鞏守龍（陜西未來(lái)能源化工有限公司，陜西　榆林　719000）

低溫甲醇洗工藝發(fā)展及國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

鞏守龍（陜西未來(lái)能源化工有限公司，陜西榆林719000）

隨著煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過(guò)程中不可或缺的工藝流程。本文介紹了低溫甲醇洗的工藝原理，以及目前應(yīng)用較多的林德公司和魯奇公司的低溫甲醇洗工藝流程，討論了國(guó)內(nèi)的應(yīng)用及研究進(jìn)展。

低溫甲醇洗；工藝介紹；國(guó)產(chǎn)化

低溫甲醇洗工藝是上世紀(jì)50年代初由德國(guó)林德公司和魯奇公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種氣體凈化技術(shù)。該工藝是采用物理吸收的方法，以甲醇為吸收劑，利用其在低溫下（～40℃以下）對(duì)酸性氣體（包括CO2、H2S、COS等）極好的溶解性和選擇性，脫除雜質(zhì)氣體的分離凈化手段。首套工業(yè)化低溫甲醇洗示范裝置于1954年由魯奇公司在南非薩索爾公司建成，目前該工藝已在甲醇合成、城市煤氣、工業(yè)制氫、羥基合成等生產(chǎn)過(guò)程中被廣泛應(yīng)用［1］。

1　低溫甲醇洗工藝介紹

1.1工藝原理

亨利定律是低溫甲醇洗遵循的基本原理，其內(nèi)容為：在定溫和平衡狀態(tài)下，一種氣體在溶液中的溶解度與其平衡壓力成正比。

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P=kX

其中：X—平衡時(shí)氣體在液體中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

P—平衡時(shí)液面上方該氣體的分壓；

k—亨利常數(shù)，其數(shù)值與溫度、液面上方氣體總壓、氣體和溶劑性質(zhì)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)溶質(zhì)和溶劑一定時(shí)，在定溫下k為定值。亨利定律僅適用于稀溶液，壓力不高的情況。

在高壓下，亨利定律修正如下：（1）溶解度系數(shù)隨溫度下降而增加。（2）甲醇中溶解的H2會(huì)降低CO2的溶解度；H2S、COS、CO2在甲醇中的溶解度隨其中水含量增加而急劇減小。（3）甲醇吸收CO2后，H2S、COS在其中的溶解度會(huì)下降。

1.2甲醇作為吸收劑的特點(diǎn)

甲醇是極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑，各氣體組分的能力差異很大。在～40℃時(shí)，COS、H2S、CO2等酸性氣體在甲醇中溶解度較大，CO、H2、N2等氣體在其中溶解度較小。利用亨利定律，能夠選擇性脫除酸性氣體，保留有效氣體，并實(shí)現(xiàn)甲醇再生循環(huán)利用的目的。

甲醇作為吸收劑有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)COS、H2S、CO2等氣體吸收能力較強(qiáng)，所需溶液循環(huán)量小，動(dòng)力消耗少。（2）對(duì)原料氣中各組分吸收選擇性好，有效氣體損失少。（3）蒸汽壓和沸點(diǎn)低，再生蒸餾需要蒸汽量少，溶液損失小。（4）化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，在惡劣的操作環(huán)境下，不易分解變質(zhì)，不起泡；對(duì)管道和設(shè)備腐蝕性?。ㄋ啃∮?%時(shí)）。（5）凝固點(diǎn)低，正常條件下不會(huì)凍堵管道。（6）黏度小，傳質(zhì)和傳熱效率高，輸送溶液的動(dòng)力消耗低。（7）甲醇廉價(jià)易得，常溫常壓下穩(wěn)定。

1.3林德公司和魯奇公司低溫甲醇洗工藝介紹［2］

林德公司工藝為一步法脫碳脫硫，多為五塔工藝。原料氣經(jīng)過(guò)少量噴淋甲醇后，降溫后進(jìn)入洗滌塔，脫硫和脫碳在一個(gè)塔中分若干段脫除。工藝采用專(zhuān)利設(shè)備高效繞管式換熱器，提高換熱效率，尤其是多股物料同時(shí)換熱，簡(jiǎn)化了工藝流程，便于設(shè)備管道集中布置，節(jié)省占地。入工段設(shè)置洗氨塔，利用鍋爐水吸收原料氣中NH3、HCN等雜質(zhì)。在甲醇循環(huán)中設(shè)置溶液過(guò)濾器，除去FeS、NiS、催化劑顆粒、炭粉等固體雜質(zhì)，防止其在系統(tǒng)中積聚堵塞管道和設(shè)備。

魯奇公司工藝為一步法脫碳脫硫，多為六塔工藝。流程中除原料氣冷卻器外，多采用列管式換熱器。脫硫和脫碳既有設(shè)計(jì)在單塔中進(jìn)行，也有設(shè)計(jì)在雙塔中進(jìn)行的情況。洗滌塔設(shè)置預(yù)洗段，除去原料氣中的NH3、HCN等雜質(zhì)；定期排放富含NH3、HCN的甲醇，避免積累；貧甲醇管線設(shè)置過(guò)濾器等技術(shù)都成為魯奇公司的亮點(diǎn)。

2　國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展

2.1工藝技術(shù)的引進(jìn)

自1981年原化工部引進(jìn)林德公司低溫甲醇洗專(zhuān)利技術(shù)（8MPa五塔流程），用于國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)引進(jìn)的渣油制氨裝置以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于低溫甲醇洗技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣。之后引進(jìn)渣油制氨裝置的同時(shí)，引進(jìn)了魯奇公司低溫甲醇洗專(zhuān)利技術(shù)（5MPa六塔流程）。隨后，在山西潞城的合成氨裝置中，低溫甲醇洗專(zhuān)利技術(shù)（3MPa九塔流程）被成功引入中國(guó)。

隨著近年來(lái)煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過(guò)程中不可或缺的工藝流程。神華、大唐、中煤和兗礦等煤化工企業(yè)都采用低溫甲醇洗裝置。

2.2工藝國(guó)產(chǎn)化［3］

工藝國(guó)產(chǎn)化包括設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)化，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)國(guó)產(chǎn)化。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)高校和科研院所等有關(guān)部門(mén)進(jìn)行了不懈的努力，并取得了成果。20世紀(jì)七十年代末，中石化蘭州設(shè)計(jì)院研究了低溫甲醇洗系統(tǒng)氣液相平衡模型，并計(jì)算出36個(gè)二元體系的交互作用系數(shù)；浙江大學(xué)和上?；ぱ芯吭禾接懥说蜏叵赂鞣N氣體在甲醇中的溶解度及富CO2、H2S甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)，并測(cè)定出部分二元體系的相平衡常數(shù)。

在中石化和蘭州設(shè)計(jì)院協(xié)助下，大連理工大學(xué)經(jīng)過(guò)艱苦不懈的努力，完成低溫甲醇洗系統(tǒng)計(jì)算軟件。此工藝與林德公司工藝相似，但是冷負(fù)荷和設(shè)備投資更低。

在工藝設(shè)備制造方面，金州重型機(jī)械廠已成功在低溫甲醇洗部分低溫設(shè)備上使用了低溫鋼材加工技術(shù)；開(kāi)封空分集團(tuán)制造的高壓繞管式換熱器已能夠成功替代進(jìn)口設(shè)備。在低溫甲醇洗的關(guān)鍵設(shè)備上，我國(guó)一定程度上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

3　結(jié)語(yǔ)

目前直接引進(jìn)技術(shù)投資費(fèi)用較高，企業(yè)應(yīng)與各高校和科研院所緊密合作，自主創(chuàng)新，努力拼搏，提高競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)最大化效益，開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化的工藝技術(shù)，不斷提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。隨著新型煤化工的繁榮發(fā)展，低溫甲醇洗技術(shù)將擁有更廣闊的前景和未來(lái)。

［1］朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：200～230.

［2］薛天祥.對(duì)兩種低溫甲醇洗法凈化合成氣工藝的看法［J］.煤化工，1997，25（1）：3～7.

［3］宋廷生.國(guó)產(chǎn)低溫甲醇洗技術(shù)開(kāi)花結(jié)果［N］.中國(guó)化工報(bào)；2009年.

鞏守龍(1988-)，男，山東鄒城人，漢族，現(xiàn)職稱(chēng)：助理工程師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：變換氣凈化。