低溫甲醇洗工藝發展及國內研究進展

鞏守龍（陜西未來能源化工有限公司，陜西　榆林　719000）

低溫甲醇洗工藝發展及國內研究進展

鞏守龍（陜西未來能源化工有限公司，陜西榆林719000）

隨著煤化工技術的蓬勃發展，低溫甲醇洗技術已經成為原料氣凈化過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，討論了國內的應用及研究進展。

低溫甲醇洗；工藝介紹；國產化

低溫甲醇洗工藝是上世紀50年代初由德國林德公司和魯奇公司聯合開發的一種氣體凈化技術。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）對酸性氣體（包括CO2、H2S、COS等）極好的溶解性和選擇性，脫除雜質氣體的分離凈化手段。首套工業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、工業制氫、羥基合成等生產過程中被廣泛應用［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，其內容為：在定溫和平衡狀態下，一種氣體在溶液中的溶解度與其平衡壓力成正比。

其數學表達式為：P=kX

其中：X—平衡時氣體在液體中的物質的量分數；

P—平衡時液面上方該氣體的分壓；

k—亨利常數，其數值與溫度、液面上方氣體總壓、氣體和溶劑性質有關。實驗表明當溶質和溶劑一定時，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）溶解度系數隨溫度下降而增加。（2）甲醇中溶解的H2會降低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在其中的溶解度會下降。

1.2甲醇作為吸收劑的特點

甲醇是極性較強的有機溶劑，各氣體組分的能力差異很大。在～40℃時，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，并實現甲醇再生循環利用的目的。

甲醇作為吸收劑有以下優點：（1）對COS、H2S、CO2等氣體吸收能力較強，所需溶液循環量小，動力消耗少。（2）對原料氣中各組分吸收選擇性好，有效氣體損失少。（3）蒸汽壓和沸點低，再生蒸餾需要蒸汽量少，溶液損失小。（4）化學穩定性和熱穩定性好，在惡劣的操作環境下，不易分解變質，不起泡；對管道和設備腐蝕性小（水含量小于1%時）。（5）凝固點低，正常條件下不會凍堵管道。（6）黏度小，傳質和傳熱效率高，輸送溶液的動力消耗低。（7）甲醇廉價易得，常溫常壓下穩定。

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。原料氣經過少量噴淋甲醇后，降溫后進入洗滌塔，脫硫和脫碳在一個塔中分若干段脫除。工藝采用專利設備高效繞管式換熱器，提高換熱效率，尤其是多股物料同時換熱，簡化了工藝流程，便于設備管道集中布置，節省占地。入工段設置洗氨塔，利用鍋爐水吸收原料氣中NH3、HCN等雜質。在甲醇循環中設置溶液過濾器，除去FeS、NiS、催化劑顆粒、炭粉等固體雜質，防止其在系統中積聚堵塞管道和設備。

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。脫硫和脫碳既有設計在單塔中進行，也有設計在雙塔中進行的情況。洗滌塔設置預洗段，除去原料氣中的NH3、HCN等雜質；定期排放富含NH3、HCN的甲醇，避免積累；貧甲醇管線設置過濾器等技術都成為魯奇公司的亮點。

2　國內的研究進展

2.1工藝技術的引進

自1981年原化工部引進林德公司低溫甲醇洗專利技術（8MPa五塔流程），用于國內當時引進的渣油制氨裝置以來，國內對于低溫甲醇洗技術表現出濃厚的興趣。之后引進渣油制氨裝置的同時，引進了魯奇公司低溫甲醇洗專利技術（5MPa六塔流程）。隨后，在山西潞城的合成氨裝置中，低溫甲醇洗專利技術（3MPa九塔流程）被成功引入中國。

隨著近年來煤化工技術的蓬勃發展，低溫甲醇洗技術已經成為原料氣凈化過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都采用低溫甲醇洗裝置。

2.2工藝國產化［3］

工藝國產化包括設計國產化，設備國產化和技術國產化。為了實現國產化，國內高校和科研院所等有關部門進行了不懈的努力，并取得了成果。20世紀七十年代末，中石化蘭州設計院研究了低溫甲醇洗系統氣液相平衡模型，并計算出36個二元體系的交互作用系數；浙江大學和上海化工研究院探討了低溫下各種氣體在甲醇中的溶解度及富CO2、H2S甲醇的物理化學性質，并測定出部分二元體系的相平衡常數。

在中石化和蘭州設計院協助下，大連理工大學經過艱苦不懈的努力，完成低溫甲醇洗系統計算軟件。此工藝與林德公司工藝相似，但是冷負荷和設備投資更低。

在工藝設備制造方面，金州重型機械廠已成功在低溫甲醇洗部分低溫設備上使用了低溫鋼材加工技術；開封空分集團制造的高壓繞管式換熱器已能夠成功替代進口設備。在低溫甲醇洗的關鍵設備上，我國一定程度上實現了國產化。

3　結語

目前直接引進技術投資費用較高，企業應與各高校和科研院所緊密合作，自主創新，努力拼搏，提高競爭力，實現最大化效益，開發國產化的工藝技術，不斷提高技術經濟水平。隨著新型煤化工的繁榮發展，低溫甲醇洗技術將擁有更廣闊的前景和未來。

［1］朱世勇.環境與工業氣體凈化技術［M］.北京：化學工業出版社，2001：200～230.

［2］薛天祥.對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.國產低溫甲醇洗技術開花結果［N］.中國化工報；2009年.

鞏守龍(1988-)，男，山東鄒城人，漢族，現職稱：助理工程師，學歷：碩士研究生，研究方向：變換氣凈化。