低溫甲醇洗凈化工藝的影響因素分析與研究

顧學(xué)文

(陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714100)

0 引言

低溫甲醇洗最早是是由德國(guó)林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的。最早的低溫甲醇洗工業(yè)化裝置建于1954年的南非薩索爾，經(jīng)過(guò)10年左右的發(fā)展，德國(guó)林德公司重新設(shè)計(jì)了低溫甲醇洗串液態(tài)洗裝置。從70年代以來(lái)大型氨廠情況看，低溫甲醇洗工藝技術(shù)非常成熟，具有很好的業(yè)績(jī)，現(xiàn)階段，在我國(guó)多數(shù)大型合成氨裝置中受到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)低溫甲醇洗凈化工藝的影響因素分析與研究。

1 低溫甲醇洗凈化工藝概述

低溫甲醇洗凈化工藝是一種氣體凈化的工藝，主要使用的吸收劑是以工業(yè)甲醇為主。當(dāng)甲醇處于低溫條件下，可以很好的溶解酸性氣體，也正是因?yàn)檫@種特性，在原料氣體中可以應(yīng)用甲醇去掉其中的H2S、CO2等酸性成分以及各種有機(jī)硫化物，對(duì)于那些高濃度的酸性氣體，利用此種方法非常有效。低溫甲醇洗凈化工藝的使用也突顯出了很多優(yōu)點(diǎn)，比如其具有較強(qiáng)的吸收能力和較好的選擇性，同時(shí)在操作上具有非常低的成本。低溫甲醇洗凈化工藝作為一種凈化工藝技術(shù)，通過(guò)吹掃、汽提等方法，在解吸過(guò)程中不會(huì)耗費(fèi)較大的能量[1]。

低溫甲醇洗凈化技術(shù)的主要依據(jù)是拉烏爾定律和亨利定律，其中烏拉爾定律為：溶液中的溶劑的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼羝麎号c其摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。也就是PA=PA×XA,其中PA 代表混合溶液中溶劑的蒸氣壓，PA 則是純?nèi)軇┑恼羝麎?，而XA代表溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。假設(shè)溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)為XB，由于XA=1-XB，所以PA=PA×(1-XB)，也就是溶液中溶劑蒸氣壓下降的分?jǐn)?shù)等于溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。

2 低溫甲醇洗凈化工藝的原理分析

在低溫甲醇洗凈化工藝中，分析其工作原理主要是依據(jù)甲醇對(duì)不同氣體具有不同的溶解度，并且可以很好的從多種雜質(zhì)氣體中選擇出最終的氣體。比如對(duì)

CH4、H2以及CO 等有效氣體具有較小的溶解度，而對(duì)CO2、H2S 等酸性氣體的溶解度大。如果CH3OH 在低溫、高壓的情況下，用冷甲醇作為主要的吸收溶劑，在其作用下，可以很好的去除工藝氣體中的雜質(zhì)，比如CO2、H2S 等氣體，進(jìn)而完成吸收過(guò)程。當(dāng)CH3OH 處于高壓、低溫的環(huán)境下，將上述過(guò)程中已經(jīng)吸收雜質(zhì)氣體的CH3OH 利用起來(lái)，然后在經(jīng)過(guò)減壓操作，并進(jìn)行二次加熱實(shí)現(xiàn)再生，將CO2、含高濃度H2S 的氣體、其他雜質(zhì)等進(jìn)行解析回收。此外，經(jīng)過(guò)CO2的分級(jí)解吸，丙烯冷凍后，能夠很好的去除氣體中的水分，從而實(shí)現(xiàn)氣體保持在干燥狀態(tài)中[2]。

3 低溫甲醇洗工藝具體運(yùn)行過(guò)程

在低溫甲醇洗裝置中，氣體吸收裝置和溶劑的再生裝置可以說(shuō)是其中的重要組成部分。包含了中壓閃蒸罐、吸收塔、熱再生塔，還有就是精餾塔、二氧化碳解析塔、共沸塔以及相關(guān)的換熱器。低溫甲醇洗裝置作為一步工藝法的典型工藝，下面對(duì)具體的流程進(jìn)行分析。當(dāng)CO2和H2S 全部在一個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行時(shí)就是一步法工藝，經(jīng)過(guò)閃蒸和汽提的作用，使得吸收塔內(nèi)的CO2被脫除，而熱再生裝置則可以脫除其中的硫化氫，利用此種方法實(shí)現(xiàn)溶劑的再生。將原料氣輸入到換熱器中，經(jīng)過(guò)裝置的作用后進(jìn)行冷卻，而后得到的冷卻氣注入到氣液分離器中，在氣液分離器的作用下經(jīng)過(guò)分離處理，最終得到的氣相進(jìn)入到吸收塔底部，并將硫化氫充分吸收，接著再進(jìn)入吸收塔的上部，將多余的CO2吸收，經(jīng)過(guò)這一系列的過(guò)程，最終得到凈化了的氣體[3]。

在吸收塔的作用下，能夠于中段區(qū)域與底部區(qū)域，獲取到富二氧化碳溶液與富硫化氫溶液。而CH3OH 溶液則經(jīng)過(guò)中壓閃蒸后將一氧化碳和氫氣進(jìn)行回收，經(jīng)過(guò)閃蒸過(guò)程后的CH3OH，在解吸塔內(nèi)部解吸二氧化碳2，二氧化碳經(jīng)過(guò)多級(jí)壓縮后變成液體。如果經(jīng)過(guò)解吸后的甲醇中存在硫化氫和少量的二氧化碳，則可以采用氮?dú)馄釋⑹Ｓ嗟亩趸继崛〕鰜?lái)。在塔頂被解吸出來(lái)的硫化氫轉(zhuǎn)送到H2S 富集器，將硫化氫進(jìn)行回收并進(jìn)行一系列的處理。甲醇-水被送至溶劑的回收階段，在精餾塔頂?shù)玫椒悬c(diǎn)較低的CH3OH 而底部得到水送至廢水處理處。

此種低溫甲醇洗工藝技術(shù)在煤化工行業(yè)中受到了很好的應(yīng)用和推廣，主要是被應(yīng)用于合成氨工藝氣體凈化中，還要就是凈化煤氣過(guò)程。低溫甲醇洗工藝具有較好的選擇性特點(diǎn)，低溫甲醇洗可以將充滿雜質(zhì)的氣體中將H2S、CO2、COS 等進(jìn)行脫除。經(jīng)過(guò)酸性氣體的脫硫脫碳處理，能夠更好的在塔內(nèi)進(jìn)行分段處理，并在處理中進(jìn)行選擇，同時(shí)得到的二氧化碳純度能夠達(dá)到尿素生產(chǎn)的要求，而硫磺則可以直接從富含硫化氫的尾氣中直接回收。此外，低溫甲醇洗凈工藝還具有較大的吸收能力，并且具有較高的凈化度，同時(shí)操作費(fèi)用較低。但也存在一定缺點(diǎn)，由于此項(xiàng)工藝屬于國(guó)外專利技術(shù)，所以在軟件方面需要較大的投入，在加上操作時(shí)需要保證低溫度環(huán)境，主要目的是為了有效回收能量，不需要耗費(fèi)較高的能量，所以工藝流程相對(duì)要非常復(fù)雜，換熱設(shè)備多的缺點(diǎn)[4]。

4 低溫甲醇洗凈化工藝中存在的影響因素分析

4.1 溫度

為了更好的增加H2S、CO2在甲醇中的溶解度，最為有效的方法便是降低吸收溫度。但實(shí)際上，吸收酸性等氣體后會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，所以會(huì)影響吸收效果。應(yīng)當(dāng)注意幾方面：需要將源頭溫度控制在40℃以下；以生產(chǎn)工藝為主制定換熱器的參數(shù)，需要進(jìn)行反復(fù)核算并預(yù)留一定的余量，再進(jìn)行設(shè)計(jì)制造；在處理主洗塔、換熱器以及管線時(shí)，應(yīng)當(dāng)做好保冷措施，對(duì)于丙烯壓縮機(jī)的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)甲醇洗裝置丙烯壓縮機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為參考，要預(yù)留出30%到40%的余量，從而有效的保證吸收塔的冷量供給平衡，可通過(guò)以下方法來(lái)保證甲醇的吸收效果[5]：

(1)為了更好使得吸收塔的冷量平衡，可適當(dāng)調(diào)整增加制冷量，從而使得低溫甲醇洗能夠正常運(yùn)行。(2)當(dāng)甲醇經(jīng)過(guò)減壓閃蒸后，會(huì)出現(xiàn)很大的壓力，此時(shí)可以通過(guò)降低壓力的方式保證節(jié)流閃蒸的制冷量。(3)當(dāng)甲醇洗裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要確保氣液處于低溫狀態(tài)，使得系統(tǒng)可以正常給予冷量。(4)可以增加丙烯壓縮機(jī)的負(fù)荷或者降低對(duì)丙烯的壓力，以此來(lái)增加制冷量。(5)可適當(dāng)增加氣提氮?dú)獾挠昧浚ㄟ^(guò)這種方法提高丙烯冷凍系統(tǒng)的冷量。

4.2 壓力

從粗煤氣供應(yīng)量和相應(yīng)的壓力情況看，需要控制好循環(huán)氣壓縮機(jī)、高壓閃蒸罐、硫化氫濃縮塔的壓力，從而有效提高節(jié)流閃蒸的制冷效果。為了保證好的吸收效果，可采用以下方法：(1)通過(guò)調(diào)整氣液比，使得系統(tǒng)壓力得到提高，加大吸收效果。(2)可以減少吸收塔的出氣量緩解氣量不足的情況，保證吸收高效進(jìn)行。(3)可以關(guān)小吸收塔的出氣閥門，以此來(lái)解決系統(tǒng)大負(fù)荷的變化[6]。

4.3 吸收劑純度

甲醇的純度對(duì)吸收劑的吸收能力有著很大的影響，其中的水含量是主要因素。當(dāng)水分含量增加時(shí)，隨之甲醇吸收能力就會(huì)逐漸降低，當(dāng)水含量持續(xù)增加時(shí)，溶液比重則會(huì)隨之變大，消耗動(dòng)力，這就會(huì)導(dǎo)致管道、閥門等出現(xiàn)腐蝕情況。這主要是由于粗煤氣自身帶有的溫度會(huì)造成吸收塔內(nèi)產(chǎn)生水分，所以要嚴(yán)格控制吸收塔粗煤氣的溫度，進(jìn)行水分去除，控制再生甲醇的純度，需要定期化驗(yàn)，提高再沸器的溫度，確保再生甲醇的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，低溫甲醇洗凈化工藝獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛應(yīng)用，但是卻對(duì)溫度、壓力、吸收劑甲醇的純度具有非常高的要求，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要調(diào)節(jié)好各種操作參數(shù)，從而確保裝置良好運(yùn)行。