[发明专利]低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成氨工艺中，变换气低温甲醇洗后、甲醇再生的生产工艺，具体的讲是一种低温甲醇洗后气提再生甲醇的设备及其使用方法。

背景技术

合成氨生产中，对于变换气净化采用低温甲醇洗工艺，即：利用低温下甲醇吸收二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)和有机硫杂质如硫氧化碳(COS)等；同时也脱除变化气中带入的饱和水，制得合格的净化气送往甲醇合成岗位或液氮洗岗位。低温甲醇洗脱完后，再次循环利用之前，必须经过气提再生。通常是将洗脱后的甲醇经过减压解析后，导入惰性的气体，降低溶质(吸收的杂质)分压，实现进行气提，使得甲醇再生。

以上过程所基于的原理为：低温甲醇洗的原理，具体如下：

甲醇吸收酸性气体的过程没有化学反应发生，因此属物理吸收。该物理吸收的理论基础是——亨利定律，其表达式为：

P＝KX

式中：P－操作压力；K－亨利系数；X－溶质的分子分数。

从式中看出：P愈高则X愈大，表示溶解在溶剂中的溶质愈多。

K值的大、小亦是随溶质、溶剂的不同而异。溶剂甲醇分子是极性分子，因此对同样是极性分子的溶质CO₂、H₂S等的吸收量就远大于分子属非极性分子的H₂、N₂、CO、Ar(此类气体认为是“惰性的气体”)等的吸收量。意即：溶剂甲醇对溶质CO₂、H₂S和溶剂甲醇对溶质H₂、N₂、CO、Ar等的K值是不同的。

在溶剂进行吸收时，根据亨利定律压力愈高、温度愈低，单位溶剂量吸收的溶质量亦愈多，因此，在吸收时，希望是高压、低温。由于在高压、低温下，气体已是真实气体，故不完全遵循亨利定律，即必须对亨利定律进行修正。但溶剂对溶质的吸收仍有以下的趋势：

1)对于大多数气体而言，压力愈高、温度愈低；根据经验，吸收温度则通常要比进料气体的露点温度高出：5～10℃为宜。

2)在真实气体的条件下，混合气体中的各分子间存在着引力，即范德华力，它将使其在溶剂中的溶解量减少和亦使混合气体的露点比单一气体有所下降。

3)对于混合气体而言，当一种易溶组分溶解在溶剂中时，这一易溶解的组分会象溶剂一样吸收另一组分。

在吸收了溶质的溶剂进行解吸时：根据亨利定律压力愈低、温度愈高，则愈利于溶质的解吸，在温度等于溶剂的沸点时，溶质在溶剂中的溶解量为零。因此，选择溶剂解吸的方法有：

1)减压解吸法，即吸收了溶质的溶剂，通过节流和降低系统的总压(甚至到负压)，实现溶质的解吸。

2)气提解吸法，即导入惰性的气体，降低溶质分压，实现溶质的解吸。

3)加热解吸法，即用外来的热量把溶剂加热到沸腾，使溶质在溶剂中的溶解量为零。

基于以上的论述，低温甲醇洗工序的流程组成为：甲醇吸收变换气中的酸性气体，采用加压吸收；为降低吸收温度，把吸收了酸性气体的富甲醇，采用先预冷再减压解吸，以得到更低的系统温度，并通过热量交换使净甲醇的吸收温度降低。为保证吸收后所得净化气体的净化度达到要求，最终还可以采用把甲醇加热到沸点解吸，解吸后的甲醇，不再溶解有任何酸性气体。

在合成氨工艺中，最常见的惰性气体为氮气，低温甲醇洗步骤就采用氮气作为气提气。一套低温甲醇洗的装置满负荷生产时，所需氮气量为2500m³/h左右，通常二氧化碳的回收率约70％。

如果不对吸收杂质气体的甲醇进行气提，那么该甲醇将无法再去吸收二氧化碳和硫化氢；进而导致低温甲醇洗步骤停车，整个合成氨生产流程中断。

合成氨生产中，如果碰上煤气化装置必须停运大修等情况，甲醇依然使用氮气作为气提解吸介质。此时的氮气是由一套空气分离装置提供的。通常使用的空气分离装置产氮设计能力为6000m³/h，实际产氮量为4500～8500m³/h，远远大于甲醇洗所需氮气量，使用时必须处理多余的氮气，造成一定的浪费。万一空气分离装置出现故障，不能持续提供所需的氮气，则也造成低温甲醇洗步骤停车，整个合成氨生产流程中断。

在无法提供持续足量的氮气时，如何能够有效而经济保证低温甲醇洗步骤能够持续工作，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止也尚无令人满意的技术方案问世。

发明内容