低溫甲醇洗凈化工藝的影響因素分析與研究

顧學文

(陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西 渭南 714100)

0 引言

低溫甲醇洗最早是是由德國林德公司和魯奇公司聯合開發的。最早的低溫甲醇洗工業化裝置建于1954年的南非薩索爾，經過10年左右的發展，德國林德公司重新設計了低溫甲醇洗串液態洗裝置。從70年代以來大型氨廠情況看，低溫甲醇洗工藝技術非常成熟，具有很好的業績，現階段，在我國多數大型合成氨裝置中受到了廣泛應用。本文對低溫甲醇洗凈化工藝的影響因素分析與研究。

1 低溫甲醇洗凈化工藝概述

低溫甲醇洗凈化工藝是一種氣體凈化的工藝，主要使用的吸收劑是以工業甲醇為主。當甲醇處于低溫條件下，可以很好的溶解酸性氣體，也正是因為這種特性，在原料氣體中可以應用甲醇去掉其中的H2S、CO2等酸性成分以及各種有機硫化物，對于那些高濃度的酸性氣體，利用此種方法非常有效。低溫甲醇洗凈化工藝的使用也突顯出了很多優點，比如其具有較強的吸收能力和較好的選擇性，同時在操作上具有非常低的成本。低溫甲醇洗凈化工藝作為一種凈化工藝技術，通過吹掃、汽提等方法，在解吸過程中不會耗費較大的能量[1]。

低溫甲醇洗凈化技術的主要依據是拉烏爾定律和亨利定律，其中烏拉爾定律為：溶液中的溶劑的蒸氣壓等于純溶劑的蒸汽壓與其摩爾分數的乘積。也就是PA=PA×XA,其中PA 代表混合溶液中溶劑的蒸氣壓，PA 則是純溶劑的蒸汽壓，而XA代表溶劑的摩爾分數。假設溶質的摩爾分數為XB，由于XA=1-XB，所以PA=PA×(1-XB)，也就是溶液中溶劑蒸氣壓下降的分數等于溶質的摩爾分數。

2 低溫甲醇洗凈化工藝的原理分析

在低溫甲醇洗凈化工藝中，分析其工作原理主要是依據甲醇對不同氣體具有不同的溶解度，并且可以很好的從多種雜質氣體中選擇出最終的氣體。比如對

CH4、H2以及CO 等有效氣體具有較小的溶解度，而對CO2、H2S 等酸性氣體的溶解度大。如果CH3OH 在低溫、高壓的情況下，用冷甲醇作為主要的吸收溶劑，在其作用下，可以很好的去除工藝氣體中的雜質，比如CO2、H2S 等氣體，進而完成吸收過程。當CH3OH 處于高壓、低溫的環境下，將上述過程中已經吸收雜質氣體的CH3OH 利用起來，然后在經過減壓操作，并進行二次加熱實現再生，將CO2、含高濃度H2S 的氣體、其他雜質等進行解析回收。此外，經過CO2的分級解吸，丙烯冷凍后，能夠很好的去除氣體中的水分，從而實現氣體保持在干燥狀態中[2]。

3 低溫甲醇洗工藝具體運行過程

在低溫甲醇洗裝置中，氣體吸收裝置和溶劑的再生裝置可以說是其中的重要組成部分。包含了中壓閃蒸罐、吸收塔、熱再生塔，還有就是精餾塔、二氧化碳解析塔、共沸塔以及相關的換熱器。低溫甲醇洗裝置作為一步工藝法的典型工藝，下面對具體的流程進行分析。當CO2和H2S 全部在一個塔內進行時就是一步法工藝，經過閃蒸和汽提的作用，使得吸收塔內的CO2被脫除，而熱再生裝置則可以脫除其中的硫化氫，利用此種方法實現溶劑的再生。將原料氣輸入到換熱器中，經過裝置的作用后進行冷卻，而后得到的冷卻氣注入到氣液分離器中，在氣液分離器的作用下經過分離處理，最終得到的氣相進入到吸收塔底部，并將硫化氫充分吸收，接著再進入吸收塔的上部，將多余的CO2吸收，經過這一系列的過程，最終得到凈化了的氣體[3]。

在吸收塔的作用下，能夠于中段區域與底部區域，獲取到富二氧化碳溶液與富硫化氫溶液。而CH3OH 溶液則經過中壓閃蒸后將一氧化碳和氫氣進行回收，經過閃蒸過程后的CH3OH，在解吸塔內部解吸二氧化碳2，二氧化碳經過多級壓縮后變成液體。如果經過解吸后的甲醇中存在硫化氫和少量的二氧化碳，則可以采用氮氣汽提將剩余的二氧化碳提取出來。在塔頂被解吸出來的硫化氫轉送到H2S 富集器，將硫化氫進行回收并進行一系列的處理。甲醇-水被送至溶劑的回收階段，在精餾塔頂得到沸點較低的CH3OH 而底部得到水送至廢水處理處。

此種低溫甲醇洗工藝技術在煤化工行業中受到了很好的應用和推廣，主要是被應用于合成氨工藝氣體凈化中，還要就是凈化煤氣過程。低溫甲醇洗工藝具有較好的選擇性特點，低溫甲醇洗可以將充滿雜質的氣體中將H2S、CO2、COS 等進行脫除。經過酸性氣體的脫硫脫碳處理，能夠更好的在塔內進行分段處理，并在處理中進行選擇，同時得到的二氧化碳純度能夠達到尿素生產的要求，而硫磺則可以直接從富含硫化氫的尾氣中直接回收。此外，低溫甲醇洗凈工藝還具有較大的吸收能力，并且具有較高的凈化度，同時操作費用較低。但也存在一定缺點，由于此項工藝屬于國外專利技術，所以在軟件方面需要較大的投入，在加上操作時需要保證低溫度環境，主要目的是為了有效回收能量，不需要耗費較高的能量，所以工藝流程相對要非常復雜，換熱設備多的缺點[4]。

4 低溫甲醇洗凈化工藝中存在的影響因素分析

4.1 溫度

為了更好的增加H2S、CO2在甲醇中的溶解度，最為有效的方法便是降低吸收溫度。但實際上，吸收酸性等氣體后會產生較高的溫度，所以會影響吸收效果。應當注意幾方面：需要將源頭溫度控制在40℃以下；以生產工藝為主制定換熱器的參數，需要進行反復核算并預留一定的余量，再進行設計制造；在處理主洗塔、換熱器以及管線時，應當做好保冷措施，對于丙烯壓縮機的選擇應當根據甲醇洗裝置丙烯壓縮機運行經驗為參考，要預留出30%到40%的余量，從而有效的保證吸收塔的冷量供給平衡，可通過以下方法來保證甲醇的吸收效果[5]：

(1)為了更好使得吸收塔的冷量平衡，可適當調整增加制冷量，從而使得低溫甲醇洗能夠正常運行。(2)當甲醇經過減壓閃蒸后，會出現很大的壓力，此時可以通過降低壓力的方式保證節流閃蒸的制冷量。(3)當甲醇洗裝置處于正常運行狀態時，需要確保氣液處于低溫狀態，使得系統可以正常給予冷量。(4)可以增加丙烯壓縮機的負荷或者降低對丙烯的壓力，以此來增加制冷量。(5)可適當增加氣提氮氣的用量，通過這種方法提高丙烯冷凍系統的冷量。

4.2 壓力

從粗煤氣供應量和相應的壓力情況看，需要控制好循環氣壓縮機、高壓閃蒸罐、硫化氫濃縮塔的壓力，從而有效提高節流閃蒸的制冷效果。為了保證好的吸收效果，可采用以下方法：(1)通過調整氣液比，使得系統壓力得到提高，加大吸收效果。(2)可以減少吸收塔的出氣量緩解氣量不足的情況，保證吸收高效進行。(3)可以關小吸收塔的出氣閥門，以此來解決系統大負荷的變化[6]。

4.3 吸收劑純度

甲醇的純度對吸收劑的吸收能力有著很大的影響，其中的水含量是主要因素。當水分含量增加時，隨之甲醇吸收能力就會逐漸降低，當水含量持續增加時，溶液比重則會隨之變大，消耗動力，這就會導致管道、閥門等出現腐蝕情況。這主要是由于粗煤氣自身帶有的溫度會造成吸收塔內產生水分，所以要嚴格控制吸收塔粗煤氣的溫度，進行水分去除，控制再生甲醇的純度，需要定期化驗，提高再沸器的溫度，確保再生甲醇的質量。

5 結語

總之，低溫甲醇洗凈化工藝獨有的優點，受到了廣泛應用，但是卻對溫度、壓力、吸收劑甲醇的純度具有非常高的要求，在實際生產過程中，需要調節好各種操作參數，從而確保裝置良好運行。