煤制油过程中净化工艺方案及其工艺流程研究

煤制油过程中净化工艺方案及其工艺流程研究

张潞辰

晋煤集团煤化工投资有限公司山西048006

摘要：发展煤制油技术，对我国急需的液体燃料的制备具有非常重要的意义。本文中煤制油过程净化采用的是低温甲醇洗的净化工艺，并对此工艺方案及工艺流程进行了简要说明。

关键词：低温甲醇洗；净化工艺；工艺流程

煤、石油和天然气是人类赖以生存和发展的三大基础能源，也是一个国家经济持续发展和安全稳定的重要保障。石油资源的不足使煤和天然气在全球能源消费结构中所占的比例日趋上升。所以应采用科学有效的方法合理的利用煤资源。

一、低温甲醇洗简述

低温甲醇洗法也属于物理吸收净化技术，在低温（-50℃～-60℃），溶剂的吸收能力很大，溶液循环量非常小，气体净化度较高，再生热耗少且操作费用低，能综合脱除气体中的H2S、COS和CO2。溶液不起泡并且不腐蚀，H2S浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S的浓度也可达到硫回收的标准。上述工艺虽然存在部分设备和工艺管道需要采用低温钢材，需要引进国外的低温材料，所以基建投资高，但其最大优点是溶剂价格便宜，消耗指标和能耗均低于其它净化工艺，在大型合成氨厂和甲醇厂中被广泛采用。

二、生产方法

本项目以高硫煤为原料，采用灰熔聚气化工艺生产粗煤气，净化装置所处理的粗煤气（0.4MPa(g)，40℃）中硫含量非常高，总硫约1.23%(v)，这样高的硫对煤气压缩机的选型和操作将带来非常不利的影响。因此，必须对粗煤气进行脱硫。此外在压缩变换后仍需对变换气进行净化脱硫脱碳。项目考虑将粗煤气脱硫和变换气脱碳统一考虑、综合设置，全部采用低温甲醇洗净化工艺。利用变换气脱硫脱碳富液闪蒸后的低温半贫液在低压下对粗煤气中大量硫化物进行粗脱，使总硫含量降低到500mg/Nm3，以满足压缩机操作要求。之后在经压缩并变换后彻底对变换气进行净化，使总硫脱除到0.1PPm。CO2按后续工序要求脱至3.0％(V)。在整个甲醇洗系统中粗脱硫和变换气净化的甲醇高温再生系统统一设置。在低温甲醇洗总的循环量增加不多、溶液再生系统能力增加不大的情况下，满足了全部净化的需要。从而使项目整个净化过程做到了净化工艺单一、流程配置优化合理、设备相对较少、自动化水平较高。

在本项目工况下采用低温甲醇洗工艺综合考虑粗脱硫、变换气脱硫、脱碳是一种较为优化、经济合理的方案。本项目所处理的变换气操作压力高，CO2分压大，在此工况下选择低温甲醇洗净化工艺有着独特的优势。这是因为低温甲醇洗工艺为物理吸收，因此特别适用于压力高，酸气含量高的气体净化，而且由于其技术成熟，吸收能力大，能耗低，净化度高等优点，特别是该法可以在同一装置中同时选择性地将气体中硫化物、CO2等杂质脱除干净，这是当今任何一种净化工艺均不能与之比拟的。

三、低温甲醇洗与其它方法相比其主要独特优点

3.1多效脱除性能

可以在一个系统内同时脱除H2S、CO2、轻油、CN-等，并在再生时分别处理，满足副产CO2产品气、H2S浓缩等要求。

3.2净化度高

净化气CO2含量可达20ppm以下（当然也可像本工程一样将CO2脱除到所需的任意含量）；总硫≤0.1ppm；水、轻油、CN-等完全被脱除。

3.3溶液再生方式灵活，满足不同工艺要求

低温甲醇洗工艺可以吸收多种酸性气及杂质组份，因而在再生时可以按照工艺要求及装置公用工程条件采用不同的再生方法。CO2的再生以减压闪蒸、真空再生、氮气气提方式为主，再生过程分段进行以回收H2、CO等有效组分、副产高纯度CO2产品气等；H2S的再生则以减压闪蒸、浓缩工艺、加热气提相结合的方式，既使溶液得以彻底再生，又使酸性尾气中H2S得到浓缩，满足了硫回收需要，有利于环境保护；系统中带入的水分则通过加热精馏的方式予以除去；若原料气中有轻油类等杂质则需要用少部分溶液对其进行预洗，并采用萃取、共沸等方法进行再生处理。

3.4溶液吸收能力大，能耗低

由于甲醇对于CO2、H2S在低温下具有优越的吸收性能，吸收CO2能力相同的情况下,与其它净化方法相比其溶液循环量是最低的。例如，在本工程操作工况下若采用NHD工艺脱碳每吨溶液吸收能力约为30～35Nm3，而每吨甲醇溶液吸收CO2能力可达～150Nm3，这就意味着采用低温甲醇洗工艺的溶液循环量只有NHD工艺的1/4左右，动力电量消耗将大大降低。

另外由于该工艺为纯物理吸收法，再生的主要手段是靠减压闪蒸，只消耗少量的蒸汽应用在硫化氢再生和甲醇/水分离系统。与其它方法比较,采用该工艺的综合能耗是最低、最经济的。

四、所选择的工艺流程的工艺特点

本工段为粗煤气和变换气的净化。由于粗煤气中硫含量较高，变换气中CO2含量较高,但CO2净化度要求不高，送出装置的H2S酸性尾气要满足克劳斯硫回收对H2S馏分浓度的要求。所以,本次净化工艺设计中，经工艺计算及设计优化，确定采用两步脱硫、有H2S浓缩的九塔工艺流程：包括粗煤气脱硫塔、变换气脱硫塔、CO2吸收塔、CO2闪蒸塔、H2S闪蒸塔、二次吸收塔、热再生塔、甲醇/水塔、尾气洗涤塔。所选择的工艺流程具有以下工艺特点如下：

4.1流程中送出界区冷股气体的冷量回收主要在变换气冷却器中，该换热采用多流道缠绕式换热器，以减少设备台数，提高换热效率。其它热交换器则采用易于制造、价格低廉的TEMA列管换热器。这些设备均可以国内制造节省投资。

4.2为满足煤气压缩机对粗煤气硫含量的要求，采用两步法脱硫，先对来自气化的粗煤气进行脱硫，使其硫含量降低至500mg/Nm3以下，然后去煤气压缩和变换，之后再返回低温甲醇洗装置进行彻底的脱硫脱碳，满足后工序所要求的工艺净化指标。

4.3粗煤气脱硫的洗涤溶液为来自变换气脱硫脱碳的甲醇溶液经减压闪蒸再生后的半贫液，使流程设计优化，使整个系统溶液循环量较少，并充分利用了溶液闪蒸再生热效应所产生的冷量，保证净化效果。

4.4设置了H2S浓缩塔，以保证送硫回收含硫废气浓度达～35%，满足硫回收工艺要求。

4.5塔内件可采用国内近年来开发的高效塔盘，如ADV微分浮阀塔盘、导向浮阀塔盘等，以保证良好的操作性能及操作弹性。

4.6脱碳主洗溶液再生采用减压闪蒸辅以氮气气提工艺，含硫富液的再生除闪蒸气提以外，另外采取了蒸汽加热再生，这样不仅保证了溶液再生度，满足工艺净化指标，同时节约能耗，节省装置冷量消耗。

4.7按照工厂装置的需要，本装置还提供部分CO2产品气，供气化装置输煤使用。

4.8排放尾气采用水洗涤回收其中的甲醇既降低甲醇消耗指标，又满足了环保要求。

本项目低温甲醇洗拟采用由化学工业第二设计院开发的工艺技术，不需引进技术软件，为本工程节约技术专利费及软件包费用。设备、材料、机泵基本立足于国内制造供货，在保证装置质量技术性能前提下降低投资。

此外，在造气工段，送来的工艺气体的含尘量较高，需要运用汽水分离器进行净化。大量含水的蒸汽进入汽水分离器，并在其中以离心向下倾斜式运动，夹带的水份由于速度降低而被分离出来，被分离的液体流经疏水阀排出，干燥清洁的蒸汽就从分离器出口被排出。

五、结束语

总之，煤制油净化采用技术先进、操作稳定以及安全可靠的低温甲醇洗工艺，对工艺过程设计合理优化，不仅能节约装置的能耗，还能高效的降低成本，非常经济，是当今任何一种净化工艺均不能与之比拟的。

参考文献

[1]谢克昌.煤的结构与反应性[M].北京：科学出版社，2002.

[2]朱肖曼.煤液化油基本性质的研究[D].煤炭科学研究总院，2006.