[发明专利]采用变压吸附技术使低温甲醇洗和/或液氮洗大幅度增产及节能的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于合成气生产技术领域，特别是适用于以煤、渣油、沥青、石油焦等为原料的合成气装置的采用变压吸附技术使低温甲醇洗和/或液氮洗大幅度增产及节能的方法和装置。

技术背景

国内外1000吨/天及以上规模绝大部分以煤或渣油为原料的合成氨装置中的净化工段都是采用低温甲醇洗脱硫脱碳净化，液氮洗脱除甲烷和碳氧化物深度净化，生产符合氨合成要求的新鲜合成气；也有采用聚乙二醇二甲醚法(国外称Selexol法，国内称NHD法)进行脱硫脱碳净化的合成氨装置。

低温甲醇洗脱硫脱碳净化方法是采用低温甲醇作为溶剂，选择性脱除硫化物和二氧化碳的方法。因此低温甲醇洗净化脱硫脱碳净化方法需要配套冷冻装置(例如氨制冷装置或丙烯制冷装置)。由于合成氨厂的氨为中间产品或最终产品，简单易得，一般采用氨为冷冻介质(氨制冷装置)。

液氮洗除甲烷和碳氧化物深度净化方法，其液氮洗装置为更低温位的冷冻分离深度净化装置，一般和低温甲醇洗装置联用。液氮洗装置本身消耗的冷量极少，可以采用低温甲醇洗装置来的冷量、高压氮气的低温膨胀的冷量以及氮洗尾气的低温低压膨胀的冷量即可基本实现液氮洗冷箱内的冷量平衡。为了避免低温甲醇洗装置和液氮洗装置之间工艺气重复降温和复热过程，低温甲醇洗的净化气直接到液氮洗进行深冷分离净化，液氮洗后的合成气再到低温甲醇洗回收冷量。因此低温甲醇洗和液氮洗在冷量回收上关系密切，相互之间冷量回收关联性大。

低温甲醇洗洗脱硫脱碳净化方法一般包括硫化物和CO2的选择性吸收、 CO2减压再生、硫化物的富集、硫化物的热再生、甲醇水分离等基本过程。其工艺复杂、流程长、设备多、布置紧凑改造困难、改造时间长，而且和液氮洗装置联系密切，是合成氨装置核心的工段；低温甲醇洗的改造还涉及到冷量需求量的变化，引起冷冻装置的连锁改造，因此工段之间的关联性强，低温甲醇洗改造困难。

液氮洗装置包括分子筛净化和冷箱，分子筛净化投资占了液氮洗装置的一半以上，特别是程控切断阀是其核心，价格高；冷箱工作温度更低，设备布置紧凑，改造困难。

因此低温甲醇洗装置和液氮洗装置各自本身的增产改造就很困难，一起改造更加困难。再加上冷冻装置的相应配套改造，使得这样的改造几乎不可行。

一般运行十多年的合成氨装置，基本已经能达产达标运行。在原设计产能下工艺和设备都已经成熟，部分设备已经达到设计寿命，因此工厂已经在考虑更换部分设备。

而从这些合成氨装置的项目启动到现在，实际上合成氨技术的发展已经又过去了将近20年。在这20年中，合成氨装置的一些关键核心技术，例如耐硫变换炉内件技术、合成气压缩机和透平转子技术、氨合成塔内件技术等有了长足的进步，使得一些关键设备和工段仅采用内件改造的方法提高性能来进行大幅度增产和节能成为可能，其余工段的改造可以向这些核心设备和工段的改造潜能看齐。改造增产的投资比相同产能的新建装置投资要低很多；同时运行十多年的装置进行改造，技术上可以以新带旧，提高老装置的新技术应用程度，提高技术水平，消除安全隐患；而且此类项目因为采用了新技术，提高了装置效率，增产改造往往能达到节能减排的效果，符合国家的相关政策，得到国家政策的扶持。

因此现装置改造投入少，产出高，有很好的经济效益和环境社会效益。因此合成氨技术的发展、现有合成氨装置的现状和国家政策都为20年前合成氨技术装置的增产和节能打下了坚实的基础。

变压吸附(PSA)技术是近30多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的专利文献。60年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，因此，进入70年代后，这项技术被广泛应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。

变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体和净化目的。

发明内容