低温甲醇洗净化工艺的影响因素分析与研究

2020-01-13顾学文

化工管理 2020年10期

顾学文

(陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714100)

0 引言

低温甲醇洗最早是是由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的。最早的低温甲醇洗工业化装置建于1954年的南非萨索尔，经过10年左右的发展，德国林德公司重新设计了低温甲醇洗串液态洗装置。从70年代以来大型氨厂情况看，低温甲醇洗工艺技术非常成熟，具有很好的业绩，现阶段，在我国多数大型合成氨装置中受到了广泛应用。本文对低温甲醇洗净化工艺的影响因素分析与研究。

1 低温甲醇洗净化工艺概述

低温甲醇洗净化工艺是一种气体净化的工艺，主要使用的吸收剂是以工业甲醇为主。当甲醇处于低温条件下，可以很好的溶解酸性气体，也正是因为这种特性，在原料气体中可以应用甲醇去掉其中的H2S、CO2等酸性成分以及各种有机硫化物，对于那些高浓度的酸性气体，利用此种方法非常有效。低温甲醇洗净化工艺的使用也突显出了很多优点，比如其具有较强的吸收能力和较好的选择性，同时在操作上具有非常低的成本。低温甲醇洗净化工艺作为一种净化工艺技术，通过吹扫、汽提等方法，在解吸过程中不会耗费较大的能量[1]。

低温甲醇洗净化技术的主要依据是拉乌尔定律和亨利定律，其中乌拉尔定律为：溶液中的溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸汽压与其摩尔分数的乘积。也就是PA=PA×XA,其中PA 代表混合溶液中溶剂的蒸气压，PA 则是纯溶剂的蒸汽压，而XA代表溶剂的摩尔分数。假设溶质的摩尔分数为XB，由于XA=1-XB，所以PA=PA×(1-XB)，也就是溶液中溶剂蒸气压下降的分数等于溶质的摩尔分数。

2 低温甲醇洗净化工艺的原理分析

在低温甲醇洗净化工艺中，分析其工作原理主要是依据甲醇对不同气体具有不同的溶解度，并且可以很好的从多种杂质气体中选择出最终的气体。比如对

CH4、H2以及CO 等有效气体具有较小的溶解度，而对CO2、H2S 等酸性气体的溶解度大。如果CH3OH 在低温、高压的情况下，用冷甲醇作为主要的吸收溶剂，在其作用下，可以很好的去除工艺气体中的杂质，比如CO2、H2S 等气体，进而完成吸收过程。当CH3OH 处于高压、低温的环境下，将上述过程中已经吸收杂质气体的CH3OH 利用起来，然后在经过减压操作，并进行二次加热实现再生，将CO2、含高浓度H2S 的气体、其他杂质等进行解析回收。此外，经过CO2的分级解吸，丙烯冷冻后，能够很好的去除气体中的水分，从而实现气体保持在干燥状态中[2]。

3 低温甲醇洗工艺具体运行过程

在低温甲醇洗装置中，气体吸收装置和溶剂的再生装置可以说是其中的重要组成部分。包含了中压闪蒸罐、吸收塔、热再生塔，还有就是精馏塔、二氧化碳解析塔、共沸塔以及相关的换热器。低温甲醇洗装置作为一步工艺法的典型工艺，下面对具体的流程进行分析。当CO2和H2S 全部在一个塔内进行时就是一步法工艺，经过闪蒸和汽提的作用，使得吸收塔内的CO2被脱除，而热再生装置则可以脱除其中的硫化氢，利用此种方法实现溶剂的再生。将原料气输入到换热器中，经过装置的作用后进行冷却，而后得到的冷却气注入到气液分离器中，在气液分离器的作用下经过分离处理，最终得到的气相进入到吸收塔底部，并将硫化氢充分吸收，接着再进入吸收塔的上部，将多余的CO2吸收，经过这一系列的过程，最终得到净化了的气体[3]。

在吸收塔的作用下，能够于中段区域与底部区域，获取到富二氧化碳溶液与富硫化氢溶液。而CH3OH 溶液则经过中压闪蒸后将一氧化碳和氢气进行回收，经过闪蒸过程后的CH3OH，在解吸塔内部解吸二氧化碳2，二氧化碳经过多级压缩后变成液体。如果经过解吸后的甲醇中存在硫化氢和少量的二氧化碳，则可以采用氮气汽提将剩余的二氧化碳提取出来。在塔顶被解吸出来的硫化氢转送到H2S 富集器，将硫化氢进行回收并进行一系列的处理。甲醇-水被送至溶剂的回收阶段，在精馏塔顶得到沸点较低的CH3OH 而底部得到水送至废水处理处。

此种低温甲醇洗工艺技术在煤化工行业中受到了很好的应用和推广，主要是被应用于合成氨工艺气体净化中，还要就是净化煤气过程。低温甲醇洗工艺具有较好的选择性特点，低温甲醇洗可以将充满杂质的气体中将H2S、CO2、COS 等进行脱除。经过酸性气体的脱硫脱碳处理，能够更好的在塔内进行分段处理，并在处理中进行选择，同时得到的二氧化碳纯度能够达到尿素生产的要求，而硫磺则可以直接从富含硫化氢的尾气中直接回收。此外，低温甲醇洗净工艺还具有较大的吸收能力，并且具有较高的净化度，同时操作费用较低。但也存在一定缺点，由于此项工艺属于国外专利技术，所以在软件方面需要较大的投入，在加上操作时需要保证低温度环境，主要目的是为了有效回收能量，不需要耗费较高的能量，所以工艺流程相对要非常复杂，换热设备多的缺点[4]。

4 低温甲醇洗净化工艺中存在的影响因素分析

4.1 温度

为了更好的增加H2S、CO2在甲醇中的溶解度，最为有效的方法便是降低吸收温度。但实际上，吸收酸性等气体后会产生较高的温度，所以会影响吸收效果。应当注意几方面：需要将源头温度控制在40℃以下；以生产工艺为主制定换热器的参数，需要进行反复核算并预留一定的余量，再进行设计制造；在处理主洗塔、换热器以及管线时，应当做好保冷措施，对于丙烯压缩机的选择应当根据甲醇洗装置丙烯压缩机运行经验为参考，要预留出30%到40%的余量，从而有效的保证吸收塔的冷量供给平衡，可通过以下方法来保证甲醇的吸收效果[5]：

(1)为了更好使得吸收塔的冷量平衡，可适当调整增加制冷量，从而使得低温甲醇洗能够正常运行。(2)当甲醇经过减压闪蒸后，会出现很大的压力，此时可以通过降低压力的方式保证节流闪蒸的制冷量。(3)当甲醇洗装置处于正常运行状态时，需要确保气液处于低温状态，使得系统可以正常给予冷量。(4)可以增加丙烯压缩机的负荷或者降低对丙烯的压力，以此来增加制冷量。(5)可适当增加气提氮气的用量，通过这种方法提高丙烯冷冻系统的冷量。

4.2 压力

从粗煤气供应量和相应的压力情况看，需要控制好循环气压缩机、高压闪蒸罐、硫化氢浓缩塔的压力，从而有效提高节流闪蒸的制冷效果。为了保证好的吸收效果，可采用以下方法：(1)通过调整气液比，使得系统压力得到提高，加大吸收效果。(2)可以减少吸收塔的出气量缓解气量不足的情况，保证吸收高效进行。(3)可以关小吸收塔的出气阀门，以此来解决系统大负荷的变化[6]。

4.3 吸收剂纯度

甲醇的纯度对吸收剂的吸收能力有着很大的影响，其中的水含量是主要因素。当水分含量增加时，随之甲醇吸收能力就会逐渐降低，当水含量持续增加时，溶液比重则会随之变大，消耗动力，这就会导致管道、阀门等出现腐蚀情况。这主要是由于粗煤气自身带有的温度会造成吸收塔内产生水分，所以要严格控制吸收塔粗煤气的温度，进行水分去除，控制再生甲醇的纯度，需要定期化验，提高再沸器的温度，确保再生甲醇的质量。