煤制甲醇项目净化工艺分析

张 靖，路 意

（鄂尔多斯市昊华国泰化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017400）

现阶段国内的煤制甲醇生产项目工艺路线基本固定，分别通过煤炭气化、变换、净化及合成反应制取。在这个过程中，气化装置会产生大量的粗煤气，其中除了有一部分氢气、一氧化碳有效组分外，同时还会产生氮气、硫化氢以及其他杂质气体，甚至会包括重金属气体，导致甲醇合成过程中催化剂的质量下降，甚至失活，需要及时予以去除，这就凸显出煤制甲醇生产项目净化环节的重要意义。为了进一步探讨煤制甲醇生产项目净化技术的选择，现就净化工艺的特征分析如下。

1 煤气净化工艺概述

1.1 低温甲醇洗技术

低温甲醇洗工艺技术属于一种利用物理吸收技术为主的净化工艺类型。该工艺类型通过冷甲醇作为酸性气体吸收介质在零下-60℃实现酸性气体的吸收。在这个温度条件下，酸性气体的溶解度会大幅提升，所以溶解的效果也会极大提升。通过在这个温度下进行分段选择吸收，能够有效去除各种有机物与无机物杂质，提升生产的产品纯净度。该技术最早由德国鲁奇公司进行改造后实现，该设备在国外有广泛的应用，并在20世纪70年代引入到我国被广泛使用，主要用于煤炭原材料合成氨装置生产，通过该技术类型来解决酸性气体超标的问题。国际上低温甲醇洗工艺技术主要包括鲁奇与林德两种技术类型。其中鲁奇公司的工艺流程分别包括气化、脱硫、变换与脱碳等环节，而变换主要是在脱硫与脱碳中间环节。林德公司的低温甲醇洗则主要是在变换后通过选择性的脱碳来实现其最终的脱除目的。随着近些年来甲醇洗工艺技术不断提升，也衍生出了许多新的技术类别，以此来针对不同的原材料进行针对性的脱除，提升了酸性气体的脱除效果。

我国的低温甲醇洗技术最早出现于20世纪70年代，这个时期借助于国外的领先技术，再结合我国的技术研究现状，由浙江大学、中石化兰州设计院以及大连理工等多家研究组织共同研发，无论是从理论还是从实践领域都取得了一定的进展。其中，上海化工大学实现了科研成果的转化，同时在热力学与基础数据测定方面取得了一定的成果，提升了工作的实践效果。目前，国内相关领域的技术不断成熟，净化装置采用低温甲醇洗工艺后，装置的稳定性也得到了有效的提升，无论是低温甲醇洗工艺还是设计施工方面都取得了长足的进步。

1.2 NHD技术

NHD 技术最早由天辰化工集团开发成功，该技术同样属于物理吸收技术。相比于其他气体而言，其对于二氧化碳、硫化氢具有很强的吸收性能，不过对于硫化碳的吸收效果较差。根据研究结论发现，该技术能够实现二氧化碳的高质量脱除，脱除后的含量在0.1%以内。同时硫化氢的体积也可以得到很好的控制，一般会在很低的数值。另外，通过净化技术添加精制脱硫装置，效果会更加明显。

2 低温甲醇洗与NHD工艺的对比

2.1 工艺流程对比

对比低温甲醇洗、NHD 工艺流程后可以发现，低温甲醇洗工艺技术的稳定性很强，具有技术稳定、能耗低的特征。另外，由于气体的净化度比较高，所以合成气中的二氧化碳体积分数能够得到很好的控制，同时也会联动解决硫化氢含量较高的问题。另外，其同样具有价格优势突出、能耗低以及循环性强的特征。除此之外，由于生产控制的费用较低，所以技术优越性十分明显。当然，相比于NHD 技术，其同样存在工艺投资更高且低温材料的要求高的问题，这也在客观上导致一些小规模企业可能无法进行该项目的使用。NHD 技术相比该技术而言，具有重点清除二氧化碳的效果，同时该工艺对于硫化碳的吸收能力较差，所以必须要添加专门的脱硫脱碳设备进行水解操作，这样一来就会导致操作的流程变得十分复杂。

2.2 技术类型对比

对比两组生产模式的技术类型。其中，林德低温甲醇洗技术采用了专用设备高效绕管换热器，该设备具有很高的换热效率，可以实现组合换热，同时占地面积小，能耗相对较低，具有不错的投资回报价值。不过，由于该设备属于国外进口设备，原料气的后续生产会需要少量的循环甲醇，为了避免出现结冰导致换热管束阻塞影响换热效率，需要做好回路的科学设置与日常维护，成本较高。在甲醇溶剂循环过程中，还需要添加专用的甲醇过滤器，以快速过滤各种固体杂质，提升整体的结晶度。大多数情况下，氮气的汽提工艺均采用浓缩模式，工艺特征是单塔气提浓缩、固定回收，原料气可以实现提前预冷处理，并且流程相对较为简单。

鲁奇低温甲醇洗工艺中使用了工艺换热设备，该设备主要由国内生产设计完成，成本较低，相比于林德设备具有投资方面的优势。从工艺的适应性方面来看，其能够实现硫化氢、二氧化碳的分塔吸收，同时原料气能够经过三级预冷，工序的完整度较高，同时本身采用了管壳换热器，所以容易清洗，使用过程中存在消耗量大的问题，所以能耗普遍偏高。

相比于林德工艺，鲁奇低温清洗技术缺乏中间循环甲醇环节，所以全部能源均需要外部提供，同时循环量较高，吸收塔的面积需求也比较高。但是系统冷量主要以外部的能耗提供，操作起来更为便捷。近年来鲁奇公司的低温甲醇洗设备进行了升级，整体适应性得到了提升，成本也在缩减，适应于较小规模的投资生产活动。

3 煤制甲醇生产项目净化效果分析评价

3.1 技术装置适应性

从技术的适应性上来看，目前国内外大多数企业都选择了低温甲醇洗技术，相比于NHD 技术而言其适应性更为广泛，同时投资的回报率较高。NHD 技术存在的缺陷较为明显，但是毕竟投资需求较低，所以能够适应一些中小企业的投资使用环境。

3.2 低温甲醇洗工艺升级成果

低温甲醇洗技术的应用需要结合工艺现状以及企业的具体投资预算情况，鲁奇工艺与林德工艺都可以达到工艺生产的效果，各自具有成熟的技术流程与特征，能够满足不同类型的酸性气体的清洗要求，消耗实际差异不大，但是林德工艺设备的投资较高，所以在需求差异不大的情况下可以优先选择鲁奇低温甲醇洗工艺模式。

3.3 其他评价

在实际应用过程中，经过技术改造与流程应用，冷负荷以及投资比例取得了良好的平衡。在本次研究中，项目案例的工艺成本降低10%左右，同时冷量需求得到了很好的控制和满足。

4 结语

综上所述，现阶段全球范围内煤制甲醇生产项目的合成净化技术相对比较固定，均是以低温甲醇洗技术为基本条件，个别应用NHD 技术装置来进行辅助，而其中大多数都集中于中小型企业中。为了确定低温甲醇洗工艺的稳定性，需要考虑国内低温甲醇清洗技术的应用效果，同时参考国内外的现状来选择相适应的技术类型，确保气化配套设备与具体方案。根据综合判断与实际煤制甲醇生产项目效果评价来看，林德技术相比较而言适应性更好，能够有效提升低温甲醇洗的工艺技术成果，同时也有利于其他方面的评价。对合成气环节而言，实施净化需要考虑到德士古气化、急冷流程，这样可以提升工艺的适应性。