低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用

孫洪濤（南京誠(chéng)志永清能源科技有限公司，江蘇 南京

210000）

我國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量比較大，天然氣和石油的含量比較少，資源儲(chǔ)量決定了我國(guó)的煤炭使用量高于其他不可再生能源的使用量，石油、天然氣甚至是石油化產(chǎn)業(yè)鏈很大一部分的運(yùn)行需要進(jìn)口來(lái)實(shí)現(xiàn)。減少對(duì)國(guó)外進(jìn)口的石油和天然氣，增加內(nèi)部原料的產(chǎn)量，是國(guó)家能源部門需要攻克的難題。先進(jìn)的煤化工可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，是順利代替石油化工的非常重要的產(chǎn)品。

溶液吸收法在化學(xué)工藝中的應(yīng)用非常廣泛，溶液吸收法具體來(lái)說(shuō)是化學(xué)和物理吸收兩類[1]。物理方式的吸收手法是將H2S、CO2、CS2等可以溶于水或者能溶于一些特定溶劑的方法?；瘜W(xué)吸收法是運(yùn)用H2S、CO2等氣體，這些氣體具有一定的酸性，用氨水、有機(jī)氨等堿性物質(zhì)制成的溶液將對(duì)應(yīng)的物質(zhì)吸收。

1 低溫甲醇洗技術(shù)的工藝原理

1.1 低溫甲醇洗技術(shù)工藝原理

（1）低溫高壓狀態(tài)下，甲醇溶液中加入酸性氣體，其溶解性很大，甲醇的循環(huán)量有限，動(dòng)力消耗值比較高。

（2）在這個(gè)過(guò)程中含有非常大的凈化值，甲醇洗的處理塔內(nèi)排出的CO2經(jīng)過(guò)處理后僅含有7 mg/L，CH3OH 的含量約為9mg/L，S的含量低于1mg/L，因此工藝的優(yōu)勢(shì)比較明顯[2]。

（3）選擇性較好，在這個(gè)工藝中，甲醇內(nèi)具有酸性的氣體的溶解度非常高，大約是H2的100 倍以上，在反應(yīng)的過(guò)程中消耗的氣體總量可以忽略不計(jì)。

（4）甲醇是非常優(yōu)質(zhì)的吸收劑，甲醇在制取的過(guò)程中價(jià)格比較便宜，費(fèi)用比較低，制取的原料也容易獲取。

1.2 低溫甲醇洗的工藝原理

（1）變換氣從進(jìn)料器中經(jīng)過(guò)后，然后分別進(jìn)入分離器、冷卻器，分離器中分離的氣體進(jìn)入CO2吸收塔里，經(jīng)過(guò)H2S、CS2和CO2后，處理后的氣體上升排出塔外，再穿過(guò)一級(jí)和二級(jí)冷卻器，氣體溫度升高后進(jìn)入甲醇合成單元之中，壓縮成一個(gè)單元[3]。

（2）多次冷卻過(guò)后，含量較低的甲醇到CO2吸收塔的上部區(qū)域，甲醇液體從上而下與變換氣逆流進(jìn)行充分的接觸，將氣體中的CO2除去，CO2的含量通過(guò)甲醇循環(huán)量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。在中間過(guò)程中引出的甲醇液使用氨冷器進(jìn)行冷卻，從而減少溶解熱引起的升溫的不利影響。

（3）在吸收塔底部，甲醇的液體幾乎都能流入閃蒸罐之中，余下的少量液體先經(jīng)過(guò)氨冷器，再經(jīng)過(guò)回流后運(yùn)送至脫硫處內(nèi)，在這個(gè)過(guò)程中H2S 和CS2被吸收，從塔內(nèi)流出的含硫液體重新回到硫甲醇的蒸汽罐之中。

（4）為了節(jié)省CO和H2的使用量，從閃蒸罐中出來(lái)的氣體通過(guò)進(jìn)行加壓出來(lái)然后運(yùn)送至進(jìn)料冷卻器前和氣體進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)H2S 和CS的回收。

（5）閃蒸罐的下方在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生無(wú)硫甲醇富液、含硫甲醇富液，這些液體進(jìn)入H2S的濃縮塔之中。將N2輸送至塔內(nèi)，把CO2運(yùn)送到塔的頂端，經(jīng)過(guò)處理后，使用尾氣冷卻器將氣體送至高空中放出。

（6）甲醇中含有的少量CO2和

溶解的H2S 通過(guò)再沸器提供的熱量實(shí)行熱再生，塔頂出來(lái)的氣體，經(jīng)過(guò)多次的分離和冷卻、甲醇經(jīng)過(guò)一級(jí)冷凝液回流、二級(jí)冷凝液回流的換熱，H2S進(jìn)入濃縮塔的底部。

2 低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工的實(shí)際應(yīng)用

2.1 煤制甲醇工藝

甲醇屬于飽和醇，他是醇中最簡(jiǎn)單的構(gòu)造，是化工原料的重要材料之一，是非常清潔的液體染料，已經(jīng)在工業(yè)中運(yùn)用的非常多。目前約有三成左右的甲醇用來(lái)生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品甲醛，另一個(gè)重要用途是生產(chǎn)甲基化劑，同時(shí)也生產(chǎn)甲氨、丙烯酸甲酯等衍生產(chǎn)物，甲醇也能生成醋酐、碳酸二甲酯、醋酸、甲酸甲酯等一系列衍生物?；ば袠I(yè)的進(jìn)步有目共睹，甲醇也成功的制成了乙醛、乙二醇等衍生物。通過(guò)近些年來(lái)化工實(shí)踐的不斷發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)在煤制工藝中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

（1）能夠精準(zhǔn)調(diào)控氣體內(nèi)含有CO2的具體值。煤制的甲醇工藝內(nèi)含有一定量的CO2氣體，這樣可以減少二甲醚在反應(yīng)過(guò)程中的產(chǎn)出量，也會(huì)在一定程度上一致CO 向CO2轉(zhuǎn)化，對(duì)微調(diào)觸煤床層內(nèi)的穩(wěn)定非常有利，防止溫度過(guò)高，最大程度保護(hù)了催化劑的活性，降低催化劑的結(jié)碳，對(duì)增加催化劑的使用壽命具有積極的作用。在這個(gè)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制凈化空氣中CO2的含量在（3.42±0.2）%之間。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，如果CO2的含量偏離范圍內(nèi)的值，可以實(shí)行熱再生工況、控制循環(huán)量、氨冷器、精洗段氣相旁路等方式微調(diào)。

（2）在快速的調(diào)整中控制空氣中的硫的含量值，要低于0.1mg/L。甲醇和合成時(shí)，很多硫化物在合成的過(guò)程中，如果控制不好會(huì)使催化劑中毒，使催化劑的活性減少，降低催化劑的總體使用水平。在平時(shí)的生產(chǎn)時(shí)，若總硫的含量超過(guò)限定值時(shí)，使用冷卻和循環(huán)量的方式可以微調(diào)，可以將總硫控制在合理的范圍內(nèi)。

（3）吸收的選擇性比較大。CO2和H2S可以實(shí)現(xiàn)在同個(gè)設(shè)備的不同部位或者是不同設(shè)備進(jìn)行吸收，在不同條件和設(shè)備進(jìn)行回收時(shí)，在低溫條件下，甲醇溶液中的CO2和H2S的溶解度都很高，吸收溶液的循環(huán)量都比較小，特別是當(dāng)原料氣體壓力比較大時(shí)這個(gè)現(xiàn)象更加明顯。低溫時(shí)，甲醇溶液在CO 和H2的溶解度比較小，甲醇的蒸汽壓也比較低，有用氣體和溶劑的損失處于比較低的狀態(tài)。

（4）調(diào)節(jié)H2S 的濃度。不斷的調(diào)整H2S 回到濃縮塔循環(huán)氣流量。使得塔內(nèi)的半貧甲醇的工藝條件處于穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)酸性氣體中H2S和回收需要硫工藝值互相平衡。

2.2 煤制天然氣工藝

煤制天然氣的研究工作是國(guó)家的重點(diǎn)工程，是國(guó)家煤化工的重點(diǎn)需要攻克的難題。煤制天然氣會(huì)合成較高的數(shù)值，工藝簡(jiǎn)單同時(shí)制成工藝相對(duì)成熟，大力發(fā)展煤制天然氣對(duì)全國(guó)能源的穩(wěn)定具有非常積極的作用，同時(shí)可以在一定程度有效上緩解大氣污染的問(wèn)題。煤氣化制造天然氣的工藝的原料是煤炭，水煤漿經(jīng)過(guò)加壓氣化后制成粗糙的煤氣，低溫條件下甲醇的制取裝置將酸性氣體去除，再進(jìn)入合成單元合成天然氣。在煤田中，采煤后直接合成天然氣輸送到最近的天然氣管網(wǎng)，通過(guò)專業(yè)化處理將天然氣運(yùn)送至終端用戶，這種方式可以高效使用天然氣，可以將媒體變成清潔能源。

天然氣的生產(chǎn)原料中含有很高的硫，若使用RTO 裝置，經(jīng)過(guò)處理后氣體中的SO2含量非常高，在氣體的后端加入一個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)脫硫，無(wú)形之中會(huì)增加設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本。運(yùn)用低溫甲醇的洗工藝，能有效除去原料中的硫含量，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)成本和設(shè)備的穩(wěn)定和平衡。

2.3 煤制油工藝

采取油制取煤的方式，將煤液化然后制取油。水煤漿在加壓加氣的條件下制成比較粗糙的煤氣，經(jīng)過(guò)變化后，建立比較合適的碳?xì)浔?。甲醇?jīng)過(guò)低溫的裝置可以高效的除去氣體中的酸性氣體，再進(jìn)入合成單元，合成油等產(chǎn)物。實(shí)現(xiàn)相關(guān)步驟可以使用低溫甲醇洗工藝，合成煤制柴油，與傳統(tǒng)的柴油和石油相比，煤制品屬于清潔的能源，燃燒產(chǎn)物很清潔。

3 結(jié)語(yǔ)

低溫甲醇洗技術(shù)在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中可以明顯去除H2S和CO2，已經(jīng)成為了煤化工項(xiàng)目的重要組成技術(shù)，隨著國(guó)家對(duì)能源的需求越來(lái)越精細(xì)化，低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用空間更加廣泛。