低溫甲醇洗工藝原理與工藝任務分析

于志偉

（神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司甲醇廠 寧夏 銀川 750411）

0 引言

隨著國家節能減排戰略方針的提出，這一技術顯得尤為突出。目前工業上脫除CO2和H2S的方法最多，研究的也最多。氣體凈化過程中使用最多的操作是吸收，吸收包括物理吸收、化學吸收和物理化學吸收三大類。

1 低溫甲醇洗工藝原理及過程

1.1 低溫甲醇洗工藝原理

低溫甲醇洗是指甲醇在一定壓力和低溫條件下，把變換氣中所含的酸性氣體如H2S、CO2和COS等脫除，而酸性氣體經過解吸、氣提等手段由甲醇溶液中釋放出來，再進行下一步利用的工藝過程。低溫甲醇洗工藝過程中甲醇與酸性氣體之間不發生任何的化學反應，屬物理吸收的范疇。物理吸收涉及的主要理論基礎是亨利定律，其表達式是:

式中:P為操作壓力；K為亨利系數；X為溶質的分子分數。

由上面表達式可知:X值隨P值的增大而增大，X值表示溶解在溶劑中的溶質的分子分數；當相關的溶質、溶劑改變時，公式中使用的K值大小也相應改變。由于極性分子溶劑對極性分子溶質的吸收能力更強，因此甲醇洗工藝中作為極性分子的溶劑甲醇對同樣是極性分子的溶質H2S、CO2等的吸收能力就遠遠高于對非極性分子N2、H2、Ar、CO等的吸收。也就是說:溶劑甲醇對溶質H2S、CO2和溶劑甲醇對溶質N2、H2、Ai、CO 等的 K 值是不同的。

依據亨利定律我們可以得出，甲醇吸收的過程中，隨著壓力的升高和溫度的降低，單位溶劑吸收溶質的量隨之增大，因此，在吸收時，應保持高壓、低溫。但由于在高壓、低溫條件下，氣體為真實氣體，故而不完全遵循亨利定律，即必須對亨利定律進行適當的修正。

當吸收了溶質的溶劑進行解吸時:根據亨利定律壓力愈低、溫度愈高，則對于溶質的解吸愈有利，在溫度等于溶劑的沸點時，溶質在溶劑中的溶解量即為零。因此可通過減壓、氣提和加熱三種手段進行解吸，具體解吸的方法介紹如下:

（1）減壓解吸法，即吸收了溶質的溶劑，可通過節流和降低系統的總壓（甚至到負壓），實現溶質的解吸。

（2）氣提解吸法，即往溶劑中注入惰性氣體，降低溶質分壓，最終使溶質解吸。

（3）加熱解吸法，即通過輸入外部的熱量來加熱溶劑一直達到沸騰狀態，使溶解在溶劑中的溶質充分解吸出來。

1.2 低溫甲醇洗工藝過程

（1）原料氣的預冷以及對CO2、H2S等氣體的吸收

低溫甲醇洗工序的原料氣是5.5MPa（G）、40℃的混合氣體，此混合氣體經過變換后進入甲醇洗工序。在進入甲醇洗工序前需要向原料氣中噴入少量來自甲醇再生塔的甲醇，以避免原料氣中的水分在預冷過程中結冰而堵塞管道。原料氣與循環氣 （含硫富甲醇閃蒸罐和無硫富甲醇閃蒸罐的混合氣）混合，然后經過進料冷卻器與尾氣、CO2產品氣及合成氣進行換熱，達到降溫的目的，再進入進料氣甲醇/水分離罐。由甲醇/水分離罐分離出其中的冷凝液，其中的氣體進入CO2吸收塔的脫硫段進入甲醇洗過程，分離出的冷凝液被送入甲醇/水分離塔中。

（2）富甲醇的膨脹

原料氣中除吸收了CO2、H2S和COS外，其它如H2及其它某些氣體總會溶解到CO2吸收塔的兩股富甲醇中。這些H:是制造合成氨的原料，因此必須回收。需要對這兩股富甲醇進行預冷后減壓膨脹，才能對這部分的H2進行回收。無硫甲醇是由脫碳段底部流出的富甲醇，因其不含H2S和COS等硫化物而得名。無硫甲醇先要與合成氣在無硫甲醇冷卻器中進行換熱，然后由無硫甲醇氨冷器進行冷卻，再減壓后進入無硫富甲醇閃蒸罐中閃蒸，解吸出部分氣體。

含硫富甲醇是由脫硫段底部流出的富甲醇，因其含有H2S和COS而得名。含硫富甲醇先與CO2產品氣 （來自CO2解吸塔）在含硫甲醇冷卻器中進行換熱，再與從循環甲醇閃蒸罐底部流出的甲醇在含硫甲醇第二換熱器中實施換熱降溫，降溫后減壓，最后在含硫富甲醇閃蒸罐中進行閃蒸，解吸出部分氣體。

從無硫富甲醇閃蒸罐流出的解吸氣體，進入含硫富甲醇閃蒸罐的頂部，與此處的解吸氣體混合后，通過循環氣壓縮機加壓，再經冷卻器冷卻最后導入進料氣中。

（3）產品 CO2氣

從無硫富甲醇閃蒸罐中出來的無硫甲醇經減壓后，進入CO2解吸塔頂部并解吸，產生的解吸氣體即為CO2產品氣。解吸后的無硫甲醇分成兩部分，其中一部分作為吸收劑，吸收CO2解吸塔上升氣流中含有的硫化物，從而得到無硫的CO2產品氣，另一部分導入HZS濃縮塔，用于吸收H2S濃縮塔上升氣流中含有的硫化物，從而使H2S濃縮塔頂部尾氣中的H2S含量達到要求。

（4）H2S 的濃縮

來自CO2解吸塔上段底部的富甲醇經減壓后導入H2S濃縮塔的中段位置，此富甲醇與來自塔頂的甲醇混合后至H2S濃縮塔的上段底部，再由H2S濃縮塔上塔出料泵加壓抽出，進入第三貧甲醇冷卻器中與再生后的貧甲醇換熱，然后進入循環甲醇冷卻器中與從吸收塔中抽出的甲醇換熱，其溫度將升高，溶解于甲醇中的CO2等氣體將被解吸出來，進入循環甲醇閃蒸罐閃蒸，分離氣液兩相。氣相導入CO2解吸塔的下段并經升氣板送至產品塔上段，脫硫后，成為一部分CO2產品氣；將液相減壓后送至濃縮塔下段上部，在此段內通入氮氣，使CO2氣提解吸，從而獲得濃縮的H2S。

（5）熱區:甲醇再生

甲醇再生塔進料泵對來自H2S濃縮塔下段的釜液進行加壓，通過第二貧甲醇冷卻器和第一貧甲醇冷卻器實施加熱然后導入甲醇再生塔。來自甲醇再生塔底部的甲醇蒸氣以及甲醇/水分離塔的甲醇蒸氣加熱上段富甲醇，并使其達到沸騰狀態，使甲醇中所溶的CO2、H2S和COS全部解吸，獲得貧甲醇。解吸出來的氣體和多余的甲醇蒸氣一并上升至塔頂。

（6）排放甲醇收集系統

低溫甲醇洗工藝流程中所有需要排放的甲醇先由污甲醇地下罐收集，然后使用地下槽污水泵送到甲醇罐區的甲醇貯罐中。

（7）甲醇貯存系統

低溫甲醇洗流程中所用的新鮮甲醇均來自于界區外的甲醇儲罐中，在低溫甲醇洗工序停車和檢修期間，流程中的甲醇均需送回至甲醇儲罐。

（8）氨冷凍系統

氨冷凍機作為低溫甲醇洗系統的冷源。氨冷凍機送出壓縮冷凝后的液氨，液氨在工藝流程中各氨冷器內使用后送回至氨冷凍機中。

2 低溫甲醇洗凈化工藝任務

2.1 原料氣的凈化

用冷甲醇吸收原料氣中的CO2、H2S及COS等不需要的氣體，達到凈化標準，為下一步工序做好準備。

2.2 副產品的回收

在凈化過程中只有N2、H2是合成氨所必需的組成原料，CO2氣體是必須要脫除的，但由于CO2量比較大并且又是生產很多化工產品的重要原料，直接大量排出還會造成溫室效應，因此，必須對其進行回收，以滿足生產的需要；另外還要對H2S等含硫化合物進行回收，以達到規定的要求。

2.3 保護環境

由于在凈化過程中要不斷向外界排放廢氣和廢水，這些廢氣和廢水的量是很大的，它們含有污染環境的某些物質，直接排放將污染環境，因此，必須達到環保要求再排放。

3 結束語

國內目前有相當多的大型煤制甲醇—二甲醚、煤制合成氨等生產裝置，均選用了低溫甲醇洗工藝，顯示出該工藝在國內廣闊的應用前景及巨大的市場空間。

［1］李燕.低溫甲醇洗裝置的流程模擬與開發研究[D].天津:天津大學，2006.

［2］亢萬忠，唐宏青.低溫甲醇洗工藝技術現狀及發展[J].大氮肥，1999，22（4):250-270.