甲醇原料气脱

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二组,1,确定合成甲醇原料气脱CO,2,的方案：,（1）了解传质分离方法，原理，及特点，了解合成甲醇原料气的主要成分，确定脱CO,2,的分离方法。,（2）了解吸收剂的选用原则，选用适宜的吸收剂；,（3）了解吸收装置与设备，确定基本操作流程；,（4）编制吸收分离方案。,2,传质分离方法、原理、及特点,常见的传质分离方法有以下四种：,：蒸馏分离：吸收分离：萃取分离：结晶分离,：吸附分离,蒸馏分离,原理,：利用混合物中各组分间挥发度不同的性质，通过加入或移出热量的方法，使混合物形成气液两相，并让它们相互接触进行质量传递和热量传递，致使易挥发组分在气相中增浓，难挥发祖坟在液相中增浓，实现混合物的分离 。,特点,：,可以直接获得所需要的产品需要消耗大量的能量。,适用的范围广泛，不仅可以分离液体混合物，还可以通过改变操作压力是常温常压下呈气态或固态的混合物在液化后得以分离,需要消耗大量的能量,适用情况,：,不仅可以分离液体混合物，还可以通过改变操作压力使常温常压下呈气态或固态的混合物在液化后得以分离。,3,吸收分离,原理,：,使气体混合物与适当液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分仍保留在气相中于是混合气体得以分离。,特点,：,可以单组分吸收，也可以多组分吸收；可以等 温吸收，也可以非等温吸收；可以物理吸收，也可以化学吸收。,适用情况,：混合气体的分离。如：原料气的净化、有用组分的回收、某些溶液产品的制取、废气的治理等。,4,萃取分离,原理,：在液体混合物（原料液）中就加入一个与其基本不相混容的液体作为溶剂，造成第二相，利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离的单元操作。,特点,：进行接触的两种液体必须是单独的两相，它们必须是不互溶或部分互溶。,适用情况,：,1、,沸点差很小,2、,溶质含量低,3、,沸点很高，需要真空精馏,4、,热敏性材料,5,结晶分离,原理,：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出。,特点,：,以晶体形态出现，能从杂质含量很高的溶液或多组分熔融状态混合物中获得非常纯净的晶体产品 。结晶操作能耗低，对设备材质要求不高，一般也很少有三废的排放。,适用情况,：对与许多其他方法难以分离的混合物系、同分异构体物系和热敏性物系等，结晶分离方法更为有效。,6,吸附分离,：,原理,：利用吸附剂与杂质、色素物质、有毒物质、抗生素之间的分子引力而吸附在吸附剂上。,特点,：（,1,）处理能力较小 ；,（,2,）对溶质的作用较小；,（3）,可直接从发酵液中分离所需的产物；,（,4,）溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常为非线形关系 。,适用情况,：吸附发酵产品、除去杂质或色素物质、有毒物质等,7,了解合成甲醇原料气的主要成分，确定脱CO2方案,甲醇原料气主要成分H2 CO CO2 惰性气体杂质，能使催化剂中毒的毒物，其中CH4，Ar不参加甲醇合成反应为惰性气体。,因为甲醇原料气主要是气体，所以根据经济和效益，我们选择吸收技术进行脱CO2,8,吸收剂的选用原则,吸收剂性能的好坏，往往成为决定吸收操作效果是否良好的关键，因此在选择吸收剂时应考虑以下几点。,1，对吸收质的溶解度大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。,2，对吸收质的选择性好，对吸收质组分以外的其他组分的溶解度要很低或基本不吸收。,3，挥发性低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。,4，对设备腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒。,5，操作温度下吸收剂应具有较低的黏度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气流接触状况。,6，要考虑到价廉，易得，化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等经济和安全因素。,工业上的气体吸收，很多采用水作为吸收剂，难溶于水的气体才采用其他吸收剂：为了提高气体吸收的效果，也常采用与溶质气体发生化学反应的物质作为吸收剂。,9,聚乙二醇二甲醚法（NHD）,聚乙二醇二甲醚脱碳是一个典型的物理吸收过程，聚乙二醇二甲醚溶剂对H2S、CO2、,COS等酸性气体有很强的选择性吸收性能。几种气体在碳酸丙酯中的溶解度如图6-5所示。由图可知：由于H2S、COS、CH3SH在聚乙二醇二甲醚中的溶解度高于CO2，所以用聚乙二醇二甲醚溶剂吸收CO2时，可同时吸收原料气中的H2S、COS、CH3SH。 NHD在吸收H2S、CO2、COS同时，H2、CO也会被吸收，但是这些气体在NHD中的溶解度要小得多。 吸收了CO2的聚乙二醇二甲醚的溶液（富液）要进行再生循环使用，通常采用减压加热和气提的方法再生。,10,物理吸收法是利用CO2能溶于有机溶剂的特性来进行的，吸收能力的大小取决于CO2在该溶剂中的溶解度。在低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法中，聚乙二醇二甲醚法比碳酸丙烯酯法对CO2的溶解度大，而且对H2S的溶解度很大。所以聚乙二醇二甲醚法尤其适合于含CO2的气体中选择性的吸收H2S的场合。甲醇是吸收CO2、H2S和COS等酸性气体的良好溶剂，尤其在低温下，上述气体在甲醇中的溶解度更大，当温度低于-30，溶解度随温度的降低而剧增，所以低温下适合采用甲醇吸收气体中的CO2。此外，物理吸收法中的NHD法成本最低，其次是碳酸丙烯酯法。,我们组选用,聚乙二醇二甲醚作为吸收剂,11,12,操作步骤,由脱硫来的气体经气-气,换热器冷却之后进入脱碳塔，与塔上部喷淋下来的温度为-5贫液逆流接触，吸收掉其中的部分CO2后，净化气从脱碳塔顶部引出分离液体后经气-气换热器加热后送往后工序。吸收了CO2的溶液（富液）从塔底引出，在塔内吸收CO2过程中，由于的溶解 147热和气体放热使溶液温度升高，出塔底的富液温度升高达7.2，富液进入水利透平，回收静压能，压力降至0.78后进入高压闪蒸槽，闪蒸槽压力为0.75MPa，部分溶解的CO2和大部分氢在此解吸出来，从高压闪蒸槽底部出来的溶液减压进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽内压力0.078 MPa，此时有大部分溶解的CO2解吸出 来。闪蒸出来的CO2送回收工序。低压闪蒸槽底部出来的溶液由富液泵送往再生塔，用氮气或是空气进行气提，气提后的贫液经贫液泵加压、氨冷器冷却后送往脱碳塔顶部。 空气作为气提气由罗茨鼓风机加压后，先去空气冷却器，与富液泵出口的一部分富液进行热量交换。空气温度降至8-10，经气水分离器分离液滴后，进入气提再生塔下部。空气在塔内自下而上与塔顶喷淋而下的溶液逆流接触，然后经塔顶除去夹带液滴后放空。 由冰机液氨贮槽来的液氨进入氨冷器。在氨冷气内与溶剂换热蒸发，气氨经雾沫分离器分离后送冷冻工段。 由脱硫来的气体经气-气换热器冷却之后进入脱碳塔，与塔上部喷淋下来的温度为-5贫液逆流接触，吸收掉其中的部分CO2后，净化气从脱碳塔顶部引出分离液体后经气-气换热器加热后送往后工序。 吸收了CO2的溶液（富液）从塔底引出，在塔内吸收CO2过程中，由于的溶解 147热和气体放热使溶液温度升高，出塔底的富液温度升高达7.2，富液进入水利部分溶解的CO2和大部分氢在此解吸出来，从高压闪蒸槽底部出来的溶液减压进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽内压力0.078 MPa，此时有大部分溶解的CO2解吸出来。闪蒸出来的CO2送回收工序。,13,低压闪蒸槽底部出来的溶液由富液泵送往再生塔，用氮气或是空气进行气提，气提后的贫液经贫液泵加压、氨冷器冷却后送往脱碳塔顶部。空气作为气提气由罗茨鼓风机加压后，先去空气冷却器，与富液泵出口的一部分富液进行热量交换。空气温度降至8-10，经气水分离器分离液滴后，进入气提再生塔下部。空气在塔内自下而上与塔顶喷淋而下的溶液逆流接触，然后经塔顶除去夹带液滴后放空。,由冰机液氨贮槽来的液氨进入氨冷器。在氨冷气内与溶剂换热蒸发，气氨经雾沫分离器分离后送冷冻工段。,14,工作任务二：确定甲醇原料气脱,CO,2,的工艺条件,（一）、吸收相平衡关系、物料衡算、吸收操作线、吸收推动,力、吸收率的基本理论；压力、温度对吸收操作的影,响、操作压力、温度的确定,：,吸收相平衡关系,：,1：,相组成的表示方法：,质量分率 混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值，称为该组分的质量分率，以xW表示。,比质量分率 混合物中某两个组分的质量之比称为比质量分率，以 XW(或YW)表示。,比摩尔分率 混合物中某两个组分的千摩尔数之比称为比摩尔分率，以X(或Y)表示。,质量浓度 单位体积中所含组分的质量，称为该组分的质量浓度，以CW表示。,摩尔浓度 单位体积中所含组分的千摩尔数，称为该组分的摩尔浓度，以C表示。,摩尔分率 混合物中某组分的千摩尔数与混合物总千摩尔数的比值，称为该组分的摩尔分率，以x表示。,15,2.,亨利定律介绍,：,亨利定律是描述互成平衡的气、液两相间组成关系的数学表达式。,它适用于溶解度曲线中低浓度的直线部分。由于相组成有多种表示,方法，致使亨利定律有多种形式。,在总压不是很高（,500,KP,a,），温度一定的条件下，汽液两相达到,平衡状态时，稀溶液上方的溶质分压与该溶液在液相中的摩尔分数,成正比：,式中： p*溶质在气相中的平衡分压(kPa)；,x 溶质在液相中的摩尔分率；,E 亨利系数(,kPa,)。,16,pC关系,当液相组成以摩尔浓度表示，而气相组成仍以分压表示时，则亨利定律具有如下形式：,(,2-1,),式中：C溶质在液相中的物质的量浓度，,kmol/m,；,H溶解度系数，,kmol/mkPa,。,yx关系,若溶质在气相与液相中的组成分别用摩尔分数y、x表示，则亨利定律又可写成如下形式：,（,2-2,）,式中：,x液相中溶质的摩尔分数；,y*与液相组成平衡时溶质在气相中的摩尔分数；,m 相平衡常数。,YX关系,若溶质在液相和气相中的组成分别用比摩尔分率X及Y表示时，,则：,将上两式代人式,2-2,得：,即：,17,当稀溶液中溶质的组成很小时，即,X,值很小时，,(1-m)X,项很小，可忽略不计。式,6-15,的分母趋近于1，则式,6-15,可简化为：,：,物料衡算：,如图所示为一处于稳定操作状态下，气、液两相逆流接触的吸收塔，混合气体自下而上流动，吸收剂则自上而下流动。,其中：,V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量(,kmol/s,)；,L单位时间内通过吸收塔的吸收剂量(,kmol/s,)；,Y,l,、Y,2,进、出塔气相中吸收质的摩尔比；,X,1,、X,2,出、进塔液相中吸收质的摩尔比。,18,在吸收过程中，V和L的量没有变化；在气相中吸收质的组成是逐渐减小，而液相中的吸收质的组成是逐渐增大的。若无物料损失，对单位时间内进、出吸收塔的吸收质作物料衡算，可得下式：,或,上式即为吸收塔的全塔物料衡算式。,（,2-3,）,（2-4）,：吸收操作线：,在,mn,截面与塔底截面之间作组分A的衡算：,19,：吸收推动力：,当气液相的组成均用摩尔分数表示时，吸收的推动力可表,示为：,（以气相组成差表示的吸收推动力）,（以液相组成差表示的吸收推动力）,20,：吸收率,吸收率为气相中被吸收的吸收质的物质的量与气相中原有,的物质的量之比用表示，即：,或,21,：,压力、温度对吸收操作的影响、操作压力、温度的确定：,1.温度,降低温度可以增大气体在液体中的溶解度，有利于气体吸收，吸收过 程，可以采用冷却的方法。 但是，而温度太低时，吸收剂的黏度增大，使得流体在塔内的流动状况变差，增加输送过程的能耗。另外，如果温度过低，有些液体甚至会有固体结晶析出，影响吸收操作的顺利进行。,2.压力,增大压力可以增大气体在液体中的溶解度，有利于吸收的进行，但是过高地增大系统压力，不仅使动力消耗增大，同时对设备强度的要求增加，使得设备费用和操作费用加大。因此，吸收操作通常在常压下进行，但是对于吸收后需要加压的系统，可以在较高压力下进行吸收。,结论：操作压力常压，操作温度为20。,22,（二）：吸收剂进口浓度的影响，确定进口浓度：,降低入塔吸收剂中溶质的浓度，可以增加吸收吸收的推动力。因此，对有吸收剂在循环的吸收操作，吸收液在解吸塔中的解吸应尽可能完全。,对于气液两相逆流操作的填料吸收塔，吸收剂进口浓度X,2,应小于X*,2,，才有可能达到规定的分离要求。当X,2,= X*,2,时，吸收塔顶的推动力为零，此时为达到分离要求所需的传质单元数NOG或塔高将无穷大，即X*,2,为吸收剂进口浓度X,2,的 上线。,结论：确定吸收剂进口浓度,x,2,=0,。,23,(三)：吸收剂及其用量对操作吸收的影响，确定吸,收剂用量,：,吸收剂的单位耗用量L/V，在理论上其值不能低于一定的最小,值,(L/V ),min,。(L/V ),min,称为最小液气比。相应的吸收剂用量成为最小的吸收剂用量。,若平衡关系服从亨利定，,则： ，,1,.液气比,由全塔操作线方程改写，得：,L/V,称为吸收剂单位耗用量或液气比。即处理单位惰性气体所,需要的吸收剂量。而也就是操作线的斜率。,2,. 最小液气比,则最小液气比可按下式计算：,24,V(Y,1,-Y,2,)=L(X,1,-X,2,),X,1,=,25,值得我们注意的是：为了保证填料表面能被液体充分吸收，还应选择适宜的喷淋密度，,以确保填料的充分润湿和良好的气液接触状态。,26,工作任务3：选用合成甲醇原料气脱二氧化碳的主体设备并确定主要结构尺寸,1）了解填料吸收塔的构造、填料的类型、放置方式及性能，选用填料、放置方式及确定性能参数,填料吸收塔：利用塔内填料，以增加吸收剂（植物油或矿物油）与尾气接触面积的溶剂回收设备。通过气液接触进行的一种气液交换设备。,27,28,填料的安装方法有堆放形式和充填形式：其中堆放形式有整砌（适合大填料）和乱堆（适合小填料）：充填形式有湿装和干装。：注：乱堆有干湿装而整砌没有充填之分。,结论：这里选用填料安装方法为堆放形式中的乱堆堆放形式（理由乱堆适合小填料）,29,性能：填料使得物料黏度增加，特别是纤维填料使黏度明显增加。添加前的填料需经过脱水处理，以避免消耗掉部分异氰酸酯。结论,30,31,32,33,塔高计算,34,35,36,工作任务四；合成甲醇原料气脱二氧化碳的操作,1）掌握吸收的操作流程，了解吸收操作方法与主要控制指标，编写操作规程,2）按操作规程操作,开车前准备： (1).V1和V4全开。其他阀门关闭,(2)检查总电源是否良好,（3）检查气体和液体是否泄漏，一般用肥皂水检查气体泄漏，液体泄漏能观察到,（4）检查完备后，打开电源,开车： （1)先开吸收剂，打开V7，然后打开V6，调节V6，使FIC102的流量为200，正常范围内调节 V1，使液位小于进气口,（2）当填料充分润湿后，再开气。当填料充分润湿后液位稳定后，调节V6使FIC102的流量为400，再开V10，不能全开一般为45度，再开V5使FIC101的流量为1.5,（3）对于钢瓶，先开总阀，再开缓冲阀，钢瓶上的的压力示数为0.2Mpa,(4)开V8调节V8，使FIC103的流量示数为100,（5）通过调节V4的开度，使压力表的示数为0.01MPa,正常开车 （1） 液位平稳（低于进气口）,（2）压力表的示数控制为0.01Mpa,(3)控制FIC101的示数为1.5, FIC102 的示数为400 , FIC103的示数为100,（4）记录数据,停车： （1）先停总阀，再关V8,(2)先停水，关V7，再关V6,（3）再停气，先关V10，再关V5,(4)全开V4和V1,V2,过会关闭,（5）关闭总电源,37,3）,了解操作过程中的不正常现象、引起的原因与排除方法，及时发现并处理不正常的现象,38,39,4）进行吸收与解吸操作的DCS操作,冷态开车,（1）充压,（2）,40,（3),(4),41,(5),(6),42,(7),43,(8）进富气,44,5）了解吸收操作的节能、环保、安全与优化措施，提出相应的方案,节能措施： 1. 调节进气量,2. 调节吸收剂流量,3. 调节吸收剂温度,4. 维持塔压,5. 维持塔底液位,优化措施： 1.增大吸收面积,2. 增大吸收推动力,3.增大吸收系数,45,安全技术：,1.保证系统密闭 由于吸收操作处理的是气体混合物，为防止气体逸出，造成燃烧爆炸和中毒事故，设备必须保证很好的密闭性,2.安全使用吸收剂 吸收操作中有很多吸收剂具有腐蚀性等危险性，在使用时应按化学危险物质注意事项操作，避免造成伤害性事故。,46,提出相应的方案,47,48,