低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用

胡春紅

（河北澤田化工有限公司，河北 衡水 053000）

低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用

胡春紅

（河北澤田化工有限公司，河北 衡水 053000）

本文以低溫甲醇洗技術(shù)為研究點，介紹了低溫甲醇洗技術(shù)的原理和優(yōu)點，闡述了低溫甲醇洗技術(shù)典型的工藝流程，并根據(jù)筆者長期實踐經(jīng)驗，重點介紹了低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工領(lǐng)域中的實際應(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。

低溫甲醇洗技術(shù)；工藝；煤化工；實際應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對環(huán)境問題的日益重視，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)憑借其簡單方便、實用性強、效果突出的特點在國內(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際應(yīng)用研究尚顯不足，基于此，本文結(jié)合實際，以基本原理和概念出發(fā)，對低溫甲醇洗技術(shù)做了簡要介紹，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

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酸性氣體具有較大的溶解度的特性，在溶解的同時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。

圖1　低溫甲醇洗工藝總體流程圖

低溫甲醇洗技術(shù)主要包括解吸和多段吸收兩個部分。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。通常，該過程需要3個塔10個分離段實現(xiàn)。（3）溶劑回收：溶液中往往會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，氮氣和二氧化碳釋放會帶出少量甲醇，因此必須回收，溶劑回收過程往往需要兩個塔完成。

1.2技術(shù)優(yōu)點

低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：（1）具有良好的選擇性，尤其是對二氧化碳、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或者兩個吸收塔內(nèi)分段進行，同時回收相應(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)費用，此外由于甲醇原料的腐蝕性能不強，實際運用中無需設(shè)置防腐材料即可保證安全，因此操作費用較低。（3）吸收能力強，對酸性氣體具有較強的吸收性，對氣體凈化性能強。（4）所需材料來源廣泛，價格低且易于獲得。（5）有較強的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在吸收氣體時，起泡現(xiàn)象將得以避免，對生產(chǎn)的穩(wěn)定具有明顯的意義。

1.3發(fā)展歷史

對于低溫甲醇洗技術(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)用于化肥廠中以凈化含硫變換氣。就我國而言，我國對低溫甲醇洗技術(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)計院對甲醇系統(tǒng)氣液平衡計算進行了研究；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，成功開發(fā)了低溫甲醇洗專利技術(shù)工藝包；上海化工研究院對不同氣體在低溫甲醇中的溶解度的物化特性進行了分析，對體系的相平衡常數(shù)進行了測定，對后期的工藝計算做下了鋪墊。

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)用早起具有一級工藝和兩級工藝之分，其中一級工藝應(yīng)用于壓強高于8.5MPa的渣油氣化，兩級工藝適用于約6MPa的中壓渣油氣化。一級甲醇洗流程在工藝開始之前進行氣體交換，并在同塔中的不同塔段去除硫化氫和二氧化碳?xì)怏w，該裝置秩序一個氣體冷卻步驟和一個洗滌步驟，具有流程簡單、費用少的特點，應(yīng)用最為普遍。總體上看，當(dāng)前常見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)過冷卻后分離甲醇水溶液，再進入硫化氫吸收塔，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，通過部分甲醇洗滌，將水分、雜質(zhì)等去除，之后通過該塔，硫化氫氣體以及部分二氧化碳?xì)怏w被吸收，同時尾氣進入下一塔段。（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氣提段4個部分組成，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行流程及機理，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行合成的。在工業(yè)發(fā)達的今天，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)進行脫硫和脫碳處理，從而得到相對凈化的氣體。實踐證明，經(jīng)過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，農(nóng)業(yè)在我國經(jīng)濟和社會發(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)運而生，且生產(chǎn)技術(shù)水平持續(xù)增長。隨著原料合成氨需求的不斷擴大，煤化工領(lǐng)域合成氨技術(shù)仍需進一步研究。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)甲醇工藝類似，通過低溫甲醇操作進行合成氨工作，已達到獲得氨的目的，從而應(yīng)用了硝酸與化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。根據(jù)國內(nèi)實踐情況來看，在凈化氣體方面，低溫甲醇洗工藝具有明顯的凈化效果、且對溶劑的需求較低、使用成本也相對低廉，具有較高的實用價值。

3.3煤制天然氣

天然氣作為重要的清潔能源，為我國經(jīng)濟的發(fā)展提供了重要的能源保障。但我們也意識到，作為一個能源消耗大國，我國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。煤制天然氣過程同樣以煤炭為原料，經(jīng)過一定的氣化處理和變化，在低溫甲醇洗工藝下氣化，實現(xiàn)天然氣的合成。在實際運用中，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，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)制作工藝通常會出現(xiàn)催化劑失活的情況，事實上，硫的含量對催化劑的作用效果具有較大的影響，通過低溫甲醇洗技術(shù)便可以有效解決此類問題，達到預(yù)期要求。

結(jié)語

多年來，低溫甲醇洗技術(shù)憑借其選擇性好、吸收能力強、凈化程度高、耗能少等優(yōu)點在我國石油化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實踐證明，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。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)意識到，面臨著未來更為嚴(yán)峻的能源與環(huán)境形勢，我們要做的依然還有很多。

[1]趙鵬飛，李水弟，王立志．低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應(yīng)用[J]．化工進展，2012（11）：2442-2448．

[2]齊亞平，張培忠，于化龍．低溫甲醇洗技術(shù)在16萬t/年煤制油裝置中的應(yīng)用[J]．化工進展，2015（1）：285-288．

TQ546

A