低温甲醇洗工艺发展及国内研究进展

2016-03-13巩守龙陕西未来能源化工有限公司陕西榆林719000

化工管理 2016年9期

关键词：林德国产化溶解度

巩守龙（陕西未来能源化工有限公司，陕西　榆林　719000）

低温甲醇洗工艺发展及国内研究进展

巩守龙（陕西未来能源化工有限公司，陕西榆林719000）

随着煤化工技术的蓬勃发展，低温甲醇洗技术已经成为原料气净化过程中不可或缺的工艺流程。本文介绍了低温甲醇洗的工艺原理，以及目前应用较多的林德公司和鲁奇公司的低温甲醇洗工艺流程，讨论了国内的应用及研究进展。

低温甲醇洗；工艺介绍；国产化

低温甲醇洗工艺是上世纪50年代初由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化技术。该工艺是采用物理吸收的方法，以甲醇为吸收剂，利用其在低温下（～40℃以下）对酸性气体（包括CO2、H2S、COS等）极好的溶解性和选择性，脱除杂质气体的分离净化手段。首套工业化低温甲醇洗示范装置于1954年由鲁奇公司在南非萨索尔公司建成，目前该工艺已在甲醇合成、城市煤气、工业制氢、羟基合成等生产过程中被广泛应用［1］。

1　低温甲醇洗工艺介绍

1.1工艺原理

亨利定律是低温甲醇洗遵循的基本原理，其内容为：在定温和平衡状态下，一种气体在溶液中的溶解度与其平衡压力成正比。

其数学表达式为：P=kX

其中：X—平衡时气体在液体中的物质的量分数；

P—平衡时液面上方该气体的分压；

k—亨利常数，其数值与温度、液面上方气体总压、气体和溶剂性质有关。实验表明当溶质和溶剂一定时，在定温下k为定值。亨利定律仅适用于稀溶液，压力不高的情况。

在高压下，亨利定律修正如下：（1）溶解度系数随温度下降而增加。（2）甲醇中溶解的H2会降低CO2的溶解度；H2S、COS、CO2在甲醇中的溶解度随其中水含量增加而急剧减小。（3）甲醇吸收CO2后，H2S、COS在其中的溶解度会下降。

1.2甲醇作为吸收剂的特点

甲醇是极性较强的有机溶剂，各气体组分的能力差异很大。在～40℃时，COS、H2S、CO2等酸性气体在甲醇中溶解度较大，CO、H2、N2等气体在其中溶解度较小。利用亨利定律，能够选择性脱除酸性气体，保留有效气体，并实现甲醇再生循环利用的目的。

甲醇作为吸收剂有以下优点：（1）对COS、H2S、CO2等气体吸收能力较强，所需溶液循环量小，动力消耗少。（2）对原料气中各组分吸收选择性好，有效气体损失少。（3）蒸汽压和沸点低，再生蒸馏需要蒸汽量少，溶液损失小。（4）化学稳定性和热稳定性好，在恶劣的操作环境下，不易分解变质，不起泡；对管道和设备腐蚀性小（水含量小于1%时）。（5）凝固点低，正常条件下不会冻堵管道。（6）黏度小，传质和传热效率高，输送溶液的动力消耗低。（7）甲醇廉价易得，常温常压下稳定。

1.3林德公司和鲁奇公司低温甲醇洗工艺介绍［2］

林德公司工艺为一步法脱碳脱硫，多为五塔工艺。原料气经过少量喷淋甲醇后，降温后进入洗涤塔，脱硫和脱碳在一个塔中分若干段脱除。工艺采用专利设备高效绕管式换热器，提高换热效率，尤其是多股物料同时换热，简化了工艺流程，便于设备管道集中布置，节省占地。入工段设置洗氨塔，利用锅炉水吸收原料气中NH3、HCN等杂质。在甲醇循环中设置溶液过滤器，除去FeS、NiS、催化剂颗粒、炭粉等固体杂质，防止其在系统中积聚堵塞管道和设备。

鲁奇公司工艺为一步法脱碳脱硫，多为六塔工艺。流程中除原料气冷却器外，多采用列管式换热器。脱硫和脱碳既有设计在单塔中进行，也有设计在双塔中进行的情况。洗涤塔设置预洗段，除去原料气中的NH3、HCN等杂质；定期排放富含NH3、HCN的甲醇，避免积累；贫甲醇管线设置过滤器等技术都成为鲁奇公司的亮点。

2　国内的研究进展

2.1工艺技术的引进

自1981年原化工部引进林德公司低温甲醇洗专利技术（8MPa五塔流程），用于国内当时引进的渣油制氨装置以来，国内对于低温甲醇洗技术表现出浓厚的兴趣。之后引进渣油制氨装置的同时，引进了鲁奇公司低温甲醇洗专利技术（5MPa六塔流程）。随后，在山西潞城的合成氨装置中，低温甲醇洗专利技术（3MPa九塔流程）被成功引入中国。

随着近年来煤化工技术的蓬勃发展，低温甲醇洗技术已经成为原料气净化过程中不可或缺的工艺流程。神华、大唐、中煤和兖矿等煤化工企业都采用低温甲醇洗装置。

2.2工艺国产化［3］

工艺国产化包括设计国产化，设备国产化和技术国产化。为了实现国产化，国内高校和科研院所等有关部门进行了不懈的努力，并取得了成果。20世纪七十年代末，中石化兰州设计院研究了低温甲醇洗系统气液相平衡模型，并计算出36个二元体系的交互作用系数；浙江大学和上海化工研究院探讨了低温下各种气体在甲醇中的溶解度及富CO2、H2S甲醇的物理化学性质，并测定出部分二元体系的相平衡常数。

在中石化和兰州设计院协助下，大连理工大学经过艰苦不懈的努力，完成低温甲醇洗系统计算软件。此工艺与林德公司工艺相似，但是冷负荷和设备投资更低。

在工艺设备制造方面，金州重型机械厂已成功在低温甲醇洗部分低温设备上使用了低温钢材加工技术；开封空分集团制造的高压绕管式换热器已能够成功替代进口设备。在低温甲醇洗的关键设备上，我国一定程度上实现了国产化。