱值見表3。

表3 逆放和解吸氣的組分和熱值

技改后的工藝流程見圖2。

圖2 技改后工藝流程

技改前的甲醇合成工藝主要控制氫碳比在2.7～3.5,變換崗位一氧化碳體積分數(shù)指標控制在19%～22%,低溫甲醇洗出口二氧化碳體積分數(shù)指標控制在1.8%～2.5%,甲醇合成循環(huán)氣組分見表4。為了滿足技改后變壓吸附原料氣的組分要求,調整變換崗位一氧化碳體積分數(shù)指標控制在17%～19%,低溫甲醇洗出口二氧化碳體積分數(shù)指標控制在0.5%～1.0%,工藝調整后甲醇合成弛放氣來原料氣組分見表5。

表5 工藝調整后甲醇合成弛放氣來原料氣組分

3 經濟效益核算

2021年中能化工通過技改利用甲醇循環(huán)氣為原料氣變壓吸附后生產雙氧水,項目實施后消耗甲醇合成循環(huán)氣5 000 m3/h,可以生產雙氧水25 t/h,少產甲醇3.25 t/h,多產合成氨3.25 t/h;同時,甲醇合成系統(tǒng)輕負荷生產,系統(tǒng)阻力變小,2臺合成壓縮機的電流從60 A降低至26 A,1臺合成循環(huán)機電流從90 A降低至50 A。該HT-L工藝產甲醇成本為3 400元/t,售價為3 372元/t;產合成氨成本為3 458元/t,售價為3 900元/t;產雙氧水成本為680元/t,售價為800元/t;工業(yè)用電費用為0.7元/(kW·h),每年有效生產時間按8 000 h計算,則改造后經濟效益見表6。

表6 改造后經濟效益

綜上所述,技改后1年共產生經濟效益3 984.9萬元,經濟效益良好。

4 結語

通過甲醇合成工藝實現(xiàn)弛放氣的綜合回收利用,為甲醇生產企業(yè)的發(fā)展開辟了一條新途徑,尤其在原有設備基礎上稍加改造,不僅可以提高現(xiàn)有設備的利用率,還能延長產業(yè)鏈條,也為企業(yè)面對多變的市場提供了多種應對方案。綜上所述,利用弛放氣提氫,經濟效益非常明顯,因此非常適合在甲醇生產裝置附近有氫氣需求的地方推廣普及。