煤制甲醇項(xiàng)目凈化工藝分析

張 靖，路 意

（鄂爾多斯市昊華國泰化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017400）

現(xiàn)階段國內(nèi)的煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目工藝路線基本固定，分別通過煤炭氣化、變換、凈化及合成反應(yīng)制取。在這個(gè)過程中，氣化裝置會(huì)產(chǎn)生大量的粗煤氣，其中除了有一部分氫氣、一氧化碳有效組分外，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氮?dú)?、硫化氫以及其他雜質(zhì)氣體，甚至?xí)ㄖ亟饘贇怏w，導(dǎo)致甲醇合成過程中催化劑的質(zhì)量下降，甚至失活，需要及時(shí)予以去除，這就凸顯出煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目凈化環(huán)節(jié)的重要意義。為了進(jìn)一步探討煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目凈化技術(shù)的選擇，現(xiàn)就凈化工藝的特征分析如下。

1 煤氣凈化工藝概述

1.1 低溫甲醇洗技術(shù)

低溫甲醇洗工藝技術(shù)屬于一種利用物理吸收技術(shù)為主的凈化工藝類型。該工藝類型通過冷甲醇作為酸性氣體吸收介質(zhì)在零下-60℃實(shí)現(xiàn)酸性氣體的吸收。在這個(gè)溫度條件下，酸性氣體的溶解度會(huì)大幅提升，所以溶解的效果也會(huì)極大提升。通過在這個(gè)溫度下進(jìn)行分段選擇吸收，能夠有效去除各種有機(jī)物與無機(jī)物雜質(zhì)，提升生產(chǎn)的產(chǎn)品純凈度。該技術(shù)最早由德國魯奇公司進(jìn)行改造后實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備在國外有廣泛的應(yīng)用，并在20世紀(jì)70年代引入到我國被廣泛使用，主要用于煤炭原材料合成氨裝置生產(chǎn)，通過該技術(shù)類型來解決酸性氣體超標(biāo)的問題。國際上低溫甲醇洗工藝技術(shù)主要包括魯奇與林德兩種技術(shù)類型。其中魯奇公司的工藝流程分別包括氣化、脫硫、變換與脫碳等環(huán)節(jié)，而變換主要是在脫硫與脫碳中間環(huán)節(jié)。林德公司的低溫甲醇洗則主要是在變換后通過選擇性的脫碳來實(shí)現(xiàn)其最終的脫除目的。隨著近些年來甲醇洗工藝技術(shù)不斷提升，也衍生出了許多新的技術(shù)類別，以此來針對不同的原材料進(jìn)行針對性的脫除，提升了酸性氣體的脫除效果。

我國的低溫甲醇洗技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，這個(gè)時(shí)期借助于國外的領(lǐng)先技術(shù)，再結(jié)合我國的技術(shù)研究現(xiàn)狀，由浙江大學(xué)、中石化蘭州設(shè)計(jì)院以及大連理工等多家研究組織共同研發(fā)，無論是從理論還是從實(shí)踐領(lǐng)域都取得了一定的進(jìn)展。其中，上?；ご髮W(xué)實(shí)現(xiàn)了科研成果的轉(zhuǎn)化，同時(shí)在熱力學(xué)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定方面取得了一定的成果，提升了工作的實(shí)踐效果。目前，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)不斷成熟，凈化裝置采用低溫甲醇洗工藝后，裝置的穩(wěn)定性也得到了有效的提升，無論是低溫甲醇洗工藝還是設(shè)計(jì)施工方面都取得了長足的進(jìn)步。

1.2 NHD技術(shù)

NHD 技術(shù)最早由天辰化工集團(tuán)開發(fā)成功，該技術(shù)同樣屬于物理吸收技術(shù)。相比于其他氣體而言，其對于二氧化碳、硫化氫具有很強(qiáng)的吸收性能，不過對于硫化碳的吸收效果較差。根據(jù)研究結(jié)論發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的高質(zhì)量脫除，脫除后的含量在0.1%以內(nèi)。同時(shí)硫化氫的體積也可以得到很好的控制，一般會(huì)在很低的數(shù)值。另外，通過凈化技術(shù)添加精制脫硫裝置，效果會(huì)更加明顯。

2 低溫甲醇洗與NHD工藝的對比

2.1 工藝流程對比

對比低溫甲醇洗、NHD 工藝流程后可以發(fā)現(xiàn)，低溫甲醇洗工藝技術(shù)的穩(wěn)定性很強(qiáng)，具有技術(shù)穩(wěn)定、能耗低的特征。另外，由于氣體的凈化度比較高，所以合成氣中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)能夠得到很好的控制，同時(shí)也會(huì)聯(lián)動(dòng)解決硫化氫含量較高的問題。另外，其同樣具有價(jià)格優(yōu)勢突出、能耗低以及循環(huán)性強(qiáng)的特征。除此之外，由于生產(chǎn)控制的費(fèi)用較低，所以技術(shù)優(yōu)越性十分明顯。當(dāng)然，相比于NHD 技術(shù)，其同樣存在工藝投資更高且低溫材料的要求高的問題，這也在客觀上導(dǎo)致一些小規(guī)模企業(yè)可能無法進(jìn)行該項(xiàng)目的使用。NHD 技術(shù)相比該技術(shù)而言，具有重點(diǎn)清除二氧化碳的效果，同時(shí)該工藝對于硫化碳的吸收能力較差，所以必須要添加專門的脫硫脫碳設(shè)備進(jìn)行水解操作，這樣一來就會(huì)導(dǎo)致操作的流程變得十分復(fù)雜。

2.2 技術(shù)類型對比

對比兩組生產(chǎn)模式的技術(shù)類型。其中，林德低溫甲醇洗技術(shù)采用了專用設(shè)備高效繞管換熱器，該設(shè)備具有很高的換熱效率，可以實(shí)現(xiàn)組合換熱，同時(shí)占地面積小，能耗相對較低，具有不錯(cuò)的投資回報(bào)價(jià)值。不過，由于該設(shè)備屬于國外進(jìn)口設(shè)備，原料氣的后續(xù)生產(chǎn)會(huì)需要少量的循環(huán)甲醇，為了避免出現(xiàn)結(jié)冰導(dǎo)致?lián)Q熱管束阻塞影響換熱效率，需要做好回路的科學(xué)設(shè)置與日常維護(hù)，成本較高。在甲醇溶劑循環(huán)過程中，還需要添加專用的甲醇過濾器，以快速過濾各種固體雜質(zhì)，提升整體的結(jié)晶度。大多數(shù)情況下，氮?dú)獾钠峁に嚲捎脻饪s模式，工藝特征是單塔氣提濃縮、固定回收，原料氣可以實(shí)現(xiàn)提前預(yù)冷處理，并且流程相對較為簡單。

魯奇低溫甲醇洗工藝中使用了工藝換熱設(shè)備，該設(shè)備主要由國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)計(jì)完成，成本較低，相比于林德設(shè)備具有投資方面的優(yōu)勢。從工藝的適應(yīng)性方面來看，其能夠?qū)崿F(xiàn)硫化氫、二氧化碳的分塔吸收，同時(shí)原料氣能夠經(jīng)過三級預(yù)冷，工序的完整度較高，同時(shí)本身采用了管殼換熱器，所以容易清洗，使用過程中存在消耗量大的問題，所以能耗普遍偏高。

相比于林德工藝，魯奇低溫清洗技術(shù)缺乏中間循環(huán)甲醇環(huán)節(jié)，所以全部能源均需要外部提供，同時(shí)循環(huán)量較高，吸收塔的面積需求也比較高。但是系統(tǒng)冷量主要以外部的能耗提供，操作起來更為便捷。近年來魯奇公司的低溫甲醇洗設(shè)備進(jìn)行了升級，整體適應(yīng)性得到了提升，成本也在縮減，適應(yīng)于較小規(guī)模的投資生產(chǎn)活動(dòng)。

3 煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目凈化效果分析評價(jià)

3.1 技術(shù)裝置適應(yīng)性

從技術(shù)的適應(yīng)性上來看，目前國內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)都選擇了低溫甲醇洗技術(shù)，相比于NHD 技術(shù)而言其適應(yīng)性更為廣泛，同時(shí)投資的回報(bào)率較高。NHD 技術(shù)存在的缺陷較為明顯，但是畢竟投資需求較低，所以能夠適應(yīng)一些中小企業(yè)的投資使用環(huán)境。

3.2 低溫甲醇洗工藝升級成果

低溫甲醇洗技術(shù)的應(yīng)用需要結(jié)合工藝現(xiàn)狀以及企業(yè)的具體投資預(yù)算情況，魯奇工藝與林德工藝都可以達(dá)到工藝生產(chǎn)的效果，各自具有成熟的技術(shù)流程與特征，能夠滿足不同類型的酸性氣體的清洗要求，消耗實(shí)際差異不大，但是林德工藝設(shè)備的投資較高，所以在需求差異不大的情況下可以優(yōu)先選擇魯奇低溫甲醇洗工藝模式。

3.3 其他評價(jià)

在實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)過技術(shù)改造與流程應(yīng)用，冷負(fù)荷以及投資比例取得了良好的平衡。在本次研究中，項(xiàng)目案例的工藝成本降低10%左右，同時(shí)冷量需求得到了很好的控制和滿足。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段全球范圍內(nèi)煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目的合成凈化技術(shù)相對比較固定，均是以低溫甲醇洗技術(shù)為基本條件，個(gè)別應(yīng)用NHD 技術(shù)裝置來進(jìn)行輔助，而其中大多數(shù)都集中于中小型企業(yè)中。為了確定低溫甲醇洗工藝的穩(wěn)定性，需要考慮國內(nèi)低溫甲醇清洗技術(shù)的應(yīng)用效果，同時(shí)參考國內(nèi)外的現(xiàn)狀來選擇相適應(yīng)的技術(shù)類型，確保氣化配套設(shè)備與具體方案。根據(jù)綜合判斷與實(shí)際煤制甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目效果評價(jià)來看，林德技術(shù)相比較而言適應(yīng)性更好，能夠有效提升低溫甲醇洗的工藝技術(shù)成果，同時(shí)也有利于其他方面的評價(jià)。對合成氣環(huán)節(jié)而言，實(shí)施凈化需要考慮到德士古氣化、急冷流程，這樣可以提升工藝的適應(yīng)性。