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
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
BL
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
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
H2
46.05
46.05
mol%
N2
0.22
0.22
mol%
CO
19.59
19.59
mol%
Ar
0.11
0.11
mol%
CO2
33.75
33.75
mol%
CH4
0.08
0.08
mol%
H2S
5600
1200
vppm
COS
400
200
vppm
NH3
400
280
vppm
HCN
15
15
vppm
H2O
477.3
477.3
Kg/h
流量
300000
300000
Nm3/h
压力
5.5
5.5
MPa(G)
温度
40
40
°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
40
℃
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
70
℃
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
32
℃
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
70
℃
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
O2
0.1
wtppm
PH
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)
1
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
O2
0.1
wtppm
PH
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)
1
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
20
℃
供水压力
0.4
MPa(G)
机械设计温度
70
℃
机械设计压力
0.7
MPa(G)
硬度
<5
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
3
3
公称频率
50Hz
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
<1
mg/m³
油
<10
mg/m³
机械设计温度
70
℃
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
70
℃
机械设计压力
0.8
MPa(G)
2.6现场条件
2.6.1温度
年平均温度
13.3
℃
绝对最高大气温度
41.2
℃
绝对最低大气温度
-20.6
℃
2.6.2湿度
年平均相对湿度
74
%
2.6.3压力
年平均大气压力
970.1
mbar(a)
2.6.4降雨量
年平均降雨量
624
mm
2.6.5风向
年主导风向
西
年平均风速
2.4
m/s
最大风速(在-米高度)
16
m/s
2.6.6地震裂度
最大裂陷
1.25
m/s²
2.7设备转运范围
可适用的装置最大尺寸为20×4.5×4.2m,最大重量为220吨。
2.8规范,标准和规格
该装置及其部件将按照林德设计、施工和制造惯例而设计。
资料和数据按照林德的格式提供。
PFD和P+I图按照林德标准。
合同语言为英语。
基础设计中的设备和材料设计应按照下述规范和标准执行:
压力容器ASME
缠绕式换热器DIN/AD2000林德标准,中国GB,
TEMA热交换器ASME/ASTM
管线ANSI
电气系统IEC
仪表ISA/IEC
机械API和制造商标准
保温林德规范
安全阀API
更多的有关设备的数据如:
管壳直径、管子长度等详细资料将在开工会期间提供。
通常,中国标准(GB规范)不被卖方的技术工作或文件采用,但可以应用于买方的详细说明和买方在中国的装置和材料的说明书,任何情况下,买方保证,任何由于采用GB标准转换而发生的变化不得对装置的工艺需求和性能形成损害。
基础工程设计中缠绕式换热器的机械数据将基于DIN/AD2000标准,这些基础信息将用于缠绕式换热器的制造和详细工程设计,并依据合同转换相关的设计标准/规范。
尺寸采用SI单位。
除下表指定单位外也将使用SI单位:
气体流量:
Nm³/h
液体流量:
kg/h
温度:
°C
压力:
MPa(a)
MPa(g)用于机械设计数据
压差:
KPa
3.卖方服务范围
3.1概述
卖方将提供低温甲醇洗装置技术及许可,并且对于合同工厂将是完全可靠的技术,其性能保证将遵守附件5的说明,且完全符合依据卖方的基础工程设计包(BEDP)进行详细工程设计这一基本前提。
卖方将提供合同装置的基础工程设计和审查关键的详细工程设计文件,以确保这些由买方做的详细设计符合设计包(BEDP)。
买方派人验收和审查基础工程设计文件。
卖方将审查指定的详细工程设计文件以确保其符合卖方的基础工程设计包(BEDP),这些工作在卖方办公室进行,最终澄清会在买方的中国办公室进行。
卖方将在试车期间为买方操作人员提供在合同装置的理论和实际操作培训。
卖方在装置所在地提供技术服务。
3.2卖方服务范围
(1)在买方的中国办公室进行开工会(附件4中叙述)。
(2)基础工程设计包(BEDP)在附件4描述。
(3)审核和确定技术参数、审查详细工程设计文件与卖方PDP的一致性(见附件4)。
(4)在买方合同装置进行买方的操作人员培训,以下3.2.1中详细叙述。
(5)在买方的装置所在地进行装置检查、(预)试车技术指导、开车和性能考核等技术服务,以下3.2.1中详细叙述。
3.2.1装置所在地技术服务范围
3.2.1.1合同工厂培训
在中国买方合同装置上进行培训,包括理论和实际训练,下述林德人员参与:
人员
人数
期限,工作日
开车经理
1
10
工艺工程师
1
10
总计
20个工作人-日
旅行次数
-
3.2.1.2检查合同装置
卖方同意在卖方支持服务范围内,卖方开车工程师在投料前和买方总代表一起对由买方按照工艺要求在下述范围内安装的合同装置进行检查:
•检查合同装置单元的所有设备是否按照卖方的P&ID图进行了内部连接。
•如有可能检验容器内件的清洁度
•按照工艺要求对塔内件抽检。
•检查合同装置的所有测量和控制仪表是否按照卖方的P&ID图进行了安装。
•在控制室通过执行控制阀来检查控制阀的性能。
•现场帮助测试安全阀
不包括在卖方支持服务的事项主要有:
•按照详细设计检验机械
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- 低温 甲醇 技术 建议书