低溫甲醇洗工藝的研究進展與應用

張磊（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

低溫甲醇洗工藝是一項非常重要的現代化工工藝，尤其是在煤化工領域，得到了充分的應用。結合我國“煤多、油貧、氣少”的能源國情，低溫甲醇洗工藝具有更加深刻的實用價值。

1 低溫甲醇洗工藝概述

低溫甲醇洗工藝出現在上世紀50年代，有德國魯奇公司和林德公司共同開發形成。作為一種氣體凈化工藝，其原理是利用低溫下的甲醇物理特性，是一種純粹的物理吸收過程，因此不需要復雜的工藝和裝置。

近年來，隨著我國經濟的發展以及對能源多樣性的需求加劇，這讓原本儲量不多的石油和天然氣資源日趨供應緊張。為了緩和這一矛盾，充分發揮煤炭資源豐富的優勢，大力發展煤化工產業就成了必然選擇。

以煤炭為主要原來的化工生產主要包括合成氨、合成甲醇、合成天然氣等，粗合成氣中含有大量需要凈化的成分，如二氧化碳、硫化氫、二氧化硫等酸性氣體，如果不加以凈化是無法直接應用的。低溫甲醇洗工藝的應用環境很寬泛，無論是直接液化、間接液化以及煤氣化，都可以進行酸性氣體凈化作業，并且具有物美價廉的特征。

2 低溫甲醇洗工藝原理及特點

2.1 低溫甲醇洗工藝原理

針對煤化工工藝而言，無論生產對象是氣態或液態，凈化的目的都是保留有效成分，減少有害氣體的存留。

根據這一需求，在凈化過程中去除掉粗合成氣中的酸性氣體成分，該過程是在-60℃完成的。在這一低溫環境下，甲醇作為吸收液發揮物體特點，二氧化碳、硫化氫和其他碳硫化合物由于可溶性較強，被充分吸收；而一氧化碳、氫氣等有效成分的溶解性較弱，損失程度較小；經過反復的操作和催化作用，即可完成酸性氣體的分離。

2.2 低溫甲醇洗工藝特點

第一，低溫甲醇洗工藝可以確保凈化粗合成氣中的酸性氣體成分，尤其是徹底分離硫化物的特性，保障了煤化工產品的安全性。在整個過程中，低溫甲醇洗工藝屬于物理性吸收，并沒有與酸性氣體發生化學反應，因此不會產生新的產物；為了加速反應狀態，提高反應程度，可以通過加入催化劑的方式實現。

第二，不同低溫環境下，低溫甲醇洗工藝發揮的分離效果不同。在-30℃到-70℃之間，甲醇可以脫除大量無效氣體，包括二氧化硫、硫化氫、氨氣、一氧化氮、石蠟烴、芳香烴等，同時完成氣體脫水和干燥。

第三，由于低溫甲醇洗工藝發揮的是其物理吸收特性，由此后期可以回收被吸收的硫化氫和二氧化碳等氣體，實現綜合生產利用。

當然，在研究和應用中也不能忽視低溫甲醇洗工藝的不足。研究發現，低溫甲醇洗工藝在操作過程中為降低能量損耗，需要較多的換熱設備增加流程，這讓原本簡單的物理原理操作變得復雜；特別是在低溫條件下操作，對反應設備的要求很高。

除此之外，甲醇本身是有劇毒的一種化工原料，如果操作不當，很容易造成操作人員的身體傷害。現實中，人體吸入10mL的甲醇溶劑就會導致失明，而甲醇又是一種容易揮發的液體，所以在設備安裝和環境通風方面要格外小心。

3 低溫甲醇洗工藝的研究進展與應用

我國針對低溫甲醇洗工藝的研究開始于上世紀70年代，這一時期也是我國煤化工產業發展的起步階段。截至目前，我國已經生產了多套大型酸性氣體凈化裝置，大多采用低溫甲醇洗工藝原理，并隨著不斷的實踐開拓了適應于我國化工環境的工藝流程。

低溫甲醇洗工藝與其他酸性氣體分離工藝相比，其優勢是選擇性好、吸收能力強、操作簡單且費用消耗少。與起步階段引進國外裝置而言，在成本上做到了大量的節約，并邁出了自主創新和自主知識產權的關鍵性步伐。

如上世紀80年代開始，在我國高等院校和科研機構的配合下，中國石化等企業開始了低溫甲醇洗項目的檢測工藝研究，并獲得了國內專利；進入20世紀90年代，我國的低溫甲醇洗工藝已經取得了國際先進水平，與德國魯奇工藝相比，無論在制冷設備和精華投資方面，都做到了效率提升和成本降低。

總體而言，在低溫甲醇洗工藝的研究和應用中，有兩個問題是必須要考慮的。

其一是硫化物的徹底吸收。硫化物是大氣污染的主要原因，通過對煤化工化肥生產的研究，提高低溫甲醇洗的脫硫能力，是實現煤炭資源有效利用的重點，同時可以延長催化劑的應用周期。

其二是低溫甲醇洗工藝中原料的消耗，即甲醇的消耗和冷量問題。不同的自然環境對低溫甲醇洗工藝的原料消耗影響是不同的，如北方地區和南方地區，這涉及到低溫甲醇洗工藝的推廣趨向。

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