浅谈低温甲醇洗工艺的改造及应用

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摘要：随着研究工作的进展和对生产操作中暴露出的问题的处理，使引进的低温甲醇洗工艺不断得到改进和完善。国内已经有几个单位采用模拟技术完成了低温甲醇洗的工艺包改造。当然，随后的工程设计也应该能顺利完成。在完成现有装置的扩能改造后，能够有针对性地独立设计新流程，本文主要探讨低温甲醇洗工艺的改造及应用。

关键词：低温甲醇洗；工艺；改造

中图分类号：TQ223.121

从国内外煤气化装置中所采用的脱除酸性气体的工艺来看，低温甲醇洗（Rectisol）和NHD（或Selexol）较常见。低温甲醇洗（Rectisol）工艺是采用冷甲醇作为溶剂脱除酸性气体的物理吸收方法，是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种有效的气体净化工艺[1]。

一、两种类型的流程

由于煤气化方法不同，对进变换系统的原料气要求不同，净化系统采用的低温甲醇洗流程也有所不同。主要有两种类型：两段吸收（两步法）、一段吸收（一步法）。前者适用于进变换系统的原料气脱硫要求严格的情况下（不耐硫变换流程），用低温甲醇洗预先脱硫，在CO变换之后，再用低温甲醇洗脱除CO2；后者适用于耐硫变换之后，用低温甲醇洗同时进行脱硫和脱除CO2。由于中国已基本能解决耐硫变换催化剂的供应，因此在实际应用中多采用一段吸收（一步法）。

二、三种再生方法

1.闪蒸

用减压闪蒸解析，这是最经济的方法。将溶解度低的气体闪蒸出来，便于提高再生气中的H2S和CO2纯度。减压过程温度降低，解析气体的量及组分与温度、压力有关。这种方法受压力限制，再生不能很彻底[2]。

2.汽提法

用吹入惰性气体方法，降低界面上方气相中酸性气体分压.将甲醇溶剂中剩余的酸性气体从溶剂中赶走，以提高溶剂贫液度。以上两种再生方法称冷再生。

3.热再生

溶剂在热再生塔的再沸器中用蒸汽加热沸腾.用甲醇的蒸汽气提，使溶剂中的H2S从溶剂中彻底清除，最终达到溶剂再生度。利于溶剂吸收，进而保证了净化度的要求。这种方法再生彻底，但需耗蒸汽。三种再生方法应合理配置，以节省能耗.减少有用气体的损耗，提高有用气体回收率。

三、低温甲醇洗工艺的改造及应用

1.吸收力强

在低温下，甲醇对CO2、H2S、COS的溶解度较高，根据计算在3.1MPa的压力下，1m3甲醇溶液能吸收160～180m3 CO2，而1m3NHD溶剂仅能吸收40～55m3 CO2。吸收等量酸性气体时，低温甲醇溶液的循环量小，装置总能耗较低。另外，低温甲醇洗法（Reectisol Process）还可以脱除煤气中的轻低温质油和HCN等。低温甲醇洗法是以甲醇作为吸收剂进行物理吸收。它的最大优点在于将粗煤气净化的几个工序都集中在一起，从而可以大大简化工艺流程。低温甲醇洗法是在低温高压的条件下进行。在低温下，粗煤气中的轻质油蒸汽和一部分水汽首先溶解在甲醇中，其次是硫化氢、有机硫化物和一部分二氧化碳，再其次是二氧化碳的最终脱除。所以一般是采用三段洗涤，即预洗、主洗和精洗。二氧化碳和硫化氢在甲醇中的溶解热不大，但因其溶解度较大，因而塔内仍有明显的温度提高，为了保持一定的吸收效果，塔中部需设置冷冻以排除吸收放热[3]。

2.吸收操作条件

（1）温度。降低吸收的温度可以增加H2S和CO2在甲醇中的溶解度，提高吸收效果。在要求的吸收效果一定的情况下，可降低甲醇的循环量，节省输送的功耗。同时，在低温下吸收，甲醇的饱和蒸气压低。挥发损失少。但过低的温度，会使冷量损失加大。吸收的温度主要依据吸收效果和吸收压力而定，目前常用的温度为-20～-70℃。H2S和CO2等气体在甲醇中的溶解热很大，因此在吸收过程中溶液温度不断升高，使吸收能力下降。为了维持吸收塔的操作温度，在吸收大量二氧化碳的中部设有冷却器，或将甲醇溶液引出塔外进行冷却。吸收过程放出的热量，可以与再生时甲醇节流效应的结果和气体解吸时吸收的热量相抵，使甲醇的温度降低。由于不完全的再生和与周围环境的换热，所造成的冷冻损失，可由氨冷器或其他冷源来补偿。

（2）压力。和低温吸收一样，增加压力对吸收有利，但过高的压力对设备强度和材质的要求高，使有用气体组分H2、CO或N2等的溶解损失也增加。具体采用多大压力，主要由原料气组成、所要求的气体净化度以及前后工序的压力等来决定。目前常用的吸收压力为2～8MPa。

（3）吸收剂的纯度。吸收剂的纯度对其吸收能力有很大的影响。影响吸收剂纯度的影响因素是多方面的，其中水含量是主要的因素。当甲醇中含有水分时，甲醇的吸收能力将会下降。例如，当甲醇中水含量达到5%时，其对CO2的吸收能力大约下降12%。目前，对贫甲醇的含水量要求为小于1%[4]。

3.再生的操作条件

（1）闪蒸的工艺条件选择。变换气中的H2、CO会在吸收塔内少量地溶于甲醇溶液中，而溶液排出吸收塔时，也会成泡沫状态夹带少量原料气，造成有效气体H2、CO的损失。因此从吸收塔排出的溶液需要在中间压力下进行闪蒸，以回收H2和CO2这是降低合成甲醇原料消耗定额的重要措施之一。而且，为了控制CO2再生气中CO2的纯度，也必须在溶液进入再生塔之前进行闪蒸。

（2）CO2解吸塔的压力与温度。CO2解吸塔的作用是让CO2解吸出来，为尿素工段提供合格的原料气。如生产甲醇，则CO2无用放空。CO2回收塔的压力与温度主要影响CO2的回收量、CO2中的H2S含量。总的影响为压力低、温度高解吸的CO2数量多，但其中H2S和甲醇蒸汽的含量高。随着压力的降低，由于节流制冷效应，甲醇的温度会降低，所以CO2解吸塔的温度，与闪蒸的温度和CO2解吸塔的压力相关。

结论

目前，中国在煤的加压气化流程中引进了低温甲醇洗工艺。煤加压气化所产生的工艺成分复杂。含有大量CO2、与以H2S和有机物形式存在的硫化物以及其他杂质。采用煤种不同，气化方法不同，工艺气成分差异较大。煤气或原料气净化的低温甲醇洗包括三个工艺步骤：在预洗阶段脱除气体中轻油、不饱和烃类和其他较高沸点的杂质；在其后两个阶段中脱除H2S、有机物和CO2。甲醇的再生通过减压和热再生来完成。

参考文献：

[1] 袁助，付晶. 低温甲醇洗气液两相流管线工程设计[J]. 化工设计，2012（01）

[2] 余涛. 低温甲醇洗系统酸性气提浓改造[J]. 中氮肥，2012（02）

[3] 于志伟. 低温甲醇洗工艺原理与工艺任务分析[J]. 科技视界，2012（06）

[4] 刘学武. 低温甲醇洗净化气中硫含量的影响因素分析[J]. 小氮肥，2012（03）