低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用探討

褚鵬 陳乾乾 徐帥

摘 要：一直以來(lái)，煤炭與人們的生活和社會(huì)的發(fā)展都有著密切的關(guān)系。而由于低溫甲醇洗技術(shù)在凈化氣體方面有著非常顯著的效果，因此在煤化工的經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用。文章在此就以低溫甲醇洗技術(shù)作為主要研究對(duì)象，首先闡述了低溫甲醇洗技術(shù)的相關(guān)原理以及工藝方面的基本流程，之后對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工行業(yè)當(dāng)中的基本應(yīng)用方式展開(kāi)了探討，旨在對(duì)推進(jìn)我國(guó)煤化工企業(yè)的發(fā)展進(jìn)程起到一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗技術(shù)；煤化工；應(yīng)用

引言

煤經(jīng)氣化爐加壓氣化后得到的變換氣中不僅含有氫氣和一氧化碳，還含有一定量的二氧化碳、硫化氫和羰基硫等酸性氣體，各種氣體的含量主要是受氣化的工藝條件和方法影響而產(chǎn)生的變化[1]。如果不能很好的去除和降低這些酸性氣體，則會(huì)導(dǎo)致下游工序觸媒中毒，進(jìn)而發(fā)生生產(chǎn)異常[2]。低溫甲醇洗技術(shù)其氣體凈化工藝較為高效、不但吸收能力大、而且選擇性好的同時(shí)氣體凈化度程度也很高。低溫狀態(tài)下的甲醇在-30℃到-70℃的低溫下，甲醇可以脫除氣體中的H2S、COS、CS2、汽油、RSR、C4H4S、芳香烴、CO2、HCN、NH3等多種雜質(zhì)，此外還可以脫除水進(jìn)而起到干燥氣體的作用[3]。目前，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于煤制甲醇、煤制烯烴等煤化工企業(yè)，并得到了較好的應(yīng)用效果。

1低溫甲醇洗的工藝特點(diǎn)及流程

1.1低溫甲醇洗的工藝特點(diǎn)

（1）在低溫高壓下，酸性氣體在甲醇中的溶解度很大，甲醇的循環(huán)量小，動(dòng)力消耗大。（2）凈化度較高，從甲醇洗滌塔出來(lái)的工藝氣中CO2為8mg/L，CH3OH為10mg/L，S<1mg/L，不含水。（3）選擇性較好，在工藝條件下，酸性氣體在甲醇中的溶解度為H2的100倍，有效氣體損失很少。（4）容易再生，減壓后溶解氣體逐漸解析回收，甲醇熱再生后經(jīng)冷卻冷凝，循環(huán)使用。（5）以甲醇作為吸收劑，甲醇廉價(jià)易得。

1.2低溫甲醇洗工藝流程

低溫甲醇洗裝置主要由氣體吸收裝置和溶劑的再生裝置組成。主要包括吸收塔，中壓閃蒸罐，CO2解析塔，熱再生塔，共沸塔，精餾塔，以及一系列的換熱器。其中典型的低溫甲醇洗裝置工藝流程如下所述，主要介紹一步工藝法。一步法工藝流程是CO2和H2S全部在一個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行，吸收塔內(nèi)的CO2經(jīng)過(guò)閃蒸和汽提后能夠大部分被脫除，而H2S經(jīng)過(guò)熱再生裝置進(jìn)行脫除，這樣可以實(shí)現(xiàn)溶劑的再生。原料氣經(jīng)過(guò)換熱器被冷卻，冷卻氣進(jìn)入氣液分離器。經(jīng)氣液分離器分離出的氣相進(jìn)入到吸收塔底部吸收H2S，之后進(jìn)入吸收塔上段吸收掉多余的CO2得到凈化氣。液相甲醇和水的混合物進(jìn)入到精餾塔中使甲醇回收出來(lái)。在吸收塔的中段得到富CO2溶液，底部得到富H2S溶液。甲醇溶液經(jīng)中壓閃蒸回收CO和H2，閃蒸出來(lái)的甲醇進(jìn)入到解吸塔使CO2解吸出來(lái)，CO2經(jīng)過(guò)多級(jí)壓縮后變成液體。解吸后的甲醇還含有H2S和少量的CO2，利用N2可汽提出剩余的CO2。

2低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用

2.1在煤制甲醇當(dāng)中的應(yīng)用

在煤化工的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，通常利用煤制甲醇的工藝技術(shù)來(lái)獲得甲醇，然而，此工藝技術(shù)具有較高的復(fù)雜性，而且在生產(chǎn)的時(shí)候會(huì)形成很多不易處理的酸性性質(zhì)的氣體。而在使用低溫甲醇洗技術(shù)的情況下，就能夠使甲醇的損耗情況得到很大的改善，同時(shí)還可以讓酸性氣體得到回收并將其在此加以使用。比如，在利用含硫較低的煤炭生產(chǎn)甲醇的過(guò)程中，可以借助于氣化爐進(jìn)行原料氣的制取，同時(shí)實(shí)施耐硫變換，然后用低溫甲醇洗技術(shù)對(duì)凈化氣進(jìn)行制取，將產(chǎn)生的凈化氣壓縮為7.5兆帕，最后在合成塔的作用下得到粗甲醛。需要注意的是，一定要使用低溫甲醇洗技術(shù)對(duì)變化階段加以處理，使酸性氣體能夠完全得以脫除，以此確保酸性氣體不會(huì)影響到催化劑的使用時(shí)間。

2.2在煤制合成氨當(dāng)中的應(yīng)用

在利用煤取得合成氨的過(guò)程中，要利用低溫甲醇洗技術(shù)對(duì)其中形成的粗煤氣進(jìn)行相應(yīng)的處理。在處理的時(shí)候，要先使用煤氣化的相關(guān)工藝來(lái)得到粗煤氣，然后對(duì)粗煤氣實(shí)施一氧化碳的轉(zhuǎn)化和酸性氣體的脫除工作，在合成器內(nèi)部將氨合成出來(lái)。在對(duì)酸性氣體實(shí)施脫除的時(shí)候，可根據(jù)魯奇低溫洗六塔的相關(guān)流程，對(duì)變換氣的質(zhì)量、系統(tǒng)中的溫度和甲醇的循環(huán)總量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。借助于這種裝置取得的硫量一般情況下都會(huì)小于0.1μL/L，這樣就能夠確保后續(xù)的生產(chǎn)與工藝的實(shí)施具有較高的安全性。低溫甲醇洗技術(shù)不同于其他的工藝技術(shù)，其在對(duì)合成氨進(jìn)行制取的過(guò)程當(dāng)中，都呈現(xiàn)出了溶劑損耗低、工藝耗能少以及氣體凈化度高的特點(diǎn)。

2.3在煤制天然氣當(dāng)中的應(yīng)用

在煤制天然氣的生產(chǎn)當(dāng)中使用低溫甲醇洗技術(shù)，能夠使煤氣在被凈化后，流向甲烷化反應(yīng)器的內(nèi)部，以此使制取出的天然氣具有較高的純度。在氣體煤化工的生產(chǎn)中，煤制天然氣生產(chǎn)時(shí)的過(guò)程是具有較高復(fù)雜性的，在完成了煤炭氣化與一氧化碳轉(zhuǎn)化后，還要用低溫甲醇洗技術(shù)對(duì)煤氣進(jìn)行進(jìn)一步的凈化。比起其他的凈化煤氣工藝，低溫甲醇洗技術(shù)在壓力和溫度的設(shè)定方面有著更好的效果，可以將煤氣當(dāng)中含有的硫化氫、COS和二氧化碳等氣體進(jìn)行充分的脫除，以此確保制取天然氣的過(guò)程可以更加的安全。實(shí)際上，在酸性氣體的脫除方面，許多發(fā)達(dá)國(guó)家早已大范圍的采用了低溫甲醇洗技術(shù)。

3目前低溫甲醇洗技術(shù)存在的問(wèn)題

3.1系統(tǒng)甲醇消耗大

甲醇的消耗有如下途徑：（1）CO2吸收塔中除沫器除沫效果不好，甲醇夾帶在上升的氣體中，甲醇會(huì)被凈化氣帶走。（2）尾氣水洗塔水洗的效果不好，甲醇會(huì)被尾氣帶走。（3）甲醇水分離塔操作不當(dāng)或操作溫度過(guò)高，甲醇會(huì)被廢水帶走。（4）CO2吸收塔進(jìn)料貧甲醇泵出口水冷器泄漏，由于泵出口壓力遠(yuǎn)大于循環(huán)水側(cè)壓力，甲醇漏入循環(huán)水中，造成甲醇消耗大。

3.2熱再生系統(tǒng)水冷器泄漏或熱再生塔進(jìn)料加熱器泄漏

由于熱再生塔塔頂水冷器氣相側(cè)壓力低于循環(huán)水側(cè)壓力，一旦水冷器泄漏，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)水含量上升，進(jìn)而影響吸收，從而造成總硫超標(biāo)。熱再生塔進(jìn)料加熱器熱負(fù)荷較大，開(kāi)停車(chē)過(guò)程中溫度變化較大，管板與換熱管焊接處產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致管板泄漏，富甲醇漏入貧甲醇中，從而造成凈化氣總硫超標(biāo)。

3.3甲醇水分離塔工況不穩(wěn)定

影響甲醇水分離塔的原因從工藝方面來(lái)看，主要從進(jìn)料量、進(jìn)料溫度、回流量、進(jìn)料組成、操作壓力、蒸汽壓力及溫度、靈敏板溫度、塔底溫度等因素分析。從設(shè)備方面來(lái)看，主要從塔板是否被有機(jī)聚合物堵塞、塔盤(pán)是否脫落、影響塔內(nèi)介質(zhì)的傳質(zhì)傳熱等因素分析。

4技術(shù)發(fā)展

目前，低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然氣等煤化工領(lǐng)域。此外，國(guó)內(nèi)還有很多在建大型煤制合成氨、煤制二甲醚、煤制甲醇、煤制天然氣、煤制氫等生產(chǎn)裝置在經(jīng)過(guò)對(duì)多種酸性氣體凈化工藝的分析比較后最終仍是選用了穩(wěn)定性較好的低溫甲醇洗技術(shù)，充分顯示了該技術(shù)良好的應(yīng)用勢(shì)頭和廣闊前景[5-6]。

結(jié)束語(yǔ)

低溫甲醇洗凈化工藝是將粗煤氣中硫化氫、二氧化碳等酸性氣體脫除，其具有吸收能力大、操作彈性大、選擇性好、凈化度高、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，是一種成熟、可靠的節(jié)能型酸性氣體凈化工藝。國(guó)內(nèi)諸多大型煤制天然氣、煤制合成氨、煤制氫等生產(chǎn)裝置均選擇了低溫甲醇洗凈化工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍波，王崇.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用[J].化工管理，2018（06）：158.

[2]聶磊.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用初探[J].化工管理，2017（32）：191.

[3]翟群，張惠青，石江山.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用[J].化工管 [4]胡春紅.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（22）：98-99.

[5]趙洋.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用研究[J].化工管理，2016（20）：219.