試析低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝的具體使用

王雯雯 吳琳瑜 馬杰

（兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司，山東 鄒城 273500）

目前應(yīng)用于脫硫、脫碳的物理方法較多，最為推廣的方法為低溫甲醇洗（Rectisol），低溫甲醇洗技術(shù)（Rectisol）是將甲醇有機(jī)溶劑當(dāng)作酸性氣體吸收劑，在低溫的條件之下，通過(guò)對(duì)CO2、H2S、COS等一些溶解度較大的酸性氣體的物理吸收，具有針對(duì)性的將原料氣中的CO2、H2S 以及其他有機(jī)硫雜質(zhì)進(jìn)行吸收。[1]當(dāng)下，世界范圍內(nèi)已經(jīng)有很多中型和大型工業(yè)裝置的脫硫、脫碳使用了低溫甲醇洗技術(shù)。本文對(duì)低溫甲醇洗工藝的特點(diǎn)、生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及脫硫、脫碳工藝的具體應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)分析和總結(jié)了當(dāng)下研究進(jìn)展，希望可以為低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝的應(yīng)用和發(fā)展提供可行性借鑒。

1 低溫甲醇洗工藝流程概述

1950年左右，林德公司和魯奇公司對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)進(jìn)行了聯(lián)合研發(fā)，將其作為處理具有濃度較高的酸性氣體的一種有效的凈化工藝。最開(kāi)始低溫甲醇洗工藝在煤加壓氣化及粗煤氣的凈化中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樵擁?xiàng)工藝效果較好，所以在城市煤氣的凈化中得到了廣泛的認(rèn)可。1960年開(kāi)始，越來(lái)越多的將渣油、煤等重碳質(zhì)燃料當(dāng)作氣化原料的大型合成氨廠拔地而起，隨之，低溫甲醇洗工藝也被廣泛應(yīng)用于世界。[2]

低溫甲醇洗技術(shù)選擇甲醇作為洗滌劑，甲醇具有較強(qiáng)的吸收能力，它的吸收能力和溫度呈反相關(guān)關(guān)系，隨著溫度的降低甲醇的吸收能力會(huì)持續(xù)提升，并且能夠?qū)⑾礈靹┑膿p失量降至最低，意義顯著。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的參數(shù)為：將操作壓力保持在3.0MPa 左右，將溫度維持在-75℃到-34℃，閃蒸法和氣提法都是使溶劑再生的科學(xué)方法，得到了人們的廣泛使用。因?yàn)樵诩状既軇┲蠧O2、H2s 等組成部分的溶解度各不相同，所以能夠得到有效的無(wú)硫尾氣。

低溫甲醇洗技術(shù)的最大特點(diǎn)為對(duì)于高壓低溫條件下的吸收和對(duì)于低壓高溫條件下的解吸，也正是因?yàn)檫@兩個(gè)特點(diǎn)該項(xiàng)技術(shù)得到了廣泛的認(rèn)可。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的全部環(huán)節(jié)通常有以下3部分，吸收環(huán)節(jié)、解吸環(huán)節(jié)和溶劑回收環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)通常需要1-3個(gè)塔（每個(gè)塔具有1-4個(gè)分離段）。

1.1 吸收過(guò)程

通常原料氣體中除了具有 CO2、H2s、CO、H2之外，還含有H2O、N2、COS、CH4等等。吸收的基礎(chǔ)和前提是有效清除水分，這樣能夠有效防止在接下來(lái)的環(huán)節(jié)中發(fā)生水被凍結(jié)的情形。解決方法為噴入冷甲醇溶液，達(dá)到洗滌氣體的效果和消除焦油等其他雜質(zhì)的作用和目的。吸收的主要目標(biāo)是使用甲醇吸收CO2和H2s，除此之外，少部分的H2、COS、CH4也會(huì)被吸收。不過(guò)上述氣體進(jìn)入吸收液中對(duì)解吸之后的分離效果形成較大的影響，吸收過(guò)程需要較高的壓力和較低的溫度來(lái)支撐，壓力保持在215-810MPa之間，溫度保持在-40℃--70℃之間。吸收完成后冷卻吸收液這一過(guò)程在塔內(nèi)外都可以進(jìn)行，受地點(diǎn)限制的影響較小。

1.2 解吸過(guò)程

解吸過(guò)程的首要目標(biāo)是將吸收液中的CO2、H2s、H2氣體得到釋放，通常需要較低的壓力和較高的溫度，這樣才能達(dá)到預(yù)期效果。壓力保持在0.1-0.3MPa 之間，溫度保持在0-100℃之間。在閃蒸的作用下能夠得到H2，并將它當(dāng)作原料進(jìn)行回收，一些二氧化碳能夠在閃蒸的作用下被有效釋放，另一些則需要依靠氮?dú)鈿怏w氣提析出，在H2S 得到釋放之后對(duì)其進(jìn)行回收處理。在3個(gè)塔和10個(gè)分離段的輔助下，才能有效開(kāi)展和完成解吸過(guò)程，

1.3 溶劑回收過(guò)程

溶液被吸收之前通常被稱為貧液，其中具有非常少的其他雜質(zhì)，吸收之后的溶液通常被稱為富液。相較于貧液，富液中具有十分豐富的雜質(zhì)，甲醇提純?yōu)閼?yīng)用較為普遍的精餾方法，溶劑回收應(yīng)盡可能減少經(jīng)濟(jì)成本，以達(dá)到節(jié)約的目的。具有氮?dú)夂投趸即党鰵庵袝?huì)具有微量甲醇，應(yīng)對(duì)這些甲醇進(jìn)行回收處理，這樣才能確保溶劑回收過(guò)程的順利進(jìn)行，使用方法通常為純水吸收法，該方法科學(xué)合理。同時(shí)，也應(yīng)回收一些甲醇水溶液中的甲醇，所以這一溶劑的回收過(guò)程至少需要2個(gè)塔完成。[3]

2 低溫甲醇洗脫硫、脫碳技術(shù)特點(diǎn)

在低溫條件下，溶劑對(duì)CO2、H2s、COS等酸性氣體具有較強(qiáng)的吸收能力，溶液循環(huán)量較少，功耗較好。同時(shí)溶劑不會(huì)氧化和降解，化學(xué)性和熱穩(wěn)定性較強(qiáng)，凈化度較好，其中CO2＜20ppm，H2S＜0.1ppm。溶劑不會(huì)起泡，具有選擇性的對(duì)CO2、H2s、COS 進(jìn)行吸收，可實(shí)現(xiàn)脫除和再生。該溶劑還十分廉價(jià)容易獲得，但是甲醇具有一定的毒性，所以在操作和維修方面較為嚴(yán)格。低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝技術(shù)趨于成熟，當(dāng)下世界范圍內(nèi)具有眾多大型和中型工業(yè)化裝置，我國(guó)需要從國(guó)外引進(jìn)這一工藝。因?yàn)椴僮鳝h(huán)境溫度較低，設(shè)備和管道也都需要低溫材料，并且一些設(shè)備也需要從國(guó)外引進(jìn)，所以對(duì)于該項(xiàng)工藝的投資頗高。[4]

林德低溫甲醇洗工藝流程和魯奇低溫甲醇洗工業(yè)流程在國(guó)外應(yīng)用最為廣泛，二者的功能和目標(biāo)也基本相同，經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展技術(shù)十分成熟。兩者的不同之處及差異性主要體現(xiàn)在工藝流程的設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)備的使用、工程的實(shí)施等方面。我國(guó)對(duì)于低溫甲醇洗工藝技術(shù)也具有長(zhǎng)時(shí)間的研究，大連理工大學(xué)通過(guò)20年的研究也研發(fā)出了低溫甲醇洗工藝軟件包。

以下本文將對(duì)三種工藝流程進(jìn)行概述。林德低溫甲醇洗工藝流程中應(yīng)用的設(shè)備為林德設(shè)備，通常被稱作高效繞管式換熱器，其主要功能為提高換熱效率，諸多物流的組合換熱效果明顯，大大節(jié)省了占地和能耗。當(dāng)原料氣體進(jìn)入到相關(guān)裝置后，將少量循環(huán)甲醇噴入其中，避免氣體中的少量水冰凍和系統(tǒng)運(yùn)行不暢問(wèn)題的出現(xiàn)。設(shè)置一個(gè)甲醇過(guò)濾器于甲醇溶劑循環(huán)回路中，將一些固體雜質(zhì)消除，避免因其積累較多使管道和設(shè)備運(yùn)行不暢。魯奇低溫甲醇洗工藝與林德工藝流程具有一定的差異性，因?yàn)樵摿鞒讨袥](méi)有中間循環(huán)甲醇為其供應(yīng)冷量，所以在這一過(guò)程中完全通過(guò)外部供給的方式，甲醇溶液吸收的溫度偏低，循環(huán)量偏大，耗費(fèi)能源較多，吸收塔的尺寸也較大。[5]系統(tǒng)冷量完全通過(guò)外部提供，操作方式具有靈活性。早在1983 年大連理工大學(xué)便開(kāi)始著手于低溫甲醇洗工藝流程的研究，經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，于1999 年通過(guò)了中石化的鑒定。該工藝使用六塔流程，同林德低溫甲醇洗工藝流程具有一定的相似性，根據(jù)相關(guān)研究表明冷負(fù)荷和設(shè)備成本都低于林德低溫甲醇洗工藝。

3 結(jié)語(yǔ)

同一些應(yīng)用較為廣泛的物理吸收方法和化學(xué)吸收方法在應(yīng)用價(jià)值方面進(jìn)行對(duì)比，低溫甲醇洗的優(yōu)點(diǎn)十分突出，是一種科學(xué)合理的凈化氣體方法。近些年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，低溫甲醇洗工藝在脫硫、脫碳應(yīng)用上流程也逐漸趨于優(yōu)化，具有成本低、耗能低、操作靈活的特點(diǎn)。將低溫甲醇洗工藝應(yīng)用于大型化的煤化工等裝置中，該項(xiàng)技術(shù)可以有效處理尾氣，同我國(guó)節(jié)能減排的需要相符。目前，隨著我國(guó)對(duì)于能源和環(huán)保的重視越來(lái)越強(qiáng)，低溫甲醇洗工藝應(yīng)用于脫硫、脫碳愈發(fā)普遍，同時(shí)我國(guó)也應(yīng)該不斷優(yōu)化和完善對(duì)于該項(xiàng)工藝的研發(fā)，使該項(xiàng)生產(chǎn)工藝和裝置趨于完善，進(jìn)而不斷增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)良性發(fā)展。