低溫甲醇洗工藝發(fā)展及國內(nèi)研究進展

鞏守龍（陜西未來能源化工有限公司，陜西　榆林　719000）

低溫甲醇洗工藝發(fā)展及國內(nèi)研究進展

鞏守龍（陜西未來能源化工有限公司，陜西榆林719000）

隨著煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過程中不可或缺的工藝流程。本文介紹了低溫甲醇洗的工藝原理，以及目前應(yīng)用較多的林德公司和魯奇公司的低溫甲醇洗工藝流程，討論了國內(nèi)的應(yīng)用及研究進展。

低溫甲醇洗；工藝介紹；國產(chǎn)化

低溫甲醇洗工藝是上世紀50年代初由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化技術(shù)。該工藝是采用物理吸收的方法，以甲醇為吸收劑，利用其在低溫下（～40℃以下）對酸性氣體（包括CO2、H2S、COS等）極好的溶解性和選擇性，脫除雜質(zhì)氣體的分離凈化手段。首套工業(yè)化低溫甲醇洗示范裝置于1954年由魯奇公司在南非薩索爾公司建成，目前該工藝已在甲醇合成、城市煤氣、工業(yè)制氫、羥基合成等生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用［1］。

1　低溫甲醇洗工藝介紹

1.1工藝原理

亨利定律是低溫甲醇洗遵循的基本原理，其內(nèi)容為：在定溫和平衡狀態(tài)下，一種氣體在溶液中的溶解度與其平衡壓力成正比。

其數(shù)學(xué)表達式為：P=kX

其中：X—平衡時氣體在液體中的物質(zhì)的量分數(shù)；

P—平衡時液面上方該氣體的分壓；

k—亨利常數(shù)，其數(shù)值與溫度、液面上方氣體總壓、氣體和溶劑性質(zhì)有關(guān)。實驗表明當溶質(zhì)和溶劑一定時，在定溫下k為定值。亨利定律僅適用于稀溶液，壓力不高的情況。

在高壓下，亨利定律修正如下：（1）溶解度系數(shù)隨溫度下降而增加。（2）甲醇中溶解的H2會降低CO2的溶解度；H2S、COS、CO2在甲醇中的溶解度隨其中水含量增加而急劇減小。（3）甲醇吸收CO2后，H2S、COS在其中的溶解度會下降。

1.2甲醇作為吸收劑的特點

甲醇是極性較強的有機溶劑，各氣體組分的能力差異很大。在～40℃時，COS、H2S、CO2等酸性氣體在甲醇中溶解度較大，CO、H2、N2等氣體在其中溶解度較小。利用亨利定律，能夠選擇性脫除酸性氣體，保留有效氣體，并實現(xiàn)甲醇再生循環(huán)利用的目的。

甲醇作為吸收劑有以下優(yōu)點：（1）對COS、H2S、CO2等氣體吸收能力較強，所需溶液循環(huán)量小，動力消耗少。（2）對原料氣中各組分吸收選擇性好，有效氣體損失少。（3）蒸汽壓和沸點低，再生蒸餾需要蒸汽量少，溶液損失小。（4）化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，在惡劣的操作環(huán)境下，不易分解變質(zhì)，不起泡；對管道和設(shè)備腐蝕性?。ㄋ啃∮?%時）。（5）凝固點低，正常條件下不會凍堵管道。（6）黏度小，傳質(zhì)和傳熱效率高，輸送溶液的動力消耗低。（7）甲醇廉價易得，常溫常壓下穩(wěn)定。

1.3林德公司和魯奇公司低溫甲醇洗工藝介紹［2］

林德公司工藝為一步法脫碳脫硫，多為五塔工藝。原料氣經(jīng)過少量噴淋甲醇后，降溫后進入洗滌塔，脫硫和脫碳在一個塔中分若干段脫除。工藝采用專利設(shè)備高效繞管式換熱器，提高換熱效率，尤其是多股物料同時換熱，簡化了工藝流程，便于設(shè)備管道集中布置，節(jié)省占地。入工段設(shè)置洗氨塔，利用鍋爐水吸收原料氣中NH3、HCN等雜質(zhì)。在甲醇循環(huán)中設(shè)置溶液過濾器，除去FeS、NiS、催化劑顆粒、炭粉等固體雜質(zhì)，防止其在系統(tǒng)中積聚堵塞管道和設(shè)備。

魯奇公司工藝為一步法脫碳脫硫，多為六塔工藝。流程中除原料氣冷卻器外，多采用列管式換熱器。脫硫和脫碳既有設(shè)計在單塔中進行，也有設(shè)計在雙塔中進行的情況。洗滌塔設(shè)置預(yù)洗段，除去原料氣中的NH3、HCN等雜質(zhì)；定期排放富含NH3、HCN的甲醇，避免積累；貧甲醇管線設(shè)置過濾器等技術(shù)都成為魯奇公司的亮點。

2　國內(nèi)的研究進展

2.1工藝技術(shù)的引進

自1981年原化工部引進林德公司低溫甲醇洗專利技術(shù)（8MPa五塔流程），用于國內(nèi)當時引進的渣油制氨裝置以來，國內(nèi)對于低溫甲醇洗技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣。之后引進渣油制氨裝置的同時，引進了魯奇公司低溫甲醇洗專利技術(shù)（5MPa六塔流程）。隨后，在山西潞城的合成氨裝置中，低溫甲醇洗專利技術(shù)（3MPa九塔流程）被成功引入中國。

隨著近年來煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過程中不可或缺的工藝流程。神華、大唐、中煤和兗礦等煤化工企業(yè)都采用低溫甲醇洗裝置。

2.2工藝國產(chǎn)化［3］

工藝國產(chǎn)化包括設(shè)計國產(chǎn)化，設(shè)備國產(chǎn)化和技術(shù)國產(chǎn)化。為了實現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)高校和科研院所等有關(guān)部門進行了不懈的努力，并取得了成果。20世紀七十年代末，中石化蘭州設(shè)計院研究了低溫甲醇洗系統(tǒng)氣液相平衡模型，并計算出36個二元體系的交互作用系數(shù)；浙江大學(xué)和上?；ぱ芯吭禾接懥说蜏叵赂鞣N氣體在甲醇中的溶解度及富CO2、H2S甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)，并測定出部分二元體系的相平衡常數(shù)。

在中石化和蘭州設(shè)計院協(xié)助下，大連理工大學(xué)經(jīng)過艱苦不懈的努力，完成低溫甲醇洗系統(tǒng)計算軟件。此工藝與林德公司工藝相似，但是冷負荷和設(shè)備投資更低。

在工藝設(shè)備制造方面，金州重型機械廠已成功在低溫甲醇洗部分低溫設(shè)備上使用了低溫鋼材加工技術(shù)；開封空分集團制造的高壓繞管式換熱器已能夠成功替代進口設(shè)備。在低溫甲醇洗的關(guān)鍵設(shè)備上，我國一定程度上實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

3　結(jié)語

目前直接引進技術(shù)投資費用較高，企業(yè)應(yīng)與各高校和科研院所緊密合作，自主創(chuàng)新，努力拼搏，提高競爭力，實現(xiàn)最大化效益，開發(fā)國產(chǎn)化的工藝技術(shù)，不斷提高技術(shù)經(jīng)濟水平。隨著新型煤化工的繁榮發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)將擁有更廣闊的前景和未來。

［1］朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：200～230.

［2］薛天祥.對兩種低溫甲醇洗法凈化合成氣工藝的看法［J］.煤化工，1997，25（1）：3～7.

［3］宋廷生.國產(chǎn)低溫甲醇洗技術(shù)開花結(jié)果［N］.中國化工報；2009年.

鞏守龍(1988-)，男，山東鄒城人，漢族，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：變換氣凈化。