本帖最后由 cuikk 于 2017-3-30 14:19 编辑
变换气净化工艺探讨 ——抛砖引玉 天然气转化后的变换气的脱碳、煤气化后的变换气的净化的过程都需要消耗一定的能量，特别是煤化工在我国的遍地开花，煤气化后变换气净化的节能工艺开发显得更为急迫和意义深远。 下面以神华包头单系列低温甲醇洗净化工序为例，做理论层面的探讨和比较。 1.现状： 17574Kmol/h、40℃、5.6Mpa、46.008%H2、0.2295%N2、21.552%CO、0.0998%Ar、0.0798%CH4、31.56%CO2、0.2395%H2S、0.000549%COS、0.23%H2O的变换气，经过低温甲醇洗净化后： 1.净化气：12206 Kmol/h、30℃、5.4Mpa、66.186%H2、0.3288%N2、30.723%CO、0.1419%Ar、0.1101%CH4、2.5%CO2； 2.二氧化碳：1547 Kmol/h、30℃、0.25Mpa、99.25%CO2； 3.酸性气：104 Kmol/h、30℃、0.2Mpa、0.2%H2、7.9%N2、51%CO2、40%H2S； 4.尾气：4311 Kmol/h、30℃、0.105Mpa、13.185%N2、84.73%CO2； 过程中消耗580 Kmol/h、0.46MpaN2，消耗冷量8.01×106Kcal/h， 20吨/h蒸汽消耗、3500KW动力消耗，存在吸收剂甲醇的损耗。 2.理论依据 依照阿玛格(Amagat)气体分体积定律，水煤气变换气中二氧化碳、硫化氢当量于高压的分率体积存在，具有一定的压力势能。净化后水煤气变换气中的二氧化碳、硫化氢压力下降，过程中二氧化碳、硫化氢的压力势能若得以有效利用，可以获取相应的机械能。 若把低温甲醇洗的净化气回归至变换气，二氧化碳、尾气、酸性气都需要压缩机提供压力，升压过程中气体的温度降相应升高。压缩机的动力消耗约：81560971KJ/h、22655KW,气体温度升高可以放热：128322487KJ/h、30649300Kcal/h。 假定过程可逆，变换气净化过程中就可以对外做功：81560971KJ/h、22655KW，对外制冷或由外界补充热量：128322487KJ/h、30649300Kcal/h。 若：把变换气视为5.6Mpa、40℃的8085Kmol氢气、40Kmol氮气、3787Kmol一氧化碳、17.5Kmol氩气、14Kmol甲烷的独立第一混合物以及5.6Mpa、40℃的5546Kmol二氧化碳、42Kmol硫化氢、0.096Kmol氧硫化碳的独立的第二混合物。 现第二混合物通过膨胀机膨胀做功，降压至0.2Mpa，可以获取机械能：31272932KJ/h、即8687KW。膨胀过程中气体的温度下降，加热至40℃，需外界补充热量或对外制冷：35840694KJ/h,即8560402Kcal/h。
3.工艺思路 二氧化碳在一定的温度、压力下可以液化，但液化的温度不可低于二氧化碳的三相点-56.568度、此温度下二氧化碳的饱和蒸气压力为0.51795Mpa，通过提高压力、再行冷冻液化分离变换气中的二氧化碳，保证净化气中二氧化碳的含量满足下游工序需要； 液体二氧化碳对硫化氢具有一定的溶解度，利用液化分离的液体二氧化碳作为变换气脱硫的吸收剂，从而脱除变换气中的硫化氢，保证净化气中硫化氢的含量满足下游工序需要； 液体二氧化碳和吸收硫化氢的液体二氧化碳经过蒸发、加热、膨胀机膨胀做功，对外输出机械能，膨胀过程中介质的温度降低，可以为系统液化二氧化碳提供充足的冷量； 通过整合冷冻液化分离二氧化碳、液体二氧化碳吸收脱除硫化氢、膨胀机膨胀做功完成变换气的净化，同时由净化过程获取一定的机械能、制冷冷量。 4.工艺流程(见附图1) file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg 图1 图1中相关设备名称： J1:压缩机 J2:二氧化碳膨胀机 J3:酸性气膨胀机 J4:工艺气膨胀机 M:发电机 E1:换热器 E2:换热器 E3:外界热量补充换热器 T：硫化氢吸收塔 V: 气液分离罐 F1:压缩机出口压力控制阀 F2:工艺气膨胀机出口压力控制阀 F3:气液分离罐液位控制阀 F4:吸收硫化氢的液体二氧化碳流量控制阀 F5:二氧化碳膨胀机出口压力控制阀 F6:硫化氢吸收塔液位控制阀阀 F7:酸性气膨胀机出口压力控制阀 其中的换热器E1、E2、E3首选绕管式换热器；压缩机J1选择透平式压缩机、膨胀机J2/J3/J4选择透平式膨胀机 5.流程叙述 a.变换气(01)经过换热器(E1)降温，降温的变换气(02)经过硫化氢吸收塔(T)由液体二氧化碳吸收脱除硫化氢，脱除硫化氢的工艺气(03)通过压缩机(J1)提高压力，并由阀门(F1)控制压缩机出口工艺气(04)的压力； b.通过阀门(F1)的工艺气(05)经过换热器(E2)冷却冷冻降温，液化其中的部分二氧化碳，降温后的工艺气(06)进入气液分离罐(V)进行气体、液体的分离，从而分离出工艺气中的二氧化碳； c.气液分离罐(V)输出的、分离液体二氧化碳后的工艺气(07)经过换热器(E2)加热，加热的工艺气(08)进入膨胀机(J4)膨胀做功，并由阀门(F2)控制膨胀机出口工艺气(09)的压力，通过阀门(F2)的工艺气(10)经过换热器(E3)、换热器(E1)加热，形成满足下游工序需要的净化气(12); d.气液分离罐(V)输出的液体二氧化碳(13),一部分液体二氧化碳(14)由阀门(F4)控制流量进入硫化氢吸收塔(T)进行变换气中硫化氢的吸收脱除，另外部分液体二氧化碳(15)经过换热器(E2)蒸发加热为气体二氧化碳(16)； e.气体二氧化碳(16)进入膨胀机(J2)膨胀做功,并由阀门(F5)控制膨胀机出口二氧化碳(17)的压力，从而控制膨胀机(J2)出口二氧化碳(17)的温度和其中液体二氧化碳的含量，通过阀门(F5)的二氧化碳(18)经过换热器(E3)、换热器(E1)加热，形成满足下游工序需要的二氧化碳产品(20)； f.硫化氢吸收塔(T)底部输出的含硫化氢的液体二氧化碳(21),经过换热器(E2)蒸发加热为气态的酸性气(23)； g.酸性气(23)进入膨胀机(J3)膨胀做功，并由阀门(F7)控制膨胀机出口酸性气(24)的压力，从而控制膨胀机(J3)出口酸性气(23)的温度，通过阀门(F7)的酸性气(25)经过换热器(E3)、换热器(E1)加热，形成满足下游工序需要的酸性气产品(27)； h.压缩机(J1)、膨胀机(J2、J3、J4)、发电机(M)共同组成驱动机组； I.换热器(E3)利用外界热源进行系统热量补充，维持系统过程中的热量平衡。 净化气中残余硫的含量由硫化氢吸收塔(T)内的温度、压力、吸收脱除硫化氢的液体二氧化碳的流量控制； 净化气中二氧化碳的含量由气液分离罐内温度和压力控制，进一步的由压缩机(J1)出口压力和换热器(E2)所提供的冷量控制。
通过以上方案完成变换气的净化、二氧化碳和硫化氢压力势能向机械能转变的过程。
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发表于 2017-3-30 14:14:28
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