第５期刘健等：低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究４７低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究刘健，张述伟，孙道青（大连理工大学化工学院，辽宁大连１１６０１２）摘要：利用合适的热力学模型和通用流程模拟软件，对天然气低温甲醇洗净化工艺流程进行了模拟，设计出了简化的甲醇洗工艺流程并进行了优化。通过模拟分析确定了系统的最优工艺参数。关键词：低温甲醇洗；天然气净化；工艺开发；优化中图分类号：ＩＩ℃０６４文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－９２１９（２００７）０５－４７－０４天然气与煤炭、石油并称为世界一次能源的三表１常用的吸收方法和低温甲醇洗的比较大支柱，随着世界经济的发展，石油危机的冲击和Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏｍｍｏｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ煤、石油所带来的环境污染问题日益严重，能源结构ｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＲｅｃｆｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓ逐步发生变化，天然气的消费量急剧增长。天然气作为优质干净的燃料和重要的化工原料，其应用越靴触警黧咖（鄂％出×１０，ｋ（一ｃ。０２’茄来越引起人们的重视，加快天然气工业的发展已成环丁砜法加４２０—３０３０００５５为当今世界的趋势。我国拥有较丰富的天然气资低温甲醇法一３０—一７０３．２３３１０１６０竺旦旦＝＝主！：兰丝！唑塑．源，最近十年，我国天然气产量增长迅速，开发应用的步伐正在加快。目前天然气净化过程中常用的方法大多采用溶天然气净化主要是指水分和酸性气体的脱剂吸收法进行预处理，再采用沸石分子筛吸附进行除…。天然气中的酸性气体主要是指ＣＯ：和Ｈ：Ｓ等深度净化。表ｌ给出了几种常用吸收方法和低温甲杂质气体。气体净化方法有气液吸收、气固相催化醇洗技术的比较［２训。从表ｌ中可以看出低温甲醇洗技术净化气体的转化、固体吸附、分子筛分离、膜分离等，但是用得最净化度要优于其他几种吸收方法。在天然气后续的为广泛的还是气液吸收。低温甲醇洗技术就是一种液化过程中，温度要降低到一１３５℃以下，为防止天有效的气体净化的方法。本文以某天然气为原料然气中的Ｈ：０和ＣＯ：在此温度下结冰而阻塞设备气，用通用化工流程模拟软件模拟并设计出了符合管道，要求将原料天然气中的西（Ｈ：Ｏ）降到０．１×实际工况的工艺流程，对各系统参数进行了优化，净１０。６以下，咖（Ｃ０２）降到（５０—１００）×１０击左右，净化化后的天然气各项指标都达到了要求。要求比较苛刻，而采用低温甲醇洗技术能满足天然１低温甲醇洗工艺介绍气净化的苛刻要求。低温甲醇洗法是利用低温下（一３０℃一２天然气低温甲醇洗工艺流程的开发一７０℃）甲醇溶剂的优良特性脱除原料气中的轻质设计油、ＣＯ：、Ｈ：Ｓ、硫的有机化合物和氰化物等的物理吸２．１工艺流程介绍收法。低温甲醇洗法的特点：吸收能力大，气体净化低温甲醇洗是一种技术先进和较为经济的净化度高，出口气中咖（Ｃ０２）可脱除至（１０—２０）×１０击，能方法，典型的低温甲醇洗工艺流程如图１所示，该流将无机硫和有机硫脱除干净（总硫小于０．１×ｌＯ击）；程由５个塔构成［５】，即吸收塔（Ｃ。）、ＣＯ：解吸塔作为吸收剂的甲醇易得，价格低廉；选择性好，甲醇对（Ｃ：）、Ｈ：Ｓ浓缩塔（Ｃ，）、甲醇热再生塔（Ｃ。）和甲醇／Ｃ０２、Ｈ２Ｓ、ＣＯＳ的溶解度大，但对Ｈ：、ＣＯ、ＣＨ。的溶解水分离塔（Ｃ：）。根据原料气组成及净化度要求的度小；沸点低，它的热再生温度低，能耗低。不同，低温甲醇洗工艺流程变换形式多种多样【６Ｊ，但是都是在典型的低温甲醇洗工艺流程基础上新开收稿日期：２００７－０７—１７；作者简介：刘健（１９８２一），男，硕士生，电话０４１１．８８９９３８０７，电邮ｌｉｕｊｉａｎｌ９８２４２２＠１６３．ｃ．ｏｍ。发设计的。万 方数据天然气化工２００７年第３２卷图１典型的低温甲醇洗工艺流程图Ｆｉｇ．１ＦｌｏｗｄｉｇｒａｍｏｆｔｙｐｉｅｍＲｅｃｔｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓ根据某天然气的实际工况条件（见表２），对典一４２℃后进入Ｖ。罐闪蒸，闪蒸出的气体送出界区进型的“五塔”工艺流程进行了简化：燃料系统，罐底的甲醇液返回Ｖ：，用以回收甲醇。（１）由于粗天然气中不含硫化氢，可省去吸收贫甲醇从Ｃ：塔底出来后，经换热降温后送到吸收塔塔的脱硫段，同时省去Ｈ：Ｓ浓缩塔Ｃ，。顶。系统中多台的换热器组成的换热网络用以回收（２）由于粗天然气中不含水，可省去甲醇水分冷量并保证必要的工艺条件‘７引。离塔Ｃ５。（３）由于粗天然气中不含硫，ＣＯ：含量较低，可以用闪蒸罐来代替ＣＯ：解吸塔Ｃ：。为了能更好地解吸出气体中的ＣＯ：气体，本流程采用两级闪蒸。通过以上分析，最终得出符合该实际工况的简化的甲醇洗净化工艺流程，只保留了典型甲醇洗流程的吸收塔Ｃ。和甲醇热再生塔Ｃ．，新的简化的工艺流程见图２。天然气进入吸收塔（Ｃ。）塔底，塔顶部用－５５℃的贫甲醇洗涤原料气中的ＣＯ：，从Ｃ。塔塔顶采出的气Ｃ，一吸收塔；ｖ。——级闪蒸罐；ｖ２—二级闪蒸罐；Ｃ２一甲醇热再生塔体为净化气，其中咖（ＣＯ：）＜２０×１０击。从吸收塔底图２设计出的天然气净化低温甲醇洗工艺流程图出来的含有ＣＯ：的甲醇液减压至１．８ＭＰａ并换热后ｒｉｇ．２Ｆｌｏｗｍ硼舢ｏｆｄｅｓｉｇｎｅｄＲｅｃｔｉｓｏｉｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒ进入Ｖ，罐，闪蒸出溶解的ＣＨ。及少量ＣＯ：等气体，ｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ经增压并降温后与迸料天然气汇合，以回收ＣＨ。。从Ｖ，罐出来的甲醇液再次减压至０．１２ＭＰａ后送人２．２吸收塔Ｃ，的模拟与优化第二级压力的Ｖ：罐，闪蒸出溶解在甲醇中的ＣＨ。和在吸收甲醇温度和吸收塔的理论板数一定时，ＣＯ：等气体。气相是含有ＣＯ：的甲烷气，这部分气影响天然气净化效果的关键因素是吸收塔的循环甲体经加压后与Ｖ。罐闪蒸出的气体汇合返回进料天醇量。然气管线，通过此方法，可以保证进料天然气中的甲从图３可知，洗涤甲醇用量越多，则净化气中的烷回收率达到９９．５％以上。从Ｖ：罐底部出来的液ＣＯ：含量越低，但是当循环甲醇用量达到一定量后，体送人甲醇热再生塔Ｃ：上中部，Ｃ：塔塔底得到贫甲此时净化气已经达到指标要求，不必再继续增大，否醇，塔顶得到主要成分为烷烃和ＣＯ：的燃料气。从则只会徒增能耗。由图３可知，比较合适的甲醇用Ｃ：塔塔顶再生出的气体还含有一定的甲醇，降温至量可以取１６００００ｋｇ／ｈ，此时满足天然气净化的要求。万 方数据第５期刘健等：低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究４９ａ薹｜ｎ舢ｎ懈ｎ嘶Ｏ嘣０薹｜Ｏ舢１０００（３０１２００００１４００００１６００００循环甲醇用量ｎ，ｇ／ｈ图３循环甲醇量对净化气中Ｃ０２含量的影响ｒｉｇ．３ＥｆｆｅｃｔｏｆｃｉｒｃｕｌａｔｅｄｍｅｔｈａｎｏｌｏｎＣ０２ｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｕｒｉｆｉｅｄｇａｓ２．３热再生塔Ｃ：的模拟与优化热再生塔Ｃ：是让甲醇再生的关键塔，在此塔中溶解在甲醇液中的ＣＯ：等气体从溶液中解吸出来，从而使甲醇溶液再生。再生后的贫甲醇液再经过一系列的换热器冷却后去洗涤塔ｃ。塔顶重新吸收ＣＯ：等酸性气体，从而达到甲醇的循环利用。影响塔底贫甲醇液的纯度主要因素为理论板数、回流比和进料位置。１．００００毯０聊８蠕藿ｏ．９９９６融蠖０．９９９４辫搀ＣＹｏ．９９９２ｏ．９９９０６７８９１０ｌｌ１２ｃ搭理论板数图４Ｃ：塔理论板数对塔底甲醇纯度的影响Ｆ－ｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｌａｔｅｓｏｆＣ２ｃｏｌｕｍｎｏｌｌｐｕｒｉｔｙｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｏｆｃｏｌｕｍｎｂｏｔｔｏｍ从图４可以看出，理论板数越多，塔底的贫甲醇纯度越高。当理论板数达到ｌＯ以后，塔底液甲醇所占摩尔分数基本恒定了，因此选ｌＯ块理论板较合适。从图５可以看出，回流比越大，热再生塔的分离效果越好，当回流比达到１．４以后，甲醇的纯度几乎万 方数据恒定了。塔底的热负荷随着回流比的增大而线性增大。为了减少塔底的热负荷，并能使热再生的甲醇液浓度达到指标要求，取回流比为１．４。≥《稼ｇ壤噗搀斑ＵＣ，塔回流比图５Ｃ：塔回流比对塔底甲醇液纯度和塔底热负荷的影响Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｆｌｕｘｒａｔｉｏｏｆｃ２ｃｏｌｕｍｎＯｌｌｌｐｕｔｔｙｏｆｍｅｔｈａｎｏｌａｎｄｈｅａｔｄｕｔｙｏｆｃｏｌｕｍｎｂｏｔｔｏｍ≥岜根妪綦蝼搀畿Ｕｃ措进料位置图６Ｃ：塔进料位置对塔底甲醇液纯度和塔底热负荷的影响ｒａｇ．６Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｆｅｅｄｓｔａｇｅｏｆｃ２ｃｏｌｕｍｎＯｎｐｕ－ｒｉｔｙｏｆｍｅｔｈａｎｏｌａｎｄｈｅａｔｄｕｔｙｏｆｃｏｌｕｍｎｂｏｔｔｏｍ如图６所示，随着进料板位置的下移，塔底甲醇液的甲醇浓度变小，而且塔底的热负荷也呈增大的趋势。当进料位置在第２块理论板上时，塔底贫甲醇液的ＣＨ，ＯＨ摩尔含量最大，而且此时的Ｃ：塔底热负荷最小，因此选进料位置为第２块理论板。系统参数最优的全流程模拟确定了最优的各塔理论板数、循环甲醇量、最佳回流比和最佳进料位置后，对全流程进行了最优化模拟。表２所示为全流程模拟的关键流股数据。整个工艺流程的公用工程消耗如下表３所示。通过分析进料天然气的实际组成工况条件，设计开发出了符合该条件的合适的低温甲醇洗新工艺流程，通过对全流程的模拟分析，确定了最优的工艺参数。这一新流程不仅可以满足生产工艺要求，而３４结论天然气化工表２全流程模拟的关键流股数据Ｔａｂｌｅ２ｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗ２００７年第３２卷剂价廉易得，是值得推广的一种天然气净化方法。ｔｏｔａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｏｆｋｅｙｓｔｒｅｓｎ鸲ｏｆ参考文献牛刚，黄玉华．低温甲醇洗技术在天然气净化过程中的应用［Ｊ］．天然气化工，２００３，２８（２）：２６－２９．［２］ＷｅｎｄｌａｎｄＭ，ＳａｌｅｈＢ，ＦｉｓｃｈｅｒＪ．Ａｃｃｕｒａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙ－１］ＲｍｉｅｐｍｐｅｒｔｉｅａｆｒｏｍｔｈｅＢＡＣＫＯＮＥｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＦｕｅｌｓ，２００４，１８（８）：９３８－９５１．［３］罗小武．天然气净化工艺技术研究与应用［Ｊ］．天然气与石油，２００６，２４（２）：３１－３３．［４］［５］［６］王建国，薛天祥．合成氨净化方法的选择剖析与经济比较［Ｊ］．煤化工，２０００，２８（３）：３－５．林珩，薛天祥．低温甲醇洗法净化羰基合成气［Ｊ］．小氮肥，２００２，２３（４）：１０—１３．张述伟，俞裕国，王长英，等．用低温甲醇净化不含硫原料气的工艺流程简化［Ｊ］．高校化学工程学报，融３皿ｅ表３能耗一览表ｔａｂｌｅ１９９９，１３（６）：５１８－５２２．ｏｆ∞砸哪ｅｄ明ｅｒｇｙ［７］［８］姚平经．全过程系统能量最优化综合［Ｍ］．大连：大连理工大学出版社，１９９５：１６－２９．ＬｉｎｎｈｏｆｆＢ，ＡｈａｌａｄＳ．Ｃｏｓｔｏｐｔｉｍｕｍｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓ：ｍｉｎｉｍｕｍｅｎｅｒｇｙａｎｄｃ印ｉｔａｌｕｓｉｎｇｓｉｍｐｌｅ且流程结构简单，能耗较少，经济实用。用低温甲醇洗技术净化天然气净化度高，溶剂吸收能力大且溶ｍｏｄｅｌｓｆｏｒｃａｐｉｔａｌｃｏｓｔ［Ｊ］．ＣｏｍｐｕｔＣｈｅｍＥｎｇ，１９９０，１４（７）：７２９－７５０．ＴｈｅＲｅｃｔｉｓｏｌＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＮａｔｕｒａｌＧａｓＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ／２ＵＪｉａｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｕ—ｌ丽，ＳＵＮＤａｏ－ｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ＤａｌｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０１２，Ｃｈｉｎａ）ａｎＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＲｅｃｔｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｐｕｒｉｆｙｉｎｇｎａｔｕｒｅｇａｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．ＡｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄＲｅｃｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓＷａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒｅｃｔｉｓｏｌｐｒｏｃｅｓｓ；ｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ式的意义。大连化物所甲醇制烯烃技术将建百万吨级装置９月１７日，中科院大连化学物理研究所与神华包头煤化工有限公司集团在北京举行了１８０万ｔ／ａ甲醇制烯烃我国最大的天然气制甲醇项目投产２００７年９月，内蒙古博源联合化工有限公司１００万ｔ／ａ的天然气制甲醇项目正式投产。博源甲醇项目由内蒙古远兴能源股份有限公司和美国西格玛投资集团有限公司共同投资兴建。远兴公司原有３５万ｔ／ａ甲醇装置。该１００万Ｖａ（ＤＭＴＯ）技术许可转让合同签订仪式。这是继今年８月“陕西榆林２０万吨／年煤基烯烃工业化示范项目”ＤＭＴＯ技术许可转让合同签订后，大连化物所与企业签订的首个百万吨级ＤＭＴＯ工业生产技术许可转让合同。这标志着具有自主知识产权的ＤＭＴＯ技术在走向大规模产业工业化的道路上迈新装置，采用美国ＥＭＣ公司和ＳＣＭＰ公司国际先进的工艺技术，关键设备全部来自美国，能够确保安全稳定运行，且能耗低，没有污染，工业废水也全部回收利用，实现了零排放，出了关键的一步，对我国清洁煤化工产业的发展具有里程碑概算总投资１４．７２亿元。万方数据 低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
刘健， 张述伟， 孙道青， LIU Jian， ZHANG Shu-wei， SUN Dao-qing大连理工大学化工学院,辽宁大连,116012天然气化工
NATURAL GAS CHEMICAL INDUSTRY2007,32(5)1次
1.张述伟;俞裕国;王长英 用低温甲醇净化不含硫原料气的工艺流程简化 1999(06)2.林珩;薛天祥 低温甲醇洗法净化羰基合成气[期刊论文]-小氮肥 2002(04)
3.王建国;薛天祥 合成氨净化方法的选择剖析与经济比较[期刊论文]-煤化工 2000(03)
4.Linnhoff B;Ahmad S Cost optimum heat exchanger networks:minimum energy and eapital using simplemodels for capital cost[外文期刊] 1990(07)5.姚平经 全过程系统能量最优化综合 1995
6.罗小武 天然气净化工艺技术研究与应用[期刊论文]-天然气与石油 2006(02)
7.Wendland M;Saleh B;Fischer J Accurate thermodymamic properties from the BACKONE equation for theprocessing of natural gas[外文期刊] 2004(08)
8.牛刚;黄玉华 低温甲醇洗技术在天然气净化过程中的应用[期刊论文]-天然气化工 2003(02)
1.刘健.张述伟.孙道青 低温甲醇洗与甲烷深冷回收相结合工艺的研究[期刊论文]-化学工程师 2008(5)
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