低温甲醇洗工艺流程优化研究

低温甲醇洗工艺流程优化研究

田永强

新疆庆华能源集团有限公司 新疆 835100

摘要：随着大型煤化工的发展，低温甲醇洗具有气体净化度高、能耗低且工艺成熟等优点已经在煤化工行业的气体净化中有了广泛的应用:如煤制甲醇、煤制合成氨、煤制油及煤制天然气等领域。低温甲醇洗自上世纪50年代开发至今，流程已经相当成熟，目前国内低温甲醇洗装置主要以林德、鲁奇等工艺居多。近几年，随着国内对低温研究的深入，低温甲醇洗已经完全可以做到国产化，但在小规模应用较多，大规模的仍以国外引进技术居多。

关键词：低温甲醇洗；工艺；流程优化

1低温甲醇洗技术的工艺原理

1.1低温甲醇洗技术工艺原理

(1）低温高压状态下，甲醇溶液中加入酸性气体，其溶解性很大，甲醇的循环量有限，动力消耗值比较高。

(2）在这个过程中含有非常大的净化值，甲醇洗的处理塔内排出的CO2经过处理后仅含有7mg/L,CH3OH的含量约为9mg/L,S的含量低于1mg/L，因此工艺的优势比较明显。

(3）选择性较好，在这个工艺中，甲醇内具有酸性的气体的溶解度非常高，大约是H2的100倍以上，在反应的过程中消耗的气体总量可以忽略不计。

(4）甲醇是非常优质的吸收剂，甲醇在制取的过程中价格比较便宜，费用比较低，制取的原料也容易获取。

1.2低温甲醇洗的工艺原理

(1）变换气从进料器中经过后，然后分别进入分离器、冷却器，分离器中分离的气体进入CO2吸收塔里，经过H2S、CS2和CO2后，处理后的气体上升排出塔外，再穿过一级和二级冷却器，气体温度升高后进入甲醇合成单元之中，压缩成一个单元。

(2）多次冷却过后，含量较低的甲醇到CO2吸收塔的上部区域，甲醇液体从上而下与变换气逆流进行充分的接触，将气体中的CO2除去，CO2的含量通过甲醇循环量的大小进行调节。在中间过程中引出的甲醇液使用氨冷器进行冷却，从而减少溶解热引起的升温的不利影响。

(3）在吸收塔底部，甲醇的液体几乎都能流入闪蒸罐之中，余下的少量液体先经过氨冷器，再经过回流后运送至脱硫处内，在这个过程中H2S和CS2被吸收，从塔内流出的含硫液体重新回到硫甲醇的蒸汽罐之中。

(4）为了节省CO和H2的使用量，从闪蒸罐中出来的气体通过进行加压出来然后运送至进料冷却器前和气体进行混合，实现H2S和CS的回收。

(5）闪蒸罐的下方在运行的过程中会产生无硫甲醇富液、含硫甲醇富液，这些液体进入H2S的浓缩塔之中。将N2输送至塔内，把CO2运送到塔的顶端，经过处理后，使用尾气冷却器将气体送至高空中放出。

(6）甲醇中含有的少量CO2和

溶解的H2S通过再沸器提供的热量实行热再生，塔顶出来的气体，经过多次的分离和冷却、甲醇经过一级冷凝液回流、二级冷凝液回流的换热，H2S进入浓缩塔的底部。

2主洗流程的优化

低温甲醇洗按洗液的不同可以分为全贫液流程和半贫液流程，最早以全贫液流程为主，新上的装置以半贫液流程为主，主要是因为半贫液的引入降低了系统温度，系统温度的降低，意味着系统冷量消耗的减少，公用工程的减少，以及配套低温甲醇洗冷冻站规模的减小。

本文对半贫液流程进行两方面优化:(1)将半贫液流程中的半贫液在汽提塔中用一小股氮气进行汽提，(2)氮气不直接进入硫化氢浓缩塔，而是通过循环气预冷后进入硫化氢浓缩塔，这样虽然循环气压缩系统的循环水消耗增加了，但是回收了更多的低品位冷量，外部补充的-40℃的冷量减少。

笔者对相同气量的合成气应用半贫液流程和氮气汽提半贫液流程用PROII进行了流程模拟，在产品质量相同的情况下，用PROII对半贫液流程和氮气汽提流程进行模拟。优化后的流程节约冷量8.1%，蒸汽及循环水等也有所减少，这是因为氮气的引入，降低半贫液的温度，经氮气汽提后半贫甲醇温度为-75℃，这样有利于降低系统温度，温度降低有利于降低系统的甲醇循环量，所以冷量消耗及公用工程消耗有所降低。

冷量的消耗是低温甲醇洗的核心指标，低温甲醇洗的冷量来源一部分是来自于CO2解吸回收的系统闪蒸的冷量，另一部分来自于外部制冷设备提供的冷量，因此最大限度的回收冷量，在低温甲醇洗有着至关重要的地位。

3中压闪蒸优化

3.1两级中压闪蒸

低温甲醇洗流程中富甲醇要通过中压闪蒸回收有效气，传统的低温甲醇洗多为单级闪蒸，而两级闪蒸的应用不仅有利于提高有效气(CO+H2)的回收率，同时有利于减少闪蒸循环气中酸性气(CO2+H2S)的含量，减少了压缩机的功耗。

CO2甲醇和H2S甲醇中总的有效气(CO+H2)为69.96kmol/h，一级闪蒸共回收有效气64.20kmol/h，回收率为91.77%，二级闪蒸共回收有效气66.38kmol/h，回收率94.88%，一级闪蒸循环气中酸性气(CO2+H2S+COS)的量为199.06kmol/h，二级闪蒸循环气中酸性气的量为165.11kmol/h，二级闪蒸比一级闪蒸减少了17.1%，循环气中酸性气的减少，有利于降低主洗塔的负荷。从闪蒸来讲，提高闪蒸级数，有利于提高有效期回收率，减少酸性气的浓度，但是闪蒸级数的增加，意味着需要增加设备投资和占地，可以看出增加一级闪蒸就需要增加两台阀和两台罐，同时也需要考虑压缩机的复杂性，因循环气压缩本来就为两级压缩，所以增加一级对压缩机设置影响不大，同时还减少了压缩机负荷，由表3可以看出，二级闪蒸的压缩机负荷减少了24.09%，压缩机组循环水量减少30.77%。

年操作时间以8000h计算，二级中压闪蒸流程较一级中压闪蒸流程年节约操作费用。二级中压闪蒸流程较一级中压闪蒸流程年节约操作费用45.83万元。

3.2用H2S甲醇洗涤闪蒸气

由表1可以看出，闪蒸循环气中有70%左右是CO2气体，可以从H2S浓缩塔引入一小股浓缩后的H2S甲醇对闪蒸气进行洗涤，此股甲醇中基本不含CO2，这样可以降低酸性气中CO2的含量，可以将两个闪蒸罐集合成一个设备，节省占地，同样，也可以将两级闪蒸的四个罐子集合成一个塔。

笔者对一级闪蒸的后气体经洗涤和不洗涤的流程用PROII进行了模拟。有洗涤的中压闪蒸有效气的总量和无洗涤流程基本一样，但是有洗涤流程酸性气中CO2的量由196.72kmol/h减少到130.72kmol/h，减少了33.55%，压缩机功耗减少了21.65%，压缩机的循环水使用量也相对减少，从H2S浓缩塔来的甲醇中CO2基本被完全汽提出来，进入闪蒸系统可以吸收闪蒸气中的CO2。

结论

低温甲醇洗技术在实际的生产过程中可以明显去除H2S和CO2,已经成为了化工项目的重要组成技术，随着国家对能源的需求越来越精细化，低温甲醇洗技术的应用空间更加广泛。

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