煤气净化煤气脱碳

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1、关键字】精品煤气净化任务煤气脱碳前言各种原料制取的粗原料气，经脱硫、变换后，仍然有相当量的二氧化碳。CO2/CO之比高， 气体组成不符合 H2-CO2/（CO+ CO2）=2.1-2.2 甲醇和成的要求。因此，必须脱除大部分二氧 化碳。工业生产中脱除二氧化碳的方法很多，一般采用溶液吸收法。根据吸收剂性能不同可分为 物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法三大类。化学吸收法常用的方法有氨水法、改良热钾 碱法（如：本菲尔法）等；物理吸收法一般用水和有机溶剂为吸收剂，常用的方法有加压水洗 法、碳酸丙烯酯法、低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法（NHD法）等；物理化学吸收法兼有物理 吸收和化学吸收的特点，方法有

2、环丁砜法，甲基二乙醇胺法（ MDEA 法）等。这些方法都可用于 甲醇生产中。目录1、概述32、脱碳的目的33、脱碳方法种类33.1、 物理吸收法33.1.1、 低温甲醇洗涤法33.1.2、 聚乙二醇二甲醚法43.2、 化学吸收法7321、热碳酸钾法73.2.2、 活化 MDEA 法83.3、 物理化学吸收法93.4、 干法（吸附法）104、 几种脱碳方法的技术特点比较115、 脱碳典型流程绍125.1、 碳酸丙烯脂脱碳工段工艺流程125.2、 改良热钾碱法的两段吸收、两段再生流程136、结束语147、参考文献151概述、粗煤气经一氧化碳变换后，变换气中除氢、氮外，还有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等

3、组 分，其中以二氧化碳含量最多，在煤气中把二氧化碳从合成气中脱离出来的工序称为煤气的脱 碳。2脱碳的目的、煤气化制得的甲醇粗原料气中，二氧化碳本身是过剩的，经过CO变换后，部分CO又转 化成二氧化碳，致使合成甲醇时氢碳比太低，对合成反应极为不利。因此，多余的二氧化碳必须 从系统中脱除，使最终煤气组成符合合成甲醇的氢碳比。3脱碳方法种类、物理脱碳吸收法和化学脱碳吸收法的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的力不同。 物理吸收中的各分子间为范德华引力，而化学吸收中为化学键力，这二者的区别构成它们在吸收 平衡线、热效应、温度对吸收的影响以及吸收选择性等方面的不同，其脱碳方法种类如下表（图 1）：（

4、图 1）31物理吸收法目前国内外使用的物理吸收法主要有冷甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙稀酯法。物理吸 收法在加压（25MPa ）和较低温度条件下吸收C02，溶液的再生靠减压解吸，而不是加热分 解，属于冷法，能耗较低。311、低温甲醇洗涤法低温甲醇洗是20世纪 50年代初德国林德公司相鲁奇公司联合开发的一种脱碳方法。最早 用于煤加压气化后的煤气净化。60 年代，随着以重油和煤为原料大型合成氨装置的出现，低温 甲醇技术在原料气的净化方面也得到了应用。 基本原理甲醇是一种无色透明的挥发性液体，有剧毒，沸点64.7c，熔点-97 . 08C ,自燃点在空气中 473弋，在氧气中46IC。甲醇对二氧化

5、碳，硫化氢，硫氧化碳等酸性气体有较大的溶解能力， 而氢、氮、一氧化碳等气体在其中的溶解度甚微，因而甲醇能从原料气中选择吸收二氧化碳、硫 化氢等酸性气体，而氢氮损失很小。3.1.2、低温甲醇法脱除CO2的工艺流程脱除CO2的工艺流程如图6-4所示，自变换工序来的原料气，为了防止原料气中的水蒸气 在低温下结冰，向原料气中喷入少量甲醇，然后原料气经换热器1冷却，再水分离气2分离出 甲醇水溶液，有洗涤塔 3 的底部加入塔内与上部下来的低温甲醇逆流接触，原料气中的硫化 氢、二氧化碳等酸性气体被逐级除去。净化后的气体由塔顶排出送往后工序。洗涤塔分3分为上塔和下塔两部分，上塔又可分为上、中、下三段。贫甲醇由

6、上塔上段加 入后，吸收气体中尚存的少量硫化氢及二氧化碳。溶解热是甲醇温度升高，经中间冷却器降温后 加入上塔中段。大部分二氧化碳在上塔的中段和下段被吸收，因此中段和下段又称为吸收段。由 上塔底部排出的甲醇溶液， 51%的甲醇经冷区器冷却减压后，加入第二闪蒸槽，其中溶解的氢 及少量的二氧化碳被闪蒸出来。上塔底部排出其余49%的甲醇溶液加入下塔，吸收原料气中的 硫化氢、硫氧化碳溶液温度升高。下塔底部排出的甲醇溶液，经甲醇冷却器12、换热器10冷却 并减压后，加入第一闪蒸槽8解吸出氢及少量二氧化碳。第一、第二闪蒸槽排出的闪蒸气，送 原料气总管。 由第二闪蒸槽底部排出的 含有二氧化碳的甲醇溶液，降压后送

7、至二氧化碳解吸塔 13顶部，解吸出溶解的大部分二氧化碳。由第一闪蒸槽排出的含有硫化氢和二氧化碳的甲醇溶 液，降压后送二氧化碳解吸塔中部，解吸出硫化氢和二氧化碳。其中硫化氢被上段来的甲醇溶液 吸收，二氧化碳由塔顶排出。由硫化氢浓缩塔14上塔排出的甲醇溶液，经换热器15、中间冷却 器 4、换热器 10 加热后，送往二氧化碳解吸塔下段，解吸出其中的二氧化碳，与上段和中段解 吸出的二氧化碳回合，经甲醇冷却器12、原料气换热器 1换热后，送回收工序。下段解吸出的 硫化氢由上段来的甲醇溶液吸收。从二氧化碳解吸塔13中段排出的甲醇溶液减压后，加入硫化氢浓缩塔的上塔下部，从二氧 化碳解吸塔底部排出的甲醇溶液，

8、经减压后加入硫化氢浓缩塔的下塔上部，解吸出二氧化碳和硫 化氢。为回收硫化氢，在硫化氢浓缩塔上段，用从二氧化碳解吸塔上段送来的甲醇溶液吸收硫化 氢。含二氧化碳的尾气经原料气换热器回收冷量后放空。图6-4 同时脱除硫化物和二氧化碳的低温甲醇洗涤流程1-原料气换热器；2、17、25、28、33、34-分离器；3-洗涤塔；4、中间洗涤器；5、7、27-氨冷器6、12-甲醇冷却器；8-第一闪蒸槽；9-第二闪蒸槽；10、15、16-换热器；11-压缩机；13-二氧化碳解吸塔；14-硫化 氢浓缩塔；18、32-水冷器；19、20-贫甲醇冷却器；21-甲醇收集槽；22-甲醇再生塔；23-甲醇再生塔再沸器；24

9、、 31-回流冷却器；26-硫化氢馏分冷却器；29-甲醇蒸馏塔；30-甲醇蒸馏塔再沸器；36、37、38、39、40、41-甲醇泵由硫化氢浓缩塔底部排出的含硫化氢的甲醇溶液，经贫甲醇冷却器 19、20 加热后送 至甲醇再生塔 22 顶部。在甲醇再生塔再沸器 23 内用蒸汽将溶液加热。靠蒸发出来的甲 醇蒸气气提，溶解的硫化氢和二氧化碳完全解吸出来，与部分甲醇蒸气一同从塔顶引 出，在回流冷却器 24 中大部分甲醇蒸气被冷凝下来。经分离器 25 分离出的甲醇送到甲 醇再生塔顶部。气体经硫化氢馏分冷却器 26 和氨冷器 27，温度降低使甲醇蒸气冷凝下 来，在分离器 28 种进行气液分离后，溶液送至硫化

10、氢浓缩塔下部。由分离器 28 出来的 气体，经硫化氢馏分冷却器 26 换热后，送往克劳斯硫磺回收工序。由再生塔底部排出的 贫甲醇经贫甲醇换热器 20 冷却后进入甲醇收集槽 21，用泵加压经水冷却器 18、贫甲醇 冷却器 19、换热器 16、换热器 15 降低温度后，进入洗涤塔顶部。为回收甲醇水分离器 2 分离出的甲醇水溶液中的甲醇，在甲醇蒸馏塔 29 中用蒸汽间 接加热进行蒸馏。从再生塔底部引出少量贫甲醇作为蒸馏塔的回流液。从蒸馏塔顶部排 出的蒸气经回流冷却器 31、水冷却器 32 冷却后，大部分甲醇蒸气冷凝为液体，经分离 器 33 分离出的甲醇用泵 41 送至再生塔顶部作为回流液。从分离器

11、33、34 分离出的气体 汇合后，作为硫化氢的馏分加以回收。从蒸馏塔底部排出含甲醇的水，送水处理工序。低温甲醇法的吸收塔，再生塔内部都用带浮阀的塔板，根据流量大小，选用双溢流 或单溢流，塔板材料选用不锈钢。由于甲醇腐蚀性小，采用低温甲醇洗时所用设备不需 涂防腐涂料，也不用缓蚀剂。313、聚乙二醇二甲醚法NHD-聚乙二醇二甲醚溶剂已被广泛应用于天然气、燃料气、合成气等混合气体中 HS. CO、COS、烃、醇等的吸收。目前全世界已有48套工业装置使用Selexol净化工艺, 处理总气量约85X 106ms/d （标态）。采用Selexol 工艺的凯洛格型大型氨厂已成为国际 上公认的节能样板。313

12、1 NHD溶剂的物理性质(聚乙二醇二甲醚)NHD溶剂的主要成份是聚乙二醇二甲醚的同系物，分子式为CH -O-(C H O) -CH，式中32 4 n3n =28,平均分子量为250270。其物理性质(25C)如下：密度(kg/m3)1027蒸气压(Pa)0.093表面张力(N/m)0.034粘度(mPa S)4.3比热J/(kg.K)2100冰点(C)-22-29闪点(C)151燃点(C)157各种气体在NHD溶剂中的相对溶解度组份H2COCH4CO2COSHS2CH SH3CS2HO2相对溶解 度1225701796872400184673300NHD溶剂特征:既能大量脱除二氧化碳，又能将硫

13、化物脱除到微量，同时氢气、氮 气、一氧化碳、甲烷等有效气体损失很少。313.2、 NHD脱碳工艺特点(1)正常操作工况下，脱碳气中的CO含量可稳定在0.1%2能选择性吸收H S、CO和COS,且吸收能力强。22(3) 溶剂无腐蚀性，即使在溶剂含水量高达10%、累积硫含量高达300mg/L的情况下，亦 未发现设备有明显腐蚀。(4) 溶剂的蒸气压极低，挥发损失很少，流程中不需设置洗涤回收装置。(5) 溶剂具有良好的化学稳定性和热稳定性，不氧化，不降解。(6) NHD溶液不起泡，不需要消泡剂。(7) 溶剂无毒无味(8) NHD脱碳的吸收和再生过程不耗蒸汽和冷却水，高压闪蒸气的回收及低压闪蒸气CO 的

14、输送不需外加动力。尽管采用冰机制冷，但因低温吸收使溶液循环量减少，故总能耗较 低。工艺流程如下：原料气在吸收塔内与溶剂逆流接触，净化后气体从塔顶出来。吸收 CO2后的富液经透平回收能量后进加压闪蒸槽，含氢弛放气经压缩机后回到吸收塔；溶 剂依次进中间闪蒸槽和低压闪蒸槽，弛放出高浓度的CO2进CO2压缩机；然后溶剂用泵 打入气提塔顶部，从气提塔底部通入空气，再生后的贫液打回吸收塔重复使用。气提塔 顶出来的含CO2气体放空，在需要回收时，此气体进空气压缩机作为二段炉转化所用的 空气。由于吸收与再生均在0C或更低温度下进行，为减少冷量的损失，工艺流程中还 需加若干台换热器回收冷冻量。(如图4 )工艺流

15、程图:4聚乙二醇二甲醚法1分离黠t 2液罄T 3圾吹书4一刀离卷*昌一中网JA1契帼；&一二鹉胺T：槽.了一再生塔*我一冋 沛i杷S 9煎沸瞬,10住凝凝* 11热空换舉丨12冷却器* 13循坏泵* 14向锻歹丈3.2化学吸收法概念利用二氧化碳具有酸性可与碱性化合物进行反应而除脱。3.2.1热碳酸钾法热碳酸钾法又称热钾碱法，是利用的碳酸钾溶液吸收脱除二氧化碳的方法。吸收原理利用碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应进行脱碳其吸收反应式为：再生反应为co2 c&工艺条件(1).溶液的组成O富+HTQ =-2KHCO3(A) 碳酸钾的浓度：提高浓度有利吸收，上线温度为结晶的溶解度。27-30%(B) 活化剂的含量：在改良热钾碱法中，活化剂DEA的含量约为2.55%。(C) 缓蚀剂含量：偏钒酸盐，总钒含量0.8%(D) 消泡剂：硅酮、硅醚类工艺流程本热碳酸钾法主要介绍流程为二段吸收二段再生流程主要设备为吸收塔和再生塔流程图如图(5)：图（5）3.2.2活化MDEA法活化MDEA法也叫N-甲基二乙醇胺法反应原理利用MDEA