试析低温甲醇洗脱硫、脱碳工艺的具体使用

王雯雯 吴琳瑜 马杰

（兖矿国宏化工有限责任公司，山东 邹城 273500）

目前应用于脱硫、脱碳的物理方法较多，最为推广的方法为低温甲醇洗（Rectisol），低温甲醇洗技术（Rectisol）是将甲醇有机溶剂当作酸性气体吸收剂，在低温的条件之下，通过对CO2、H2S、COS等一些溶解度较大的酸性气体的物理吸收，具有针对性的将原料气中的CO2、H2S 以及其他有机硫杂质进行吸收。[1]当下，世界范围内已经有很多中型和大型工业装置的脱硫、脱碳使用了低温甲醇洗技术。本文对低温甲醇洗工艺的特点、生产过程中容易出现的问题及脱硫、脱碳工艺的具体应用进行详细分析，同时分析和总结了当下研究进展，希望可以为低温甲醇洗脱硫、脱碳工艺的应用和发展提供可行性借鉴。

1 低温甲醇洗工艺流程概述

1950年左右，林德公司和鲁奇公司对低温甲醇洗技术进行了联合研发，将其作为处理具有浓度较高的酸性气体的一种有效的净化工艺。最开始低温甲醇洗工艺在煤加压气化及粗煤气的净化中应用广泛，因为该项工艺效果较好，所以在城市煤气的净化中得到了广泛的认可。1960年开始，越来越多的将渣油、煤等重碳质燃料当作气化原料的大型合成氨厂拔地而起，随之，低温甲醇洗工艺也被广泛应用于世界。[2]

低温甲醇洗技术选择甲醇作为洗涤剂，甲醇具有较强的吸收能力，它的吸收能力和温度呈反相关关系，随着温度的降低甲醇的吸收能力会持续提升，并且能够将洗涤剂的损失量降至最低，意义显著。低温甲醇洗工艺技术的参数为：将操作压力保持在3.0MPa 左右，将温度维持在-75℃到-34℃，闪蒸法和气提法都是使溶剂再生的科学方法，得到了人们的广泛使用。因为在甲醇溶剂中CO2、H2s 等组成部分的溶解度各不相同，所以能够得到有效的无硫尾气。

低温甲醇洗技术的最大特点为对于高压低温条件下的吸收和对于低压高温条件下的解吸，也正是因为这两个特点该项技术得到了广泛的认可。低温甲醇洗工艺技术的全部环节通常有以下3部分，吸收环节、解吸环节和溶剂回收环节，每个环节通常需要1-3个塔（每个塔具有1-4个分离段）。

1.1 吸收过程

通常原料气体中除了具有 CO2、H2s、CO、H2之外，还含有H2O、N2、COS、CH4等等。吸收的基础和前提是有效清除水分，这样能够有效防止在接下来的环节中发生水被冻结的情形。解决方法为喷入冷甲醇溶液，达到洗涤气体的效果和消除焦油等其他杂质的作用和目的。吸收的主要目标是使用甲醇吸收CO2和H2s，除此之外，少部分的H2、COS、CH4也会被吸收。不过上述气体进入吸收液中对解吸之后的分离效果形成较大的影响，吸收过程需要较高的压力和较低的温度来支撑，压力保持在215-810MPa之间，温度保持在-40℃--70℃之间。吸收完成后冷却吸收液这一过程在塔内外都可以进行，受地点限制的影响较小。

1.2 解吸过程

解吸过程的首要目标是将吸收液中的CO2、H2s、H2气体得到释放，通常需要较低的压力和较高的温度，这样才能达到预期效果。压力保持在0.1-0.3MPa 之间，温度保持在0-100℃之间。在闪蒸的作用下能够得到H2，并将它当作原料进行回收，一些二氧化碳能够在闪蒸的作用下被有效释放，另一些则需要依靠氮气气体气提析出，在H2S 得到释放之后对其进行回收处理。在3个塔和10个分离段的辅助下，才能有效开展和完成解吸过程，

1.3 溶剂回收过程

溶液被吸收之前通常被称为贫液，其中具有非常少的其他杂质，吸收之后的溶液通常被称为富液。相较于贫液，富液中具有十分丰富的杂质，甲醇提纯为应用较为普遍的精馏方法，溶剂回收应尽可能减少经济成本，以达到节约的目的。具有氮气和二氧化碳吹出气中会具有微量甲醇，应对这些甲醇进行回收处理，这样才能确保溶剂回收过程的顺利进行，使用方法通常为纯水吸收法，该方法科学合理。同时，也应回收一些甲醇水溶液中的甲醇，所以这一溶剂的回收过程至少需要2个塔完成。[3]

2 低温甲醇洗脱硫、脱碳技术特点

在低温条件下，溶剂对CO2、H2s、COS等酸性气体具有较强的吸收能力，溶液循环量较少，功耗较好。同时溶剂不会氧化和降解，化学性和热稳定性较强，净化度较好，其中CO2＜20ppm，H2S＜0.1ppm。溶剂不会起泡，具有选择性的对CO2、H2s、COS 进行吸收，可实现脱除和再生。该溶剂还十分廉价容易获得，但是甲醇具有一定的毒性，所以在操作和维修方面较为严格。低温甲醇洗脱硫、脱碳工艺技术趋于成熟，当下世界范围内具有众多大型和中型工业化装置，我国需要从国外引进这一工艺。因为操作环境温度较低，设备和管道也都需要低温材料，并且一些设备也需要从国外引进，所以对于该项工艺的投资颇高。[4]

林德低温甲醇洗工艺流程和鲁奇低温甲醇洗工业流程在国外应用最为广泛，二者的功能和目标也基本相同，经过不断地发展技术十分成熟。两者的不同之处及差异性主要体现在工艺流程的设计、工业设备的使用、工程的实施等方面。我国对于低温甲醇洗工艺技术也具有长时间的研究，大连理工大学通过20年的研究也研发出了低温甲醇洗工艺软件包。

以下本文将对三种工艺流程进行概述。林德低温甲醇洗工艺流程中应用的设备为林德设备，通常被称作高效绕管式换热器，其主要功能为提高换热效率，诸多物流的组合换热效果明显，大大节省了占地和能耗。当原料气体进入到相关装置后，将少量循环甲醇喷入其中，避免气体中的少量水冰冻和系统运行不畅问题的出现。设置一个甲醇过滤器于甲醇溶剂循环回路中，将一些固体杂质消除，避免因其积累较多使管道和设备运行不畅。鲁奇低温甲醇洗工艺与林德工艺流程具有一定的差异性，因为该流程中没有中间循环甲醇为其供应冷量，所以在这一过程中完全通过外部供给的方式，甲醇溶液吸收的温度偏低，循环量偏大，耗费能源较多，吸收塔的尺寸也较大。[5]系统冷量完全通过外部提供，操作方式具有灵活性。早在1983 年大连理工大学便开始着手于低温甲醇洗工艺流程的研究，经过多年的不懈努力，于1999 年通过了中石化的鉴定。该工艺使用六塔流程，同林德低温甲醇洗工艺流程具有一定的相似性，根据相关研究表明冷负荷和设备成本都低于林德低温甲醇洗工艺。

3 结语

同一些应用较为广泛的物理吸收方法和化学吸收方法在应用价值方面进行对比，低温甲醇洗的优点十分突出，是一种科学合理的净化气体方法。近些年来，我国科学技术发展迅速，低温甲醇洗工艺在脱硫、脱碳应用上流程也逐渐趋于优化，具有成本低、耗能低、操作灵活的特点。将低温甲醇洗工艺应用于大型化的煤化工等装置中，该项技术可以有效处理尾气，同我国节能减排的需要相符。目前，随着我国对于能源和环保的重视越来越强，低温甲醇洗工艺应用于脱硫、脱碳愈发普遍，同时我国也应该不断优化和完善对于该项工艺的研发，使该项生产工艺和装置趋于完善，进而不断增强经济效益，促进良性发展。