林德低温甲醇洗技术建议书.docx

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林德低温甲醇洗技术建议书

60万吨煤制甲醇脱硫脱碳技术建议

1.工艺描述

1.1序论

该技术建议书依据位于中国陕西咸阳渭城区金旭路的陕西咸阳化工有限公司发布的煤制甲醇项目的脱硫和脱碳装置的初步询价书（招标文件）。

对于甲醇合成原料气的净化和调节，采用低温甲醇洗技术是最适当的工艺。

用于酸性气体脱除的林德低温甲醇洗工艺技术是一种物理洗涤工艺，溶剂使用容易获得、质量稳定和对于CO2和H2S/COS具有较大溶解度的低温甲醇（A级）。

应用低温甲醇洗工艺处理酸性气体浓度高及压力高的气体特备经济。

由于二氧化碳和H2S在甲醇中的高溶解性，其溶剂循环量相对于其他可能的洗涤系统较少。

从而使公用工程消耗指标相当低（如蒸汽，冷却水，电能）。

下面所示业绩表中，林德在设计和提供低温甲醇洗装置两方面均具有显著的记录和经验。

低温甲醇洗工艺在煤、沥青、焦油或石油生产的原料气中脱除H2S/COS和CO2上具有成功的运营业绩，是被充分证明了的工艺。

特别是目前煤或油气化的下游，按照林德设计的低温甲醇洗工艺已在商业上得到验证和接受，这在业绩表中及汇集的一些专用装置中可以清晰地看出。

一些装置是世界上以煤为原料最重大的工业化规模的合成装置。

其中一些装置林德为总承包，其他一些工厂，有些是林德提供一部分装置或只是设计和设备选型。

许多这样的工厂位于中国。

工厂位置气化类型/原料

江苏索普中国南京水煤浆/煤

天津索达（两套）中国天津壳牌/煤

神华包头中国包头德士古/煤

贵州天福中国贵州壳牌/煤

齐鲁石化中国齐鲁德士古/煤

上海吴江中国上海德士古/煤

南京CO中国南京德士古/煤

神华制氢中国马甲塔壳牌/煤

云南制氨2中国华山壳牌/煤

云南制氨1中国昆明壳牌/煤

永城制氨中国永城壳牌/煤

吉林制氨中国吉林德士古/残油

在许多不同的气化类型（德士古、壳牌和其它）和不同原料（煤、油、焦油、沥青）的装置上，林德低温甲醇洗工艺设计在粗原料气（未变换）和变换后原料气及其混合气上都取得了成功的经验，更详细的内容参见附件中的业绩表。

2004年林德签订了3套以壳牌煤气化工艺为基础的低温甲醇洗装置，它们分别是云南省两套日产1700吨和日产1800吨的合成氨生产线，内蒙马加塔一套双系列煤液化提炼氢装置。

在云南省的两套氨项目上，林德在低温甲醇洗单元增设了低温氮洗单元。

2005年林德签订了另外3套以德士古煤气化工艺为基础的低温甲醇洗装置。

它们中的两套为中国石化，带有CO冷箱；一套为上海焦化。

这3套系统均是变换气和未变换气混合后一起净化然后组合了一个再生系统。

石化项目的这些案例中，在同一低温甲醇洗单元内有三种不同的产品形态：

粗氢气、含氧合成气、甲醇合成气。

从2006年至今，林德签约了5套以壳牌或德士古气化为源头的低温甲醇洗系统，而在天津索达厂将设计两套不同的低温甲醇洗系统，用于像氨、甲醇、氧、氢气等多种产品的生产。

最大的工厂是位于内蒙包头的神华公司，双系列处理原料气量700,000Nm³/h

林德低温甲醇洗工艺设计另一特性为几台缠绕式换热器的使用。

使用缠绕式换热器的主要优点如下：

•降低整体投资费用，因为一台缠绕式换热器可以取代所必需的几台TEMA换热器。

另外使用较少的连接管道，仪表，钢构件，安装量减少。

•降低公用工程指标消耗，因为缠绕式换热器可以允许较小的温差操作，这样可以使甲醇循环量为最小。

从而降低了电耗，制冷和蒸汽。

•操作方面具有优势如甲醇喷射到原料气中降低了压降等。

•由于缠绕式换热器立式安装比使用大量的内部连接管线和钢结构支撑的TEMA换热器节省了占地面积。

林德在设计，施工和操作这样的低温甲醇洗装置方面积累了经验，这是提供新装置成功试车的最好保证。

林德在低温甲醇洗工艺设计、建造、操作中积累的经验，使新装置成功交付得到最可靠的保证。

以下定义将在后面的提案中使用

买方

中国陕西咸阳陕西咸阳化工有限公司

卖方

德国慕尼黑林德工程公司（LE）

RWU

低温甲醇洗单元（RectisolWashUnit）

Plant

买方采用RWU的工艺流程图及设备和材料的基础工程范围

装置界区

BEDP

卖方基础工程文件（BasicEngineeringDesignPackage）

1.2工艺简介

（1）本低温甲醇洗装置可按单系列配置。

（2）装置最大能力为300000Nm3（干）/h（工厂设计能力），工厂设计弹性范围保证值50~100%。

（3）尾气排放符合中国环保标准。

总硫含量处理到小于25ppm，H2S最大量2.3kg/h，通过水洗，使甲醇含量小于190mg/Nm³，CO含量没有限制，但无论如何设计中应很容易做到在1%以下。

（4）工艺采用一种有选择性的已被证明的林德标准设计的1级低温甲醇洗系统。

（5）原料气含有微量杂质组分NH3和HCN.，而且金属羰基化合物也估计会出现。

其他微量组分假定不能被检出。

NH3在低温甲醇洗上被锅炉给水洗涤掉。

不脱除NH3，将在低温甲醇洗装置内形成铵基盐和亚硫酸盐并在溶媒中循环，从而造成堵塞和产品质量下降。

物料平衡是基于NH3含量为280vppm，水预洗设计脱除NH3至400vppm（开工会期间确定）。

HCN的主要部分在原料气预冷时被浓缩并在甲醇/水分离中得到分离。

HCN通过喷入碱液来限制其含量，并且以氢化物的形式被洗涤水中清除。

如果不喷入碱液，HCN在溶剂循环中高度聚积并导致腐蚀，而且会进入产品气，这是我们不期望的事。

对于装置设计，在原料气中最大允许HCN浓度为15vppm。

原料气中COS据称为零，无论如何，可以预见原料气的COS浓度如此低，以致于不再考虑特殊的设计。

（6））除了标准配置外，增设一个在环境温度下从溶剂氮气气提装置，以合适的H2S浓度向Claus装置提供原料气。

（7）作为惯例林德低温甲醇洗使用几个缠绕式换热器（SWHE）。

SWHE相对于TEMA换热器可以提供加大便利，所以安装使用几个SWHE换热器必须是从经济和技术角度仔细审查过的。

除了在很多低温甲醇洗装置取得丰富的经验外，主要优势在于：

－在一个位号可以同时对几种物流进行冷却或加热

－当大部分的溶解气体从液体解析时，合理的结构利于可靠和稳定地操作。

－热/冷介质真正的逆流保证在一个设备内用合理的体积以很小的温差传递很大的热负荷。

用专用的TEMA换热器，引起的不利情况必须用相应的设计来补偿，这样可能会导致更复杂、不够合理和效率下降。

－在超过一种物流被加热或冷却时，必须为每种物流平行安装一台独立的TEMA设备（包括管线、基础、仪表、安装等）

－在TEMA换热器中气体解吸要求依赖于具体条件如采用昂贵的釜型、垂直布置、管子上不采用窗式设计等特殊设计。

在某些情况下，不得不采用提高介质压力（更大的泵压头）带下游膨胀的方法来抑制解吸。

特别是在超过一台TEMA换热器串联使用时。

－以小温差实现大的热负荷交换要求大量的TEMA设备串联使用。

理由是一台TEMA设备不允许温度的交叠。

这意味着，冷介质的出口温度不可能超过热流体的出口温度。

正常安装的TEMA为了不使设计壳体直径太大，其温差相对于SWHE更高。

对真正的逆流，温度交叠的限制必然不被考虑。

这意味着一台只有一个壳程和一个管程的TEMA换热器，通常对大溶液流量的热交换不是一种合理的结构。

一台带纵向挡板的TEMA换热器对于一个带两个管程以逆流流动单元是一种可选设计，这可以改进液/液热交换的设计状况。

但这种TEMA单元操作是存在争议的。

问题在于纵向挡板的紧固。

除其它要求外，这种换热器的制造要求特别高的标准和监控，挡板必须采用特殊密封。

尽管在结构方面做了许多工作，但纵向挡板仍会在壳程产生1-5％的泄漏率。

必须根据情况认真检查，这种内旁路是否可以接受或是否可以通过额外的能力补偿，还得在实际中确定。

一种折衷的考虑是设计几个带纵向挡板的壳体串联使用，这会减少壳体总数量（与无纵向挡板比）并减少泄漏问题（与只安装一个壳体相比）

总的来说，在带纵向挡板的TEMA方面没有丰富的经验。

报道有成功的也有操作不好的。

林德目前正在为德国一个大型化工装置提供改造。

改造的内容包括用串联的新的无纵向挡板的TEMA取代带纵向挡板的TEMA.

在本项目中使用SWHE的理由是：

E01原料气冷却器

-两种物流同时被加热

-对喷射到原料气中的甲醇所要求的良好分布来说具有合理的和最成熟的结构

-结构和热/冷介质真正的逆流使得即便温差小也能采用一个设备同时体积合理

E06循环甲醇冷却器

-由于壳程侧存在大量闪蒸气体，结构合理才能可靠和稳定的操作。

-尽管在冷端温差相当的低仍有合理的尺寸

可选方案是使用TEMA釜式换热器。

为了把设计管子长度限制在一个合理的范围，温差必须提高。

这会恶化洗涤单元的总效率。

E07甲醇/甲醇换热器I

-两种物流同时被冷却

-热/冷介质真正的逆流保证全部热交换负荷在一个设备内完成。

可选方案为必须使用几台TEMA换热器。

E09甲醇/甲醇换热器II

.建议的一个可选方案为一台绕管式换热器把冷甲醇加热到约0°C，然后在五台串联的TEMA壳体中进一步加热。

理由：

SWHE在低温范围操作没有问题，但在0°C以上可以预计到的羰基物可能产生结垢。

在此范围内，TEMA换热器可以进行机械清洗。

由于以上原因导致偏离了成熟的SWHE设计而可能采用可选方案，这是没有经济性的原因。

（8）林德建议在低温甲醇洗单元使用过滤器。

该单元的过滤理念是从许多低温甲醇洗单元运行经验中形成的。

-一台筒式过滤器（丝网型）用于向热再生灌注溶剂（100%）过程以保护下游的热交换器。

-.一台筒式过滤器（细丝网）用于到甲醇/水分离器（100%）的回流和部分贫液以保证甲醇/水精馏和溶剂回路尽可能清洁。

强烈建议安装这二台过滤器。

最完美的设计单元，也不能排除由原料气带入、化学反应、很小的腐蚀和其它原因引起的杂质。

在过滤器方面的相应投入一个很小的费用也将带来很大的操作安全性。

（9）所有的塔类设备都按常规的、成熟的浮阀塔板设计。

甲醇/水分离塔作为一个例外，该塔设计为同样常规的筛板，以降低对杂质的敏感性。

（10）努力使循环溶剂中水含量尽可能低。

为了达到这个目的，应强调以下设计准则：

-甲醇/水分离系统设计有很大的超负荷能力。

特别是，在溶剂中水含量较高（经过一个短暂的工况波动），使用这个过剩能力就可以很快把水含量降下来。

-热再生塔底部分为两段。

一个用于返回到吸收塔的贫甲醇，另一个用于去再沸器（数倍甲醇循环）和到精馏的回流。

这个设计可以使含水的第二段中的甲醇浓缩。

这意味着从溶剂回路送到甲醇/水分离塔的水排放量提高了。

1.3工艺描述

请参照附件1所提供的工艺流程简图，该附件仅仅是一个简要流程图，不能将所有必要的设备一一列举，仅是一个最小的基本的设备分类列表以帮助理解低温甲醇洗工艺，附件中详细的设备列表包含了所有的设备清单

1.3.1低温甲醇洗单元

（1）首先，NH3利用锅炉给水从变换气中除去。

含NH3废水被送到低温甲醇洗装置界区外。

然后喷射了甲醇的原料气被冷产品气冷却下来，冷凝的甲醇/水混合物在一台槽中分离下来。

原料气被送到甲醇洗涤塔

。

（2）在甲醇洗涤塔的下段H2S和COS被冷甲醇脱除，在上段CO2被完全脱除。

溶解热一部分使甲醇液温度升高，一部分被冷却段消化。

由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S在甲醇中的溶解度小，在CO2脱除段所需甲醇量段比H2S脱除段大的多。

在CO2脱除段中部取出部分甲醇液，此部分甲醇仅饱和了CO2，其余由塔底出来的甲醇液饱和了H2S和CO2。

由塔顶出来经洗涤后的精制气经复热后送出界区。

（3）经过过冷（5）后两股甲醇富液都到中压闪蒸罐闪蒸以回收溶解的氢气。

闪蒸气再压缩后被循环到低温甲醇洗单元的原料气中。

（4）从

来的两股溶液流现在都膨胀到接近常压进入H2S浓缩塔。

H2S在该塔的上段中利用送到顶部的无硫甲醇从闪蒸的CO2物流中除去。

在H2S浓缩塔的下段，Co2利用气提气（氮气）从甲醇中气提出去以提高富H2S气中的H2S浓度。

通过气提作用，溶解热得到回收，外部冷量消耗相应减少。

塔顶部的尾气（主要为CO2和N2）在复热后送水洗塔洗涤去除甲醇后被送出界区。

（5）为了改进

部分的气提，从上段来的甲醇被较热的甲醇加热后送回下段

（6）来自

的冷甲醇富液被加热到常温然后用氮气气提以进一步提高富H2S气中的H2S浓度。

（7）从

出来的低温富甲醇被加热后进入热再生塔

，再生甲醇被冷却后再此进入洗涤塔使用。

（8）在热再生塔中，所有溶解的酸性气被再沸器中由蒸气加热产生的甲醇蒸汽气提出去，得到再生的贫甲醇用泵送到甲醇洗涤塔，蒸发的甲醇在H2S浓缩塔顶部被冷却下来。

（9）来自

的甲醇/水混合物进入甲醇水分离塔分离成甲醇（顶部）和废水（底部）。

塔底液被蒸汽加热后作为贫甲醇液去回流。

由塔顶出来的甲醇送往热再生塔，塔底出来的废水经冷却后送出界区，这部分废水中包含了原料所中包含的杂质。

（10）为保证合适的尾气排放，来自H2S浓缩塔（4）的尾气经原料气冷却器

（1）回收冷量后送尾气洗涤塔除去甲醇。

用锅炉给水或脱盐水作为洗涤水进行洗涤。

吸收了甲醇的洗涤水由塔底出来送去甲醇/水分离塔

回收其中的甲醇。

其他（在PFD中不显示）

应提供用于设备和管道少量的排液的废甲醇系统。

应配备一个较大的甲醇贮槽，其容量能够存储整个装置的甲醇总量加上用于开车的甲醇量。

1.4设备清单

基于卖方提供的RWU装置基础工程设计包中所有设备大概有：

位号说明装置号

塔

T01甲醇洗涤塔1

T02H2S浓缩塔1

T03热再生塔1

T04甲醇/水分离塔1

T05氮气气提塔1

T06NH3预洗塔1

T07尾气水洗塔1

容器/罐

D01水分离罐1

D02循环气闪蒸罐I1

D03循环气闪蒸罐II1

D04甲醇闪蒸罐I1

D06H2S精馏分离I1

D07H2S精馏分离II1

D08甲醇收集罐1

D09碱液贮槽1

D10甲醇废液罐1过滤器

S01甲醇粗虑1

S02甲醇过滤器1

热交换器

E01原料气冷却器（SWHE）1

E02循环压缩机后冷器1

E03合成气/甲醇换热器1

E04富甲醇激冷器1

E05甲醇激冷器1

E06循环甲醇冷却器（SWHE）1

E07甲醇/甲醇交换器I（SWHE）1

E08贫甲醇冷却器3

E09甲醇/甲醇换热器II（SWHE）1

E10甲醇/甲醇换热器III5

E11甲醇/甲醇换热器IV4

E12H2S馏份冷却器1

E13H2S馏份换热器1

E14H2S-馏份冷却器1

E15热再生塔再沸器1

E16甲醇/水分离塔再沸器1

E17回流冷却器（管壳式和板式）1

E18甲醇水冷器1

E19贫甲醇冷却器1

E20尾气/甲醇换热器1

E21BFW冷却器1

E22热水换热器1

泵

P01A/B甲醇富液泵I1+1

P02A/B甲醇富液泵II1+1

P03A/B甲醇富液泵III1+1

P04A/B甲醇富液泵IV1+1

P05A/B甲醇贫液泵1+1

P06A/B甲醇/水分离塔回流泵1+1

P07A/B热再生回流泵1+1

P09A/B尾气水洗泵1+1

P10碱液计量泵1

P12甲醇收集泵1

压缩机

C01循环压缩机1

注释：

SWHE（Spiral-WoundHeatExchanger）=绕管式换热器

该设计利用了四台绕管式换热器，这些换热器为特殊制造.，具有非常高的换热效果和较低的消耗，同时在经济上比较合算，因为一台SWHE能够代替多台TEMA。

在工艺保证方面，卖方强烈推荐采购林德工程公司在中国辽宁大连的有限公司制造的绕管式换热器，并由买方单独与其签署合同。

1.5装置考核

1.5.1概述

该数据为装置在正常操作条件下100％负荷的数据，装置考核保证值见附件5

1.5.2物料平衡

基于初步建议书的物料平衡表见附录2

1.5.3公用工程消耗指标

基于初步建议书的公用工程消耗清单见附录3

1.5.4排污

1.5.4.1尾气

见附录2的物料平衡NO.3物流

1.5.4.2废水

见附录2的物料平衡NO.6物流。

从甲醇/水分离塔来的废水应送到界区外废水处理装置，详细的说明将在基础工程设计时讨论。

1.5.4.3来自水洗的固体排放物

见附录2的物料平衡NO.5物流

低温甲醇洗来自水预洗的工艺排放物排出界区，通常这些排放物是返回气化单元。

详细的说明将在基础工程设计时讨论。

2.设计基础

2.1概述

附件5所列出的设备设计，装置操作和工艺保证是基于本章界定的数据.和条件

2.2低温甲醇洗原料气规格

仅仅指定的一种的原料气工况

组成

最大H2S

最小H2S

46.05

mol%

0.22

mol%

19.59

mol%

0.11

mol%

CO2

33.75

mol%

CH4

0.08

mol%

H2S

5600

1200

vppm

COS

400

200

vppm

NH3

400

280

vppm

HCN

vppm

H2O

477.3

Kg/h

流量

300000

Nm3/h

压力

5.5

MPa（G）

温度

°C

1）正常100%负荷干气组成

2.3低温甲醇洗产品说明

2.3.1净化合成气

低温甲醇洗单元将按下列合成气要求设计产品

组成

期望值

CO2

2.75+/-0.1

mol%

H2S+COS

≤0.1

mol%

压差

0.22

MPa

温度

大约30

°C

2.3.2放空尾气

低温甲醇洗单元的放空气将按适宜中国的标准设计。

组成

CH3OH

≤190

mg/Nm³

H2S+COS

≤25

vppm

压力

0.115*

MPa（a）

*该压力是基于从低温甲醇洗界区到放空点的管线1000m（预计管径1200~1300mm）的压差大约100mbar为前提。

2.3.3富H2S气

硫组分浓缩段被富集然后去Clause单元回收。

组成

期望值

H2S+COS

≥25

mol%

压力

≥0.20

MPa（A）

2.3.4废水

压力

≥0.20

MPa（A

2.4设计弹性

按RWU的设计弹性为处理原料气的50~100%

2.5公用工程

低温甲醇洗所需公用工程应从界区外由买方提供。

2.5.1甲醇

作为低温甲醇洗装置的溶剂，质量等级为"A"

2.5.2冷冻剂

液态过冷丙烯，蒸发温度-40°C

2.4.3低压氮气

作为低温甲醇洗装置连续气提使用。

压力

0.45

MPa（G）

温度

℃

氮气+氩

≥99.999

mol%

氧气

≤10

vppm

质量

无油污灰尘，干气

机械设计温度

℃

机械设计压力

0.8

MPa（G）

开车需要大约最低1.4MPa（G）的中压氮气

2.5.4饱和低压蒸汽

压力

0.7

MPa（G）

温度

饱和

℃

质量

依照锅炉给水质量

机械设计温度

190

℃

机械设计压力

1.0

MPa（G）

2.5.5饱和中低压蒸汽

压力

2.5

MPa（G）

温度

饱和

℃

质量

依照锅炉给水质量

机械设计温度

256

℃

机械设计压力

4.28

MPa（G）

2.5.6冷却水

供水温度

℃

回水温度

≤42

℃

供水压力

0.5

MPa（G）

回水压力

0.35

MPa（G）

污垢系数

0.0005

m2K/W

氯离子含量

300

wt-ppm,max

PH值

7~8

机械设计温度

℃

机械设计压力

0.8

MPa（G）

2.5.7中压锅炉给水

质量为无色、无味、清洁、无不溶物

供水温度

133

℃

供水压力

4.95

MPa（G）

机械设计温度

暂缺

℃

机械设计压力

暂缺

MPa（G）

硬度

<0.002

mmol/L

电导率

0.2

µS/cm

0.1

wtppm

9-10

（25°C）

总铁以Fe计

<0.02

wtppm

总铜以Cu计

<0.003

wtppm

总硅以SiO2计

<0.02

wtppm

总碱以Na计

<0.01

wtppm

总氯以Cl-计

<0.1

wtppm

总硫以SO4--计

<0.2

wtppm

总有机碳（TOC）

wtppm

2.5.8高压锅炉给水

质量为无色、无味、清洁、无不溶物

供水温度

133

℃

供水压力

9.4

MPa（G）

机械设计温度

暂缺

℃

机械设计压力

暂缺

MPa（G）

硬度

<0.002

mmol/L

电导率

0.2

µS/cm

0.1

wtppm

9-10

（25°C）

总铁以Fe计

<0.02

wtppm

总铜以Cu计

<0.003

wtppm

总硅以SiO2计

<0.02

wtppm

总碱以Na计

<0.01

wtppm

总氯以Cl-计

<0.1

wtppm

总硫以SO4--计

<0.2

wtppm

总有机碳（TOC）

wtppm

2.5.9脱盐水

具体质量将在开工会期间确定，根据质量决定是否能够用于RWU。

供水温度

℃

供水压力

0.4

MPa（G）

机械设计温度

℃

机械设计压力

0.7

MPa（G）

硬度

μmol/l

总碱度

0.3~0.5

μmol/l

2.5.10电

系统和设备应符合下述条件

系统电压

动力≥200kw

动力<200kw

公称电压

10000V

380/220V

相/线

公称频率

50Hz

2.5.11仪表风

压力

≥0.45

MPa（G）

温度

环境温度

℃

露点

-33.6°C

℃，常压

灰尘

mg/m³

油

<10

mg/m³

机械设计温度

℃

机械设计压力

1.0

MPa（G）

2.5.12工厂风

无油、无灰尘干气

压力

≥0.45

MPa（G）

机械设计温度

℃

机械设计压力

0.8

MPa（G）

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