煤制甲醇裝置酸性氣體脫除工藝技術(shù)的選擇

劉尚享

（天津堿廠合成氨甲醇分廠，天津300450）

煤制甲醇裝置酸性氣體脫除工藝技術(shù)的選擇

劉尚享

（天津堿廠合成氨甲醇分廠，天津300450）

本文對目前我國以煤氣化為原料生產(chǎn)甲醇裝置，原料氣中酸性氣體脫除的常用工藝技術(shù)進(jìn)行了分析、比較、論證，選擇出了較好的方案。

甲醇；脫硫脫碳；酸性氣體；低溫甲醇洗

1 低溫甲醇洗工藝和NHD工藝簡介

低溫甲醇洗工藝的操作原理是在高壓、低溫下，二氧化碳、硫化氫和其它有機(jī)硫化物等雜質(zhì)在極性溶劑——甲醇中是極易溶解的，而在減壓時又很容易的從溶劑中分離出來，達(dá)到溶劑的循環(huán)利用。目前全世界80%以上的合成氨、甲醇生產(chǎn)廠家都是采用低溫甲醇洗工藝對原料氣進(jìn)行凈化。從上海焦化公司甲醇廠引進(jìn)低溫甲醇洗工藝進(jìn)行脫硫脫碳后，低溫甲醇洗工藝廣泛應(yīng)用于大中型合成氨、甲醇生產(chǎn)廠家[1]。目前低溫甲醇洗工藝已經(jīng)是一種非常成熟可靠的凈化技術(shù)，脫硫脫碳一次完成，可將H2S脫至小于1×10-5%。而且溶劑循環(huán)量小，溶劑價格便宜，能耗和操作費(fèi)用較低。

NHD工藝（聚乙二醇二甲醚工藝）是由我國南京化工研究院開發(fā)的一種有效的氣體凈化工藝，亦屬物理吸收，與引進(jìn)的NHD工藝和低溫甲醇洗工藝相抗衡，在中小氮肥廠、甲醇廠應(yīng)用廣泛，并贏得了良好的聲譽(yù)。NHD工藝是一種利用聚乙二醇二甲醚溶液并添加其他溶劑的混合溶液對CO2、H2S等進(jìn)行吸收，該工藝對CO2、H2S等均有較強(qiáng)的吸收能力，也是一種較好的脫硫脫碳方法，但只易將H2S脫至小于1×10-4%，對有機(jī)硫（COS、CS2、RSH等）吸收能力較差，需另加有機(jī)硫水解和精脫硫裝置。為使脫碳尾氣符合環(huán)保排放要求，須將脫硫和脫碳分開，流程比較復(fù)雜。

2 低溫甲醇洗和NHD工藝流程

2.1 低溫甲醇洗工藝流程簡述

從上游工序來的原料氣進(jìn)洗氨塔，用少量冷卻后的鍋爐給水將原料氣中微量NH3、HCN、羰基Fe/Ni等洗滌至＜1×10-4，再向出洗氨塔的原料氣中噴入少量甲醇，防止水結(jié)冰，然后經(jīng)原料氣冷卻器冷卻進(jìn)甲醇水分離器，分離出甲醇和水。原料氣進(jìn)入原料氣甲醇洗滌塔，在下塔脫除硫化物（H2S和有機(jī)硫），在上塔脫除CO2后出洗滌塔，出洗滌塔的凈化氣中CO2含量控制在適當(dāng)?shù)暮浚蚝啃∮?×10-5，送下游生產(chǎn)工序。

原料氣甲醇洗滌塔塔頂進(jìn)入從熱再生塔來經(jīng)過冷卻的－55℃甲醇，在上塔脫除原料氣中CO2，由于溶解熱，洗滌塔中部引出兩股甲醇溶液分別用下游來的甲醇冷卻和氨冷卻以降低由于溶解熱造成的溫升；在洗滌塔下段，引出的甲醇液大部分在1#甲醇/甲醇換熱器、CO2/甲醇換熱器、1＃富甲醇深冷器冷卻后進(jìn)第一閃蒸分離器降壓閃蒸；另一部分溶液回流進(jìn)入H2S吸收段以吸收原料氣中的硫化物。自塔底出來的富液在1#甲醇/甲醇換熱器、合成氣/甲醇換熱器中經(jīng)冷卻后進(jìn)第二閃蒸分離器降壓閃蒸。為減少原料H2等氣體損失，從第一、第二閃蒸分離器閃蒸出的氣體匯合后經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)加壓并冷卻后送至原料氣冷卻器前與原料氣混合，以回收原料氣中的氫，降低能耗。

從第一閃蒸分離器、第二閃蒸分離器和甲醇閃蒸罐閃蒸的甲醇富液分別進(jìn)CO2產(chǎn)品塔的上塔和下塔進(jìn)行減壓閃蒸，上塔出口的CO2氣體經(jīng)回收冷卻后回收利用。下塔出口的甲醇送H2S濃縮塔閃蒸氣提。甲醇富液采用低壓氮?dú)鈿馓?。第一閃蒸分離器出口的甲醇富液不含H2S從塔上部進(jìn)入，在塔頂部降壓膨脹，甲醇液溫度進(jìn)一步降低并作為回流液以阻止H2S隨塔頂尾氣帶走。從第二閃蒸分離器和甲醇閃蒸罐閃蒸出口的甲醇富液從塔中上部和下部進(jìn)入塔內(nèi)膨脹閃蒸出CO2。從塔底加入的氮?dú)鈱O2氣提出塔頂，作為尾氣回收利用。

H2S濃縮塔底部出來的富含H2S和COS的甲醇液體換熱后送入熱再生塔中部，甲醇中殘存的CO2及H2S由熱再生塔再沸器提供的熱量進(jìn)行熱再生，混合氣出塔頂經(jīng)多級冷卻分離，甲醇一級冷凝液回流，二級冷凝液進(jìn)入H2S濃縮塔底部，底部出來貧甲醇液，從而完成甲醇循環(huán)利用。分離的酸性氣體送硫回收裝置處理。

2.2 NHD工藝流程簡述

來自上游的原料氣溫度在40℃左右進(jìn)入NHD脫硫塔底部，與自上而下的脫硫溶液接觸，吸收硫化物和少量二氧化碳，出塔氣經(jīng)過塔頂除沫器及分離器除去氣體中夾帶的液滴后送下游生產(chǎn)工序。

脫硫塔底部排出的富液經(jīng)泵送到高壓閃蒸器，高壓閃蒸器閃蒸出來的閃蒸氣經(jīng)減壓后與回流槽閃蒸出來的再生氣混合，送精脫硫裝置脫除硫化物。高壓閃蒸器出來的溶液經(jīng)換熱器后進(jìn)一步減壓，送低壓閃蒸器，從低壓閃蒸器出來的溶液經(jīng)換熱器加熱后送入再生塔。再生塔分兩段，上段為回流段，下段為解吸氣提段。再生塔底部設(shè)置由再沸器，通過再沸器將溶液中的硫化物和二氧化碳等酸性氣體氣提出來。從塔底出來的貧溶液經(jīng)換熱器進(jìn)入低壓泵，加壓后進(jìn)一步冷卻，送入脫硫塔頂部循環(huán)使用。再生塔頂部的再生氣與低壓閃蒸氣經(jīng)冷卻后送硫回收裝置處理。

3 低溫甲醇洗和NHD工藝比較和選擇

下面就低溫甲醇洗工藝和NHD工藝進(jìn)行綜合比較（見表1）。

從表1中可以看出，從技術(shù)先進(jìn)性及運(yùn)行費(fèi)用上低溫甲醇洗工藝明顯優(yōu)于NHD工藝。綜合比較如下：

（1）低溫甲醇洗工藝吸收能力大；（2）低溫甲醇洗工藝溶劑選擇性好；（3）低溫甲醇洗工藝的凈化度較高；（4）低溫甲醇洗工藝溶劑價廉易得；（5）NHD工藝采用國內(nèi)工藝技術(shù)，流程相對簡單，軟件費(fèi)用和投資費(fèi)用相對較低；（6）NHD工藝的操作費(fèi)用較高。

對于大型甲醇裝置（20萬t/a以上）采用低溫甲醇洗工藝具有先天優(yōu)越性，雖然一次性投資較NHD工藝高，但是長遠(yuǎn)運(yùn)行的總體經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NHD工藝，由于甲醇廠使用甲醇溶劑不用購買和運(yùn)輸，吸收廢液能完全回收，溶劑綜合損失很少。因此對于大型甲醇裝置（20萬t/a以上）原料氣酸性氣體脫除工藝選擇，從投資、運(yùn)行費(fèi)用、技術(shù)可靠性、環(huán)保性等多方面進(jìn)行了比較論證，選擇低溫甲醇洗工藝是正確和明智的。

表1 綜合比較表（處理氣量130881Nm3/h、CO2含量40%、硫含量1.71 g/Nm3）

［1］全國甲醇年會專輯[M].北京化工出版社.2006.5.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.01.017

TQ028

A

1008-1267（2011）01-044-02

2010-05-29