煤制油過程中凈化工藝方案及其工藝流程研究

葉 濤

（神華寧夏煤業集團有限責任公司 煤制油項目建設指揮部，寧夏 銀川750011）

0 引言

煤、石油和天然氣是人類賴以生存和發展的三大基礎能源，也是一個國家經濟持續發展和安全穩定的重要保障。石油資源的不足使煤和天然氣在全球能源消費結構中所占的比例日趨上升。

1 凈化工藝方案選擇

目前，合成氣脫除H2S 的方法有改良A.D.A 法、拷膠法、NHD 法，脫除CO2的方法主要有改良熱鉀堿法，NHD 法、MDEA 法、 低溫甲醇洗法（同時脫除H2S）等，但對于Texaco 氣化所生產的煤氣，因為壓力高、硫含量高、CO2含量高等特點，可供選擇的凈化方法主要有以下兩種選擇：

1.1 低溫甲醇洗

低溫甲醇洗法屬于物理吸收，在低溫（－50℃～－60℃），溶劑吸收能力大，溶液循環量小，氣體凈化度高，再生熱耗少，操作費用低，能綜合脫除氣體中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蝕，H2S 濃縮簡單，在原料煤硫含量波動較大的情況下，H2S 的濃度也可滿足硫回收的要求。 上述工藝雖然存在部分設備和工藝管道需要采用低溫鋼材，需要引進國外的低溫材料，所以基建投資高，但其最大優點是溶劑價格便宜，消耗指標和能耗均低于其它凈化工藝，在大型合成氨廠、甲醇廠中普遍采用。

1.2 NHD 脫硫脫碳

NHD 法是中國南化公司研究院等單位開發成功的新技術， 屬于物理吸收凈化技術，該工藝在常溫條件下操作，溶劑無毒，飽和蒸汽壓低，溶劑損失小，再生能耗低，設備材質大部分為碳鋼，取材范圍廣，價格也便宜，相對低溫甲醇洗而言，溶液循環量大，消耗高，另外，NHD溶劑對有機硫的吸收能力差，對高硫煤要增加有機硫水解設備。 該工藝的主要優點是投資少， 能耗低于除低溫甲醇洗以外的其它凈化方法。

低溫甲醇洗與其它方法相比其獨特優點如下：

1）多效脫除性能

可以在一個系統內同時脫除H2S、CO2、COS，輕油、CN－等，并在再生時分別處理，滿足副產CO2產品氣、H2S 濃縮等要求。

2）凈化度高

凈化氣CO2含量最低可達20ppm；總硫≤0.1ppm；水、輕油等完全被脫除。

3）溶液再生方式靈活，滿足不同工藝要求

4）溶液吸收能力大，能耗低

本項目生產以Texaco 氣化煤氣為原料。 凈化裝置所處理的變換氣操作壓力較高，CO2分壓較大， 選擇低溫甲醇洗凈化工藝有著獨特優勢。 這是因為低溫甲醇洗工藝為物理吸收，因此特別適用對于壓力高，酸氣含量高的氣體凈化，在脫碳的同時實現有效的深度脫硫。

2 工藝流程

來自變換工段的3.5MPa（A）、40℃變換氣進入本工段，與循環氣體混合，并在原料氣中注入防止結冰及形成水合物的貧甲醇后，氣體經原料氣冷卻器（E0501）與凈化氣、氣提塔塔頂出來的二氧化碳氣和從H2S 濃縮塔出來的尾氣換熱降溫，經水分離器（V0501）分離出冷凝的甲醇－水混合物后，原料氣從底部進入甲醇洗滌塔（T0501），與自上而下的貧甲醇逆流接觸，脫除氣體中的CO2、H2S 和COS 等酸性氣體，塔頂出來的凈化氣經過E0517 和E0501 換熱升溫后去下一工段。

從水分離器（V0501）分離出的甲醇、水混合物經甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）加熱后進入甲醇水分離塔（T0505）中上部。

在甲醇洗滌塔（T0501）上部，用來自熱再生工段低溫貧甲醇液脫除CO2，在甲醇洗滌塔（T0501）底部對H2S、COS 進行吸收，CO2吸收的溶解熱部分通過去下塔的甲醇帶走， 再通過循環甲醇冷卻器（E0506）用來自H2S 濃縮塔（T0503）的冷甲醇液冷卻循環甲醇及通過3# 甲醇急冷器（E0505）用冷凍劑冷卻循環甲醇，帶走部分熱量。

由于CO2在甲醇中的溶解度比H2S 在甲醇中的溶解度低，送入甲醇洗滌塔中CO2脫除段的甲醇流量要比送入H2S 脫除段的要大。甲醇洗滌塔（T0501）CO2脫除段中多余的甲醇從塔的中部抽出。

甲醇洗滌塔（T0501）底部富含H2S 甲醇通過甲醇換熱器（E0507）和1# 甲醇急冷器（E0503）分別被溫度較低的甲醇和冷凍劑液氨冷卻。經過冷卻， 這部分甲醇減壓膨脹后壓進入1# 循環氣閃蒸罐（V0502）回收閃蒸出來的H2。 來自1# 循環氣閃蒸罐（V0502）的閃蒸氣經循環氣壓縮機（C0501）壓縮，經壓縮機后冷卻器冷卻，在進入原料氣冷卻器之前并入上游變換氣中。

來自甲醇洗滌塔（T0501）的富含CO2甲醇與上述過程一樣，先經甲醇換熱器（E0507）和2# 甲醇急冷器（E0504），分別被來自CO2氣提塔給料泵（P0502A，B）的甲醇和冷凍劑液氨冷卻，減壓膨脹后進入2#循環氣閃蒸罐（V0503），閃蒸后的閃蒸氣再經1#循環氣閃蒸罐（V0502）由循環氣壓縮機（C0501）壓縮。

來自2#循環氣閃蒸罐（V0503）的富含CO2的甲醇先膨脹進入CO2氣提塔頂，在氣提塔（T0502）中，富含CO2甲醇液膨脹后產生無硫CO2氣體，經原料氣冷卻器（E0501）回收冷量后與來自H2S 濃縮塔（T0503）的尾氣一起經高點放空。

從CO2氣提塔（T0502）中較低的升氣管式塔板上抽出來的溫度較低的甲醇液送入H2S 濃縮塔（T0503）的中上部，來自CO2氣提塔（T0502）底部的富含H2S 甲醇也進入H2S 濃縮塔下段。 為了提高裝置H2S 餾分的濃度， 在H2S 濃縮塔下部用來自空分工段的低壓氮氣對CO2進行氣提，同時在塔的上部，用來自CO2氣提塔（T0502）頂部的另一股沒有被用作CO2氣提塔（T0502）回流洗滌液的無硫甲醇對氣提出來的H2S 和CO2進行洗滌。 出H2S 濃縮塔的尾氣基本上不含硫，經原料氣冷卻器（E0501）換熱后與來自CO2氣提塔（T0502）的CO2氣一起放空。

從H2S 濃縮塔（T0503）升氣管式塔板上抽出溫度較低的甲醇液作為冷卻劑先后用在3# 貧甲醇冷卻器（E0508）、循環甲醇冷卻器（E0506）及甲醇換熱器（E0507），在經過循環甲醇冷卻器（E0506）換熱升溫后進入甲醇閃蒸罐（V0507），閃蒸出來的閃蒸氣進入CO2氣提塔（T0502）的底部與來自上部的甲醇逆流接觸脫除閃蒸氣H2S 的組分。 來自甲醇閃蒸罐（V0507）的閃蒸液經CO2氣提塔（T0502）給料泵（P02A，B）加壓后進入甲醇換熱器（E0507）作為冷卻劑，在此換熱過程中產生的閃蒸氣在進入CO2氣提塔（T0502）脫硫之前在CO2氣提塔（T0502）底部進行分離。

從H2S 濃縮塔（T0503）底部出來的富含H2S 甲醇經甲醇再生塔給料泵（P0503A，B）通過2# 貧甲醇冷卻器（E0509）、1# 貧甲醇冷卻器（E0510）進入甲醇再生塔（T0504）。 在甲醇再生塔（T0504）中由甲醇再生塔再沸器（E0511）加熱產生的甲醇蒸汽及來自甲醇水分離塔（T0505）的甲醇蒸氣氣提，對富甲醇中所含有的H2S 及CO2進行完全解吸，甲醇再生塔（T0504）頂部氣體經甲醇再生塔回流冷卻器（E0512）、酸性氣換熱器（E0514）及甲醇再生塔回流冷凝器（E0513）分別被冷卻水、冷酸性氣及冷卻劑液氨冷卻。冷凝液經H2S 濃縮塔（T0503）底部及經甲醇再生塔回流泵（P0506A，B）送回甲醇再生塔（T0503）頂部。 離開酸性氣分離器（V0505）的酸性氣，通過酸性氣換熱器（E0514）加熱后作為硫回收工段原料，離開本工段。

離開甲醇再生塔（T0504）塔底經過再生的貧甲醇在1# 貧甲醇冷卻器（E0510）中冷卻到42℃，經甲醇收集槽（V0504）緩沖，再用貧甲醇泵（P0504A，B）升壓。升壓后的貧甲醇經水冷卻器（E0518）、2#貧甲醇冷卻器（E0509）、3#貧甲醇冷卻器（E0508）冷卻后進入甲醇洗滌塔（T0501）。

來自水分離器（V0501）的甲醇和水混合物冷凝液經甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）加熱，送入甲醇水分離塔（T0505），通過蒸餾將水和甲醇進行分離。該塔由甲醇水分離塔再沸器（E0515）進行加熱，塔頂甲醇蒸汽送甲醇再生塔（T0504），而水作為廢水排出，送往污水處理系統。甲醇水分離塔（T0505）所需的回流甲醇由甲醇再生塔（T0504）再生甲醇提供，通過甲醇水分離塔給料泵（P05OSA，B），經甲醇水分離塔給料加熱器（E0516）冷卻后入塔。

大部分循環的再生甲醇，通過甲醇粗過濾器除去甲醇循環系統中的固體及其他顆粒， 甲醇粗過濾器位于甲醇再生塔給料泵（P0503A，B）的下游，進入甲醇再生塔（T0505）的回流甲醇在進入甲醇再生塔之前要經過甲醇過濾器（50501）進行過濾以除去固體及其它顆粒。

來自硫回收工段的尾氣含有少量H2S，進入H2S 濃縮塔底部，甲醇洗滌后和尾氣一起排入大氣。 為了提高去硫回收工段的H2S 濃度，一部分來自酸性氣分離器的酸性氣體循環進入H2S 濃縮塔（T0503）的下部。循環的CO2離開H2S 濃縮塔（T0503）塔頂，同時循環H2S 用甲醇進行洗滌。

為了減少甲醇損失，配置有甲醇污水系統，各個支管將所有泄露甲醇的設備連接到總管， 總管將泄露的甲醇收集起來匯入排放甲醇槽。配置的污甲醇泵可將排放甲醇送入甲醇水分離塔（T0505）。安裝在原料貯存工段的甲醇貯罐用于貯存甲醇，并裝有甲醇供給泵。 該貯槽可在停工時收集甲醇。

3 結束語

總之，全球經濟的高速發展，打破了能源的供需平衡。石油作為一種由于大量開發利用而日漸稀缺的資源， 今后價格將會波動上升，其上漲幅度將遠大于煤炭、天然氣價格的增長，因此尋求新的替代能源勢在必行。

［1］謝克昌. 煤的結構與反應性[M].北京：科學出版社，2002

［2］朱肖曼. 煤液化油基本性質的研究[D]. 煤炭科學研究總院，2006