浅析低温甲醇洗工艺原理及工艺任务

浅析低温甲醇洗工艺原理及工艺任务

周长宇

辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司辽宁省阜新市123000

摘要：低温甲醇洗工艺自身的优点，目前已在我国很多工业企业中得到应用，并且随着时间的推移，已经呈现出扩大的趋势。低温甲醇洗技术工艺原理及相关工艺，在此基础上对低温甲醇洗的工艺任务进行了明确，使得现在对于低温甲醇洗的研究更加全面。低温甲醇洗作为一种有效的净化技术，未来在我国必将拥有很大的发展前景和市场。

关键词：低温甲醇洗；工艺原理；工艺任务

1.低温甲醇洗工艺原理及过程

1.1低温甲醇洗工艺原理

低温甲醇洗是指甲醇在一定压力和低温条件下，把变换气中所含的酸性气体如H2S、CO2和COS等脱除，而酸性气体经过解吸、气提等手段由甲醇溶液中释放出来，再进行下一步利用的工艺过程。低温甲醇洗工艺过程中甲醇与酸性气体之间不发生任何的化学反应，属物理吸收的范畴。物理吸收涉及的主要理论基础是亨利定律，其表达式是：

P=KX

式中：P为操作压力；K为亨利系数；X为溶质的分子分数。由上面表达式可知：X值随P值的增大而增大，X值表示溶解在溶剂中的溶质的分子分数；当相关的溶质、溶剂改变时，公式中使用的K值大小也相应改变。由于极性分子溶剂对极性分子溶质的吸收能力更强，因此甲醇洗工艺中作为极性分子的溶剂甲醇对同样是极性分子的溶质H2S、CO2等的吸收能力就远远高于对非极性分子N2、H2、Ar、CO等的吸收。

依据亨利定律我们可以得出，甲醇吸收的过程中，随着压力的升高和温度的降低，单位溶剂吸收溶质的量随之增大，因此，在吸收时，应保持高压、低温。但由于在高压、低温条件下，气体为真实气体，必须对亨利定律进行适当的修正。当吸收了溶质的溶剂进行解吸时：根据亨利定律压力愈低、温度愈高，则对于溶质的解吸愈有利，在温度等于溶剂的沸点时，溶质在溶剂中的溶解量即为零。通过减压进行解吸，减压解吸法，即吸收了溶质的溶剂，可通过节流和降低系统的总压（甚至到负压），实现溶质的解吸。

2.工艺流程

2.1一步法工艺

CO2和H2S的吸收在一个塔内进行，吸收的CO2通过闪蒸和汽提脱除，H2S通过热再生进行脱除，实现溶剂的再生。原料气通过换热冷却后进入气液分离器，液体为甲醇—水混合物送至精馏塔回收甲醇溶剂。气体进入吸收塔底部吸收H2S，然后进入吸收塔上段吸收其中的CO2气体，在吸收塔塔顶得到净化后的合成气。吸收塔上段利用冷却器移出部分热量，使吸收过程在较低温度下进行。汽提后的甲醇送至热再生塔，采用低温蒸汽进行热再生，塔釜得到再生后的精洗甲醇溶剂换热冷却后，送至吸收塔顶端对合成气进行洗涤。

2.2两步法工艺

硫化物在H2S吸收塔进行吸收，然后气体被送至CO2吸收塔进行脱碳。该工艺有2个溶剂再生系统，分别对吸收硫化物和CO2的甲醇溶剂进行解吸再生。闪蒸后的富硫溶液被送至脱硫塔，塔釜利用蒸汽加热进行热再生，实现溶解在甲醇中的硫化物解吸，热再生后的甲醇溶剂与富硫溶液换热并经冷却器冷却后，送至H2S吸收塔顶部。吸收CO2的甲醇经中压闪蒸回收H2、CO等有效气体，送回到吸收塔进行回收。中压闪蒸后的甲醇送至低压闪蒸罐使CO2解吸，闪蒸后甲醇经冷却后送至CO2吸收塔顶部，罐顶得到纯度较高的CO2气体。

2.3原料气的预冷以及对CO2、H2S等气体的吸收

低温甲醇洗工序的原料气是5.5MPa（G）、40℃的混合气体，此混合气体经过变换后进入甲醇洗工序。在进入甲醇洗工序前需要向原料气中喷入少量来自甲醇再生塔的甲醇，以避免原料气中的水分在预冷过程中结冰而堵塞管道。原料气与循环气（含硫富甲醇闪蒸罐和无硫富甲醇闪蒸罐的混合气）混合，然后经过进料冷却器与尾气、CO2产品气及合成气进行换热，达到降温的目的，再进入进料气甲醇或分离罐。由甲醇或水分离罐分离出其中的冷凝液，其中的气体进入CO2吸收塔的脱硫段进入甲醇洗过程，分离出的冷凝液被送入甲醇或水分离塔中。

2.4H2S的浓缩

来自CO2解吸塔上段底部的富甲醇经减压后导入H2S浓缩塔的中段位置，此富甲醇与来自塔顶的甲醇混合后至H2S浓缩塔的上段底部，再由H2S浓缩塔上塔出料泵加压抽出，进入第三贫甲醇冷却器中与再生后的贫甲醇换热，然后进入循环甲醇冷却器中与从吸收塔中抽出的甲醇换热，其温度将升高，溶解于甲醇中的CO2等气体将被解吸出来，进入循环甲醇闪蒸罐闪蒸，分离气液两相。气相导入CO2解吸塔的下段并经升气板送至产品塔上段，脱硫后，成为一部分CO2产品气；将液相减压后送至浓缩塔下段上部，在此段内通入氮气，使CO2气提解吸，从而获得浓缩的H2S。

3.低温甲醇洗工艺任务

3.1净化原料气体

净化原料气体是低温甲醇洗的首要功能，也是基础功能。通过低温甲醇洗能够将原料气体中的CO2、H2S、CO等一些不需要的杂质气体全部清除，净化了原料气体，从而能够为下一步的工业生产提供支持。2副产品的回收在净化过程中只有N2、H2是合成氨所必需的组成原料，CO2气体是必须要脱除的，但由于CO2量比较大并且又是生产很多化工产品的重要原料，直接大量排出还会造成温室效应，因此，必须对其进行回收，以满足生产的需要；另外还要对H2S等含硫化合物进行回收，以达到规定的要求。

3.2保护环境

低温甲醇洗在产生经济效益的同时，也能产生很大的社会效益。目前我国环境污染严重，国家政府对于工业废气废水的处理要求非常严格，因为工业企业排除的废气废水中一般都含有较多污染环境的物质，如果直接将其排放就会导致环境污染，但是经过低温甲醇洗的净化处理，废气废水中的很多污染物被清除，从而不能再污染环境，因此低温甲醇洗的另一大任务就是保护环境。

4.结束语：

低温甲醇洗工艺对工业气体中CO2、H2S、COS等酸性气体的脱除性能，具有良好的操作稳定性、易再生、能耗低、原料易获取等优势，已经成为一种节能型成熟可靠的酸性气体净化工艺。由于我国能源结构特点，出于优化能源结构、清洁生产及国家能源安全等因素的考虑，大力发展煤化工技术一直是我国能源发展的主要方向。

参考文献：

[1]陶小钰.某厂低温甲醇洗装置流程模拟与H_2S提浓改造[D].大连理工大学,2014.

[2]韩燕.某厂煤制甲醇工艺中低温甲醇洗装置的改造及优化研究[D].大连理工大学,2014.

[3]张若天.某煤制油工艺中低温甲醇洗的模拟及节能改造[D].大连理工大学,2014.

[4]周丽萍.煤化工中低温甲醇洗流程的模拟与改进[D].湖南大学,2014.