低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用

胡春紅

摘 要：本文以低溫甲醇洗技術(shù)為研究點(diǎn)，介紹了低溫甲醇洗技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)，闡述了低溫甲醇洗技術(shù)典型的工藝流程，并根據(jù)筆者長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹了低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明低溫甲醇洗技術(shù)應(yīng)用方便且效果顯著。為后學(xué)者繼續(xù)深入開(kāi)展低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用研究工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗技術(shù)；工藝；煤化工；實(shí)際應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ546 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，酸性氣體脫塵技術(shù)的研究取得了顯著成果，其中低溫甲醇洗技術(shù)憑借其簡(jiǎn)單方便、實(shí)用性強(qiáng)、效果突出的特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。但低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的實(shí)際應(yīng)用研究尚顯不足，基于此，本文結(jié)合實(shí)際，以基本原理和概念出發(fā)，對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹，便于為后期工作做相應(yīng)鋪墊。

1.低溫甲醇洗技術(shù)原理與優(yōu)點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

低溫甲醇技術(shù)作為一種物理吸收防腐，可以使酸性氣體溶解于有機(jī)溶劑甲醇中。低溫甲醇洗工藝使用冷甲醇為酸性氣體的吸收液體，這也是利用了低溫條件下甲醇對(duì)酸性氣體具有較大的溶解度的特性，在溶解的同時(shí)還可以分段選擇吸收原料氣中的二氧化碳和二氧化硫氣體。

低溫甲醇洗技術(shù)主要包括解吸和多段吸收兩個(gè)部分。以煤氣化為例，低溫甲醇洗工藝流程主要包括：（1）吸收：在吸收工藝之前首先出去水分以防止后期工藝出現(xiàn)水東街現(xiàn)象。吸收的主要作用在于將二氧化碳和硫化氫氣體溶解于甲醇之中。（2）解吸：解吸工藝的目的是將氫氣、二氧化碳等氣體從吸收液中釋放出來(lái)。通常，該過(guò)程需要3個(gè)塔10個(gè)分離段實(shí)現(xiàn)。（3）溶劑回收：溶液中往往會(huì)存在不易溶解的雜質(zhì)，低溫甲醇洗作業(yè)所需溶液量也較大，氮?dú)夂投趸坚尫艜?huì)帶出少量甲醇，因此必須回收，溶劑回收過(guò)程往往需要兩個(gè)塔完成。

1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：（1）具有良好的選擇性，尤其是對(duì)二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體的選擇性，可以使氣體的脫碳和脫硫工藝在同個(gè)或者兩個(gè)吸收塔內(nèi)分段進(jìn)行，同時(shí)回收相應(yīng)氣體以繼續(xù)利用。（2）在溫度較低的環(huán)境下，甲醇溶液的再生所需能耗較少，可以節(jié)約一定溶劑，降低生產(chǎn)費(fèi)用，此外由于甲醇原料的腐蝕性能不強(qiáng)，實(shí)際運(yùn)用中無(wú)需設(shè)置防腐材料即可保證安全，因此操作費(fèi)用較低。（3）吸收能力強(qiáng)，對(duì)酸性氣體具有較強(qiáng)的吸收性，對(duì)氣體凈化性能強(qiáng)。（4）所需材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低且易于獲得。（5）有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在吸收氣體時(shí)，起泡現(xiàn)象將得以避免，對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定具有明顯的意義。

1.3 發(fā)展歷史

對(duì)于低溫甲醇洗技術(shù)的發(fā)展歷史，最早可追溯到20世紀(jì)Lurgi公司和Linde公司的研究。魯奇公司為凈化加壓魯奇爐中得到了煤氣，首先建成了低溫甲醇洗工藝裝置。之后，林德公司繼續(xù)深入研究，將低溫甲醇洗技術(shù)用于化肥廠中以?xún)艋蜃儞Q氣。就我國(guó)而言，我國(guó)對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)的研究起步較晚，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，且經(jīng)過(guò)多年不懈努力，取得了十分顯著的成果。主要表現(xiàn)有：蘭州設(shè)計(jì)院對(duì)甲醇系統(tǒng)氣液平衡計(jì)算進(jìn)行了研究；大連理工學(xué)校從早期變從事低溫甲醇洗裝置的模擬與優(yōu)化研究，成功開(kāi)發(fā)了低溫甲醇洗專(zhuān)利技術(shù)工藝包；上?；ぱ芯吭簩?duì)不同氣體在低溫甲醇中的溶解度的物化特性進(jìn)行了分析，對(duì)體系的相平衡常數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，對(duì)后期的工藝計(jì)算做下了鋪墊。

2.低溫甲醇洗技術(shù)典型工藝

2.1 整體流程

低溫甲醇工藝應(yīng)用早起具有一級(jí)工藝和兩級(jí)工藝之分，其中一級(jí)工藝應(yīng)用于壓強(qiáng)高于8.5MPa的渣油氣化，兩級(jí)工藝適用于約6MPa的中壓渣油氣化。一級(jí)甲醇洗流程在工藝開(kāi)始之前進(jìn)行氣體交換，并在同塔中的不同塔段去除硫化氫和二氧化碳?xì)怏w，該裝置秩序一個(gè)氣體冷卻步驟和一個(gè)洗滌步驟，具有流程簡(jiǎn)單、費(fèi)用少的特點(diǎn)，應(yīng)用最為普遍?？傮w上看，當(dāng)前常見(jiàn)的煤化工氣化的低溫甲醇洗流程為七塔16段。首先原工藝氣經(jīng)過(guò)冷卻后分離甲醇水溶液，再進(jìn)入硫化氫吸收塔，除去相應(yīng)氣體組分，出二氧化碳吸收塔底成分分為兩部分，一部分進(jìn)入硫化氫吸收塔，另一部分至閃蒸塔釋放氫氣和二氧化碳。硫化氫吸收塔上的甲醇溶液進(jìn)入閃蒸塔下塔，以蒸出氫氣、二氧化碳等氣體。具體工藝流程如圖1所示。

2.2 各塔流程

如圖1所示，低溫甲醇洗工藝包含多個(gè)工藝塔，各塔流程分別為：（1）硫化氫氣體吸收塔：主要包括氣體吸收段和洗滌段，變換氣從下往上流入，通過(guò)部分甲醇洗滌，將水分、雜質(zhì)等去除，之后通過(guò)該塔，硫化氫氣體以及部分二氧化碳?xì)怏w被吸收，同時(shí)尾氣進(jìn)入下一塔段。（2）二氧化碳?xì)怏w吸收塔：該塔分為上、中、下3段，分別為吸收段和兩個(gè)再吸收段，其中段與段之間分別布置段間換熱器，以除去甲醇吸收的氣體釋放出的能量。（3）氫氣閃蒸塔：該塔分為氫氣氣體和部分二氧化碳?xì)怏w的釋放段以及硫化氫氣體的濃縮段兩個(gè)部分。（4）二氧化碳再生塔：該塔的作用在于再次吸收硫化氫氣體及二氧化碳。該塔由二氧化碳釋放段、二氧化塔減壓釋放段、二氧化碳與氫氣減壓釋放段以及氮?dú)馓岫?個(gè)部分組成，為二氧化碳再生與其余氣體的吸收提供了條件。

此外，硫化氫再生塔段、甲醇精餾塔段以及尾氣洗滌塔段都有其各自的運(yùn)行流程及機(jī)理，此處不詳述。

3.低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用

3.1 煤制甲醇

在煤化工行業(yè)，甲醚、乙烯等試劑的生產(chǎn)往往是以甲醇為原料進(jìn)行合成的。在工業(yè)發(fā)達(dá)的今天，甲醇有了十分廣泛的應(yīng)用。以煤制甲醇為例，該工藝存在許多化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，它需要煤炭在煤氣化與一氧化碳變化下得到處理，再利用低溫甲醇洗技術(shù)進(jìn)行合成，最終制成成品甲醇，從而應(yīng)用于其他化工原料的制造。目前，該方法在國(guó)內(nèi)得到了普遍應(yīng)用，以低硫煤煉制為原料氣，利用低溫甲醇技術(shù)進(jìn)行脫硫和脫碳處理，從而得到相對(duì)凈化的氣體。實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)低溫甲醇洗工藝得到的酸性成分中含硫量可低于0.1uL/L。

3.2 煤制合成氨

多年來(lái)，農(nóng)業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起到不可取代的重要作用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化肥應(yīng)運(yùn)而生，且生產(chǎn)技術(shù)水平持續(xù)增長(zhǎng)。隨著原料合成氨需求的不斷擴(kuò)大，煤化工領(lǐng)域合成氨技術(shù)仍需進(jìn)一步研究。煤化工領(lǐng)域中的煤制合成氨工藝大多以煤為主要原料，同煤質(zhì)甲醇工藝類(lèi)似，通過(guò)低溫甲醇操作進(jìn)行合成氨工作，已達(dá)到獲得氨的目的，從而應(yīng)用了硝酸與化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)踐情況來(lái)看，在凈化氣體方面，低溫甲醇洗工藝具有明顯的凈化效果、且對(duì)溶劑的需求較低、使用成本也相對(duì)低廉，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

3.3 煤制天然氣

天然氣作為重要的清潔能源，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了重要的能源保障。但我們也意識(shí)到，作為一個(gè)能源消耗大國(guó)，我國(guó)的天然氣資源依然明顯不足，因此煤制天然氣的研究受到了較高的重視。煤制天然氣過(guò)程同樣以煤炭為原料，經(jīng)過(guò)一定的氣化處理和變化，在低溫甲醇洗工藝下氣化，實(shí)現(xiàn)天然氣的合成。在實(shí)際運(yùn)用中，不論從溫度還是壓力角度看，合成系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且凈化效果顯著，為低溫甲醇洗技術(shù)在煤制天然氣領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了實(shí)際基礎(chǔ)。

3.4 其他應(yīng)用

低溫甲醇技術(shù)除了在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然氣中具有廣泛的應(yīng)用之外，在煤化工的其他相關(guān)領(lǐng)域同樣有著應(yīng)用，甚至不可或缺。如在煤制乙二醇中，傳統(tǒng)制作工藝通常會(huì)出現(xiàn)催化劑失活的情況，事實(shí)上，硫的含量對(duì)催化劑的作用效果具有較大的影響，通過(guò)低溫甲醇洗技術(shù)便可以有效解決此類(lèi)問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期要求。

結(jié)語(yǔ)

多年來(lái)，低溫甲醇洗技術(shù)憑借其選擇性好、吸收能力強(qiáng)、凈化程度高、耗能少等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)石油化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，低溫甲醇洗技術(shù)在合成氣中的二氧化碳、硫化氫等酸性氣體的脫除方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，隨著該技術(shù)的深入研究，低溫甲醇洗技術(shù)在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然氣等方面的應(yīng)用取得了突出成就，但更應(yīng)意識(shí)到，面臨著未來(lái)更為嚴(yán)峻的能源與環(huán)境形勢(shì)，我們要做的依然還有很多。

參考文獻(xiàn)

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