低溫甲醇洗技術及其在煤化工中的應用

張 娜

（潞安職業(yè)技術學院，山西長治 046204）

低溫甲醇洗技術在工業(yè)領域的廣泛應用，特別是引入到煤化工領域中取得了極其顯著的成果。近段時間以來，我國在低溫甲醇洗技術的應用方面已經(jīng)取得突破性進展，并逐漸掌握了部分設備的自主研發(fā)能力，然而目前的技術只能在中小型設備中起到作用，且實際應用過程中遇到的技術難題仍未解決，唯一的辦法就是從國外引進，但需要有雄厚的資金實力，所以，隨著煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，研發(fā)出大型低溫甲醇洗技術是我國目前面臨的重大課題。在煤化工企業(yè)中引入低溫甲醇洗技術，需要相關技術人員加強監(jiān)督和管理，及時找出現(xiàn)階段存在的主要問題，并制定相應措施進行改進和處理，唯有照此堅持下去，低溫甲醇洗技術在相關領域中的應用才能更加成熟，進而實現(xiàn)穩(wěn)定、健康的發(fā)展。低溫甲醇洗技術對酸性氣體有著較強的吸收性和選擇性，加上其具備整體運行穩(wěn)定等特點，在如今的石油化工、化肥工業(yè)、煤化工等領域，都應用了低溫甲醇洗技術。特別在合成氣COS、硫化氫和二氧化碳等酸性氣體的脫除過程中，應用低溫甲醇洗技術總能取得理想的效果，此外，對煤制合成氨、粗煤氣的凈化和節(jié)能減排，低溫甲醇洗技術也是目前最好的選擇。

近段時間以來，隨著相關企業(yè)對不可再生能源需求量的持續(xù)增長，社會各界都開始關注到燃煤資源的消耗問題。在煤化工中引入低溫甲醇洗技術，是一種回收再利用有限資源的可行手段，它能使煤化工在生產(chǎn)中的損耗得以控制，隨著該技術應用范圍的不斷擴大，天然氣、石油資源短缺的壓力將會明顯減緩。所以，對煤化工中應用低溫甲醇洗技術要引起足夠的重視，爭取盡快推廣和普及，實現(xiàn)真正的環(huán)保低耗生產(chǎn)。

1 低溫甲醇洗技術的基本概念和特征

1.1 低溫甲醇洗技術的基本概念

低溫甲醇洗技術是以冷甲醇為溶劑，在重要氣體的凈化過程中，它可以將其中夾雜的酸性氣體清除干凈，如COS、硫化氫和二氧化碳等。在煤化工企業(yè)中，大部分都是以林德公司、魯奇公司研發(fā)出的低溫甲醇洗工藝流程為主（圖1），經(jīng)過多年實踐的完善與優(yōu)化，目前已經(jīng)達到了相當成熟的地步。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程圖

1.2 低溫甲醇洗技術的主要特征

低溫甲醇洗技術屬于物理吸收法的范疇，其與各酸性氣體都有著良好的氣液平衡關系，該技術完全遵循亨利定律。結合亨利定律分析可知，當氣體分壓較大時，氣體在溶液中更容易溶解，因此，要想增加對酸性氣體的吸收量，可以從提高酸性氣體組分的分壓入手，同時，隨著甲醇溶液溶解度隨溫度不斷變小，它對酸性氣體的吸收能力反而變得更強，液體溫度此時將越來越低，但各酸性氣體的溶解度會不斷上升，低溫環(huán)境是應用低溫甲醇洗技術的必要條件。經(jīng)過簡單梳理和歸納，得出有關該技術的六點特征，具體內容如下：

（1）它可以有效吸附出原始氣體中的酸性氣體，從而提高氣體的凈化度。在凈化過程中，所得氣體的總硫不會超出0.1μL/L，二氧化碳含量則低于10μL/L。

（2）它具有良好的選擇性，當使用甲醇溶劑對原始氣體中的酸性氣體進行吸收時，正是因為該特性的存在，才能讓氣體脫硫、脫碳這兩個重要環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)在同一個吸收塔中，獨立進行，互不影響，即有選擇性進行。

（3）它有著極佳的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在吸收酸性氣體時，作為溶劑的冷甲醇不會冒泡，使煤化工企業(yè)的安全生產(chǎn)得到充分保障。

（4）假設在低溫環(huán)境中應用此技術，由于甲醇溶液的再生能耗較低，用這種方法可以有效控制溶劑的循環(huán)量，無形間為企業(yè)節(jié)省了大量的技術資金投入。

（5）它所用的溶劑基本沒有腐蝕性，所以在材料選購方面也不會有太過嚴格的要求，且設備采購資金的要求較低。

（6）所需溶劑的來源十分廣泛，購入價格較低，但工藝的實施流程很長，再加上溶劑的再生過程復雜程度偏高，所以，在設備技術應用、后期維修等面臨許多難題。

2 低溫甲醇洗技術的優(yōu)勢

2.1 對于酸性氣體的凈化能力較強

對于低溫甲醇洗技術來說，液態(tài)甲醇對于氣體的酸性氣體具有很強的吸收性，因此在進行甲醇氣體凈化的過程當中擁有較為良好的氣體凈化模式，混合氣體經(jīng)過凈化后硫以及相關的二氧化碳的含量大幅度降低，得到有效的凈化。在本次實驗當中，甲醇對于混合氣體的凈化效果明顯，經(jīng)過相關的科學計算之后可以實現(xiàn)對于凈化過程的判斷和分析。

2.2 具有良好的混合氣體的選擇性

在基于低溫甲醇洗技術完成對于混合氣體以及相關酸性氣體凈化的過程當中，會對于混合氣體當中存在的H2S 和CO2氣體進行溶解。低溫甲醇洗的設備當中具有兩套完全獨立存在的脫洗凈化裝置，分別對于混合氣體當中的硫化氫，一氧化碳，二氧化硫等酸性氣體進行凈化，在另一套凈化模式當中使用不同的凈化模式對于硫化氫以及一氧化碳進行選擇性的凈化。在凈化完成之后會留下很多的二氧化碳等酸性物質，可以對于這些物質進行二次的回收利用，例如二氧化碳可以用于尿素的合成，硫化氫可以用于化工產(chǎn)品的制作和回收。在低溫甲醇洗技術當中，可以實現(xiàn)對于硫化物氣體以及相關的碳化物氣體進行區(qū)分，最大限度地避免凈化過程當中出現(xiàn)干擾。

2.3 凈化穩(wěn)定性較強，能源消耗較低

在使用低溫甲醇洗技術實現(xiàn)對于混合氣體的凈化的過程當中，液態(tài)的甲醇凈化模式可以分解掉硫化以及碳化氣體，具有非常良好的穩(wěn)定性，不會在凈化階段因為酸性氣體在實際的回收過程當中出現(xiàn)的上升現(xiàn)象導致氣泡，這在很大程度上保證了低溫甲醇洗技術的效率和穩(wěn)定性。在具體的凈化階段，甲醇在低溫的條件下明顯提高了自身的凈化能力，這就讓低溫甲醇洗技術可以實現(xiàn)在超低溫的環(huán)境當中工作，這樣的情況和環(huán)境下也會很大程度降低反應階段能源的消耗。此外在使用低溫甲醇洗技術用于混合氣體凈化處理的過程當中，因為液態(tài)的甲醇凈化劑自身的腐蝕能力較低，在對于實際的低溫甲醇洗技術的設備腐蝕性也會明顯降低，可以不用進行相關的防腐蝕處理，降低了成本，提高了效率。

3 低溫甲醇洗技術在煤化工企業(yè)的實際應用

在山西某化工公司中，該公司工廠的絕大部分煤化工生產(chǎn)都與低溫甲醇洗技術有著十分緊密的聯(lián)系。

3.1 在煤制甲醇生產(chǎn)過程中引入低溫甲醇洗技術

這家公司在煤制甲醇生產(chǎn)過程中，采用的是魯奇低溫甲醇洗技術，目的就是要把原始氣體中夾雜的酸性氣體清除干凈，比如COS、硫化氫和二氧化碳等。要求總碳含量不超過3%，總硫含量則是0.1mg/L 左右，這與煤化工生產(chǎn)脫硫酸氣體的脫除需求基本保持一致。除此之外，這家公司用于生產(chǎn)的原料大多是低硫煤，通過德士古氣化爐來獲取原始氣體，再開展耐硫變換處理，以確保低溫甲醇洗的脫硫和脫碳流程都能短時間完成，最終得出的凈化氣純度較高。隨后，需要把凈化氣壓縮到7.5MPa 在送入合成塔中進行反應，這步可以得到粗甲醇，這樣一來是為了催化劑使用壽命的延長，二來制備的凈化氣中也不至于夾雜過多的酸性氣體。在技術應用方面，這家公司是通過低溫甲醇洗技術對2.4×105m3/h 的變換氣進行處理，在將其中含有的酸性氣體脫除干凈后，就能夠得到總硫不超過0.1μL/L、二氧化碳含量低于10μL/L 的凈化氣成品。

3.2 在煤制天然氣生產(chǎn)過程中引入低溫甲醇洗技術

除了3.1中在煤制甲醇生產(chǎn)過程中引入低溫甲醇洗技術以外，這家公司在煤制天然氣生產(chǎn)方面也對低溫甲醇洗技術進行了使用。該公司煤制天然氣項目的原始材料是選用煤，通過煤氣化加工處理得出粗煤氣，隨后完成氣體交換環(huán)節(jié)，才到最后一步的煤氣凈化。在二次處理方面，這家公司使用的是英國戴維甲烷化工工藝，煤制天然氣即為最終產(chǎn)品。在這個制造流程中，低溫甲醇洗技術起到的作用是凈化煤粗氣，以林德低溫甲醇洗技術將粗煤氣中夾雜的酸性氣體脫除干凈，再經(jīng)過脫煤凈化處理，最終得到純度很高的煤制天然氣。

3.3 煤制甲醇

隨著原油價格的日益增長，企業(yè)生產(chǎn)甲醇、二甲醚的所需成本也會隨之上升，這為煤制甲醇的發(fā)展提供了良好機遇。煤制甲醇的工藝流程十分復雜，涉及的化學反應步驟較多，首先煤炭需經(jīng)過氣化、一氧化碳變換和低溫甲醇洗處理，再進行甲醇合成等過程才能得到甲醇成品，隨后還得開展一次深度加工，方可制取出所需的化學化工原料，如乙酸、乙烯和二甲醚等。為滿足氣體凈化標準較高的需求，在氣體凈化環(huán)節(jié)可以替換為低溫甲醇洗技術，在操作期間設置好壓力與溫度，并且技術人員要全程巡視低溫甲醇洗技術的運行狀態(tài)，確保高效、有序，從而得到純度較高的氣體成品。此外，在實際運用低溫甲醇洗技術時，要注重對材料資源的合理使用，杜絕浪費，實現(xiàn)真正的環(huán)保低耗生產(chǎn)。

4 結束語

低溫甲醇洗技術一般都是應用到煤制甲醇和煤制天然氣等生產(chǎn)制造流程中，但并不意味著它的價值僅限于此，事實上，在煤制合成氨及煤制氫這些工業(yè)化生產(chǎn)領域里，也應用低溫甲醇洗技術，通過對其冷甲醇為基本溶劑進行使用，將原始氣體中夾雜的酸性氣體脫除出來，以達到全面凈化氣體的效果，一方面實現(xiàn)了煤化工企業(yè)的節(jié)能降耗生產(chǎn)目標，另一方面對企業(yè)經(jīng)濟效益、生態(tài)效益以及社會效益的提升也能起到促進作用。