低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用

楊俊偉 曹彤彤

摘 要：煤化工是工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的一個重要的分支，隨著近年來經(jīng)濟水平和科技水平的不斷提升，煤化工行業(yè)也取得了很大的進展。低溫甲醇洗技術(shù)是煤化工生產(chǎn)中的一項常用技術(shù)，是一種氣體凈化生產(chǎn)方式。該技術(shù)的環(huán)保性、經(jīng)濟性、技術(shù)性、安全性都比較理想，因而在煤化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛。基于此，本文主要對低溫甲醇洗技術(shù)的技術(shù)原理、工藝流程進行介紹，對其在煤化工中的應(yīng)用進行了分析，并探討了低溫甲醇洗技術(shù)運行中發(fā)生的問題及解決措施。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗技術(shù);煤化工;應(yīng)用

在煤化工生產(chǎn)中，低溫甲醇洗技術(shù)是一項很常用的技術(shù)，對于煤化工發(fā)展有著重要的影響。引用低溫甲醇洗技術(shù)，能夠有效的促進和推動煤氣化制合成氣行業(yè)的發(fā)展進步。特別是在當(dāng)前社會能源資源日益緊張的背景下，對低溫甲醇洗技術(shù)充分利用，能夠有效緩解能源緊張，提高能源生產(chǎn)和利用效率，有著很高的應(yīng)用價值。因此，對于煤化工中低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)進行細(xì)致的研究和了解，從而充分運用這一技術(shù)，提高煤化工產(chǎn)業(yè)的效益和價值。

1 低溫甲醇洗技術(shù)的概述

1.1 技術(shù)原理

煤化工生產(chǎn)中為了有效去除變換氣中的酸性氣體成分，需要使用凈化裝置，利用不同氣體在低溫甲醇溶液中溶解度不同，實現(xiàn)氣體的分離。根據(jù)亨利定律，先在甲醇洗滌塔中用甲醇溶液高壓力和低溫下將原料氣中絕大部分硫化物和二氧化碳吸收下來，然后在二氧化碳產(chǎn)品塔中，通過降低壓力，閃蒸甲醇富液得到較純凈的二氧化碳產(chǎn)品，在H2S濃縮塔中通過閃蒸和氮氣氣提，使甲醇溶液中的硫化物濃縮，同時在解吸過程中為系統(tǒng)提供了大量的高位能冷量;熱再生塔中較低壓力和較高溫度下將甲醇溶液吸收的硫化物和二氧化碳解吸出來，得到了含硫化物較高的酸性氣，同時甲醇溶液也得到了徹底的再生。

1.2 技術(shù)特點

低溫甲醇洗技術(shù)中，主要的特點在于，具有良好的選擇性能，特別是對二氧化硫、二氧化碳等酸性氣體，有十分明顯的選擇效應(yīng)。對原料氣體實現(xiàn)脫硫、脫碳處理的同時回收再利用相應(yīng)氣體，降低成本和提高效益。另外，低溫甲醇洗技術(shù)操作成本低，該技術(shù)的應(yīng)用一個重要應(yīng)用條件就是低溫條件下反應(yīng)，因此能夠減少對有機溶液再生的耗費，能夠使有機溶劑得到節(jié)省，進而降低生產(chǎn)費用成本。此外，低溫甲醇洗技術(shù)具有相對良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在氣體吸收操作中，可以防治起泡現(xiàn)象發(fā)生，能夠保證生產(chǎn)流程的安全穩(wěn)定。

2 低溫甲醇洗技術(shù)的工藝流程

某低溫甲醇洗技術(shù)采用七塔流程，分別為甲醇洗滌塔、二氧化碳產(chǎn)品塔、硫化氫濃縮塔、熱再生塔、水分離塔、洗氨塔和尾氣洗滌塔。

為了防止原料氣中NH3在甲醇循環(huán)中累積，在洗氨塔中用來自界區(qū)的洗滌水除去NH3，原料氣中的HCl也同步除去。塔底含有NH3的廢水與來自洗氨塔的廢水混合后送到變換氣提裝置。為防止從洗氨塔頂出來的原料氣中所帶的水份因冷卻結(jié)冰造成管道和設(shè)備的堵塞，同時為了避免水份帶入系統(tǒng)造成對設(shè)備的腐蝕，在預(yù)冷之前，需要噴淋甲醇，和變換氣中水分形成溶液，使甲醇/水溶液的冰點降低，防止結(jié)冰現(xiàn)象。原料氣分兩股進入原料氣冷卻器，分別被合成氣、CO2產(chǎn)品氣和尾氣冷卻后，進入水分離器，將冷凝下來的水、甲醇混合物分離，送到甲醇/水分離系統(tǒng)中，氣相進入甲醇洗滌塔。

進入甲醇洗滌塔的原料氣在下塔與來自上塔的富二氧化碳甲醇溶液逆流接觸，除去原料氣中H2S、COS等硫化物。被脫除掉H2S的原料氣進入上塔，與-62℃的貧甲醇逆流接觸脫除CO2。為了調(diào)整凈化合成氣中（H2-CO2）/（CO+CO2）的比值在塔上部冷卻段和塔中部附近有兩股甲醇旁路。因為H2S/COS在甲醇中的溶解度大于CO2的溶解度，所以塔底部需要的甲醇流量比脫除CO2所需的甲醇量小很多。因此，只需一部分甲醇進入塔底，來自塔上部的不含硫的多余甲醇從上塔底部引出，富硫甲醇從塔底排出。

來自甲醇洗滌塔底的富硫甲醇經(jīng)過換熱器進入循環(huán)氣閃蒸罐。不含硫的甲醇減壓進入CO2產(chǎn)品塔頂部進行閃蒸解吸，產(chǎn)生CO2產(chǎn)品。從CO2解析塔塔頂出來的CO2產(chǎn)品在原料氣冷卻器中回收冷量，然后送入尾氣水洗塔，回收氣體中所含甲醇。來自CO2產(chǎn)品塔底部的甲醇溶液及循環(huán)氣閃蒸罐的含硫甲醇進入H2S濃縮塔通過進一步膨脹閃蒸和低壓氮氣氣提，將CO2等氣體解吸出來。H2S濃縮塔塔頂出來的尾氣基本不含硫，引至放空筒放空。

硫化氫濃縮塔底部富甲醇經(jīng)冷量回收后，送至熱再生塔，通過再沸器加熱，將甲醇中所吸收的酸性氣體解析出來。塔頂?shù)乃嵝詺怏w，送到硫回收裝置。在開車階段、操作不正常時或當(dāng)進料氣（指進入本工序的變換氣）中含硫低時，為確保送硫回收裝置的氣體中H2S濃度滿足要求，則將氣相中的一部分經(jīng)酸性氣增濃管線送H2S濃縮塔下部，增加酸性氣的循環(huán)，盡可能地脫除CO2氣體，增加進入熱區(qū)的甲醇溶液中的H2S的濃度，促使酸性氣中H2S濃度的提高。離開熱再生塔塔底的甲醇送到水分離塔，經(jīng)換熱器加熱，實現(xiàn)甲醇與水的分離，廢水送至氣化磨煤工段。

3 低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用

3.1 煤制甲醇

甲醇是當(dāng)前社會各個領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用的一種重要原料，特別是在石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中，作為工業(yè)生產(chǎn)原料用途也非常廣泛。煤經(jīng)過氣化、一氧化碳轉(zhuǎn)化、低溫甲醇洗、合成等步驟[1]最終生產(chǎn)甲醇。

3.2 煤制合成氨

合成氨是農(nóng)業(yè)應(yīng)用化肥的主要成分之一，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對化肥的需求量也日益增加[2]。煤制合成氨是生產(chǎn)合成氨的重要途徑之一，在生產(chǎn)過程中，對低溫甲醇洗技術(shù)也有重要的應(yīng)用。以煤為原料生產(chǎn)煤制合成氨，利用低溫甲醇洗技術(shù)處理，通過特定的化學(xué)反應(yīng)過程，生產(chǎn)化肥、硝酸、苯胺等相關(guān)產(chǎn)品。煤制合成氨應(yīng)用低溫甲醇洗技術(shù)，可以使換熱器等設(shè)備消耗得到減少，生產(chǎn)效率得到較大的提升。

3.3 煤制天然氣

在當(dāng)今社會中天然氣是非常重要的資源類型之一，而我國天然氣儲量并不豐富，隨著開采和消耗的不斷增加，應(yīng)用需求已經(jīng)逐漸難以滿足。煤制天然氣是生產(chǎn)天然氣的一種重要方式。煤制天然氣生產(chǎn)過程中，需要應(yīng)用到低溫甲醇洗技術(shù)。除此之外，在煤化工很多其他方面，也可以應(yīng)用到低溫甲醇洗技術(shù)，如煤制草酸酯、煤制乙二醇、煤制烯烴、煤制油等。

4 低溫甲醇洗技術(shù)運行中發(fā)生的問題及解決措施

4.1 熱再生塔塔頂酸性氣管線堵塞

熱再生塔塔頂酸性氣管線系統(tǒng)壓力頻繁升高，影響裝置正常運行。分析判斷原因為變換氣中含有微量氨，低溫甲醇洗工段氨洗塔運行效果不好，造成系統(tǒng)氨含量累積。氨與二氧化碳在熱再生塔解析后在酸性氣管線系統(tǒng)發(fā)生化合反應(yīng)，生產(chǎn)碳銨，造成管線堵塞。

針對該問題，一是酸性氣管線堵塞后，關(guān)閉循環(huán)水，提高酸性氣管線系統(tǒng)溫度，分解碳銨。再次期間，由于溫度生產(chǎn)，酸性氣攜帶甲醇量增大，為避免硫回收反應(yīng)器系統(tǒng)積碳，需要將酸性氣切火炬排放。二是逐步置換系統(tǒng)甲醇，降低甲醇系統(tǒng)氨含量。三是利用檢修機會，對氨洗塔進行系統(tǒng)檢查清理，提高除氨效果。

4.2 水冷器換熱量不足

低溫甲醇洗高負(fù)荷運行期間，貧甲醇泵入口溫度偏高，尤其在夏季高溫天氣下，溫度上漲至65℃以上，系統(tǒng)冷量平衡被打破，必須降負(fù)荷運行，嚴(yán)重時影響30%負(fù)荷。經(jīng)過對冷凍站運行情況及水冷器運行情況分析判斷貧甲醇泵出口水冷器換熱量不足，計劃增加管道泵，加大冷卻水循環(huán)量，增強換熱效率，具體改造如圖所示。

經(jīng)改造，貧甲醇溫度下降明顯，較之前下降約5℃，提高生產(chǎn)負(fù)荷約20%-25%。

5 結(jié)論

低溫甲醇洗技術(shù)是化工生產(chǎn)中的一項重要的工藝技術(shù)，在煤化工生產(chǎn)的很多環(huán)節(jié)中必不可少。目前，低溫甲醇洗技術(shù)在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然氣等方面都有廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)水平的不斷進步，在其他方面也必將取得更高的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]張言村，吳黨波.低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計通訊，2016，16（5）：142-147.

[2]劉廣利，張磊，昌登宇.林德與魯奇低溫甲醇洗工藝標(biāo)準(zhǔn)對比研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016，36（9）：9-10.