試析低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝的具體使用

王雯雯 吳琳瑜 馬杰

（兗礦國宏化工有限責(zé)任公司，山東 鄒城 273500）

目前應(yīng)用于脫硫、脫碳的物理方法較多，最為推廣的方法為低溫甲醇洗（Rectisol），低溫甲醇洗技術(shù)（Rectisol）是將甲醇有機溶劑當(dāng)作酸性氣體吸收劑，在低溫的條件之下，通過對CO2、H2S、COS等一些溶解度較大的酸性氣體的物理吸收，具有針對性的將原料氣中的CO2、H2S 以及其他有機硫雜質(zhì)進行吸收。[1]當(dāng)下，世界范圍內(nèi)已經(jīng)有很多中型和大型工業(yè)裝置的脫硫、脫碳使用了低溫甲醇洗技術(shù)。本文對低溫甲醇洗工藝的特點、生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)的問題及脫硫、脫碳工藝的具體應(yīng)用進行詳細分析，同時分析和總結(jié)了當(dāng)下研究進展，希望可以為低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝的應(yīng)用和發(fā)展提供可行性借鑒。

1 低溫甲醇洗工藝流程概述

1950年左右，林德公司和魯奇公司對低溫甲醇洗技術(shù)進行了聯(lián)合研發(fā)，將其作為處理具有濃度較高的酸性氣體的一種有效的凈化工藝。最開始低溫甲醇洗工藝在煤加壓氣化及粗煤氣的凈化中應(yīng)用廣泛，因為該項工藝效果較好，所以在城市煤氣的凈化中得到了廣泛的認(rèn)可。1960年開始，越來越多的將渣油、煤等重碳質(zhì)燃料當(dāng)作氣化原料的大型合成氨廠拔地而起，隨之，低溫甲醇洗工藝也被廣泛應(yīng)用于世界。[2]

低溫甲醇洗技術(shù)選擇甲醇作為洗滌劑，甲醇具有較強的吸收能力，它的吸收能力和溫度呈反相關(guān)關(guān)系，隨著溫度的降低甲醇的吸收能力會持續(xù)提升，并且能夠?qū)⑾礈靹┑膿p失量降至最低，意義顯著。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的參數(shù)為：將操作壓力保持在3.0MPa 左右，將溫度維持在-75℃到-34℃，閃蒸法和氣提法都是使溶劑再生的科學(xué)方法，得到了人們的廣泛使用。因為在甲醇溶劑中CO2、H2s 等組成部分的溶解度各不相同，所以能夠得到有效的無硫尾氣。

低溫甲醇洗技術(shù)的最大特點為對于高壓低溫條件下的吸收和對于低壓高溫條件下的解吸，也正是因為這兩個特點該項技術(shù)得到了廣泛的認(rèn)可。低溫甲醇洗工藝技術(shù)的全部環(huán)節(jié)通常有以下3部分，吸收環(huán)節(jié)、解吸環(huán)節(jié)和溶劑回收環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)通常需要1-3個塔（每個塔具有1-4個分離段）。

1.1 吸收過程

通常原料氣體中除了具有 CO2、H2s、CO、H2之外，還含有H2O、N2、COS、CH4等等。吸收的基礎(chǔ)和前提是有效清除水分，這樣能夠有效防止在接下來的環(huán)節(jié)中發(fā)生水被凍結(jié)的情形。解決方法為噴入冷甲醇溶液，達到洗滌氣體的效果和消除焦油等其他雜質(zhì)的作用和目的。吸收的主要目標(biāo)是使用甲醇吸收CO2和H2s，除此之外，少部分的H2、COS、CH4也會被吸收。不過上述氣體進入吸收液中對解吸之后的分離效果形成較大的影響，吸收過程需要較高的壓力和較低的溫度來支撐，壓力保持在215-810MPa之間，溫度保持在-40℃--70℃之間。吸收完成后冷卻吸收液這一過程在塔內(nèi)外都可以進行，受地點限制的影響較小。

1.2 解吸過程

解吸過程的首要目標(biāo)是將吸收液中的CO2、H2s、H2氣體得到釋放，通常需要較低的壓力和較高的溫度，這樣才能達到預(yù)期效果。壓力保持在0.1-0.3MPa 之間，溫度保持在0-100℃之間。在閃蒸的作用下能夠得到H2，并將它當(dāng)作原料進行回收，一些二氧化碳能夠在閃蒸的作用下被有效釋放，另一些則需要依靠氮氣氣體氣提析出，在H2S 得到釋放之后對其進行回收處理。在3個塔和10個分離段的輔助下，才能有效開展和完成解吸過程，

1.3 溶劑回收過程

溶液被吸收之前通常被稱為貧液，其中具有非常少的其他雜質(zhì)，吸收之后的溶液通常被稱為富液。相較于貧液，富液中具有十分豐富的雜質(zhì)，甲醇提純?yōu)閼?yīng)用較為普遍的精餾方法，溶劑回收應(yīng)盡可能減少經(jīng)濟成本，以達到節(jié)約的目的。具有氮氣和二氧化碳吹出氣中會具有微量甲醇，應(yīng)對這些甲醇進行回收處理，這樣才能確保溶劑回收過程的順利進行，使用方法通常為純水吸收法，該方法科學(xué)合理。同時，也應(yīng)回收一些甲醇水溶液中的甲醇，所以這一溶劑的回收過程至少需要2個塔完成。[3]

2 低溫甲醇洗脫硫、脫碳技術(shù)特點

在低溫條件下，溶劑對CO2、H2s、COS等酸性氣體具有較強的吸收能力，溶液循環(huán)量較少，功耗較好。同時溶劑不會氧化和降解，化學(xué)性和熱穩(wěn)定性較強，凈化度較好，其中CO2＜20ppm，H2S＜0.1ppm。溶劑不會起泡，具有選擇性的對CO2、H2s、COS 進行吸收，可實現(xiàn)脫除和再生。該溶劑還十分廉價容易獲得，但是甲醇具有一定的毒性，所以在操作和維修方面較為嚴(yán)格。低溫甲醇洗脫硫、脫碳工藝技術(shù)趨于成熟，當(dāng)下世界范圍內(nèi)具有眾多大型和中型工業(yè)化裝置，我國需要從國外引進這一工藝。因為操作環(huán)境溫度較低，設(shè)備和管道也都需要低溫材料，并且一些設(shè)備也需要從國外引進，所以對于該項工藝的投資頗高。[4]

林德低溫甲醇洗工藝流程和魯奇低溫甲醇洗工業(yè)流程在國外應(yīng)用最為廣泛，二者的功能和目標(biāo)也基本相同，經(jīng)過不斷地發(fā)展技術(shù)十分成熟。兩者的不同之處及差異性主要體現(xiàn)在工藝流程的設(shè)計、工業(yè)設(shè)備的使用、工程的實施等方面。我國對于低溫甲醇洗工藝技術(shù)也具有長時間的研究，大連理工大學(xué)通過20年的研究也研發(fā)出了低溫甲醇洗工藝軟件包。

以下本文將對三種工藝流程進行概述。林德低溫甲醇洗工藝流程中應(yīng)用的設(shè)備為林德設(shè)備，通常被稱作高效繞管式換熱器，其主要功能為提高換熱效率，諸多物流的組合換熱效果明顯，大大節(jié)省了占地和能耗。當(dāng)原料氣體進入到相關(guān)裝置后，將少量循環(huán)甲醇噴入其中，避免氣體中的少量水冰凍和系統(tǒng)運行不暢問題的出現(xiàn)。設(shè)置一個甲醇過濾器于甲醇溶劑循環(huán)回路中，將一些固體雜質(zhì)消除，避免因其積累較多使管道和設(shè)備運行不暢。魯奇低溫甲醇洗工藝與林德工藝流程具有一定的差異性，因為該流程中沒有中間循環(huán)甲醇為其供應(yīng)冷量，所以在這一過程中完全通過外部供給的方式，甲醇溶液吸收的溫度偏低，循環(huán)量偏大，耗費能源較多，吸收塔的尺寸也較大。[5]系統(tǒng)冷量完全通過外部提供，操作方式具有靈活性。早在1983 年大連理工大學(xué)便開始著手于低溫甲醇洗工藝流程的研究，經(jīng)過多年的不懈努力，于1999 年通過了中石化的鑒定。該工藝使用六塔流程，同林德低溫甲醇洗工藝流程具有一定的相似性，根據(jù)相關(guān)研究表明冷負(fù)荷和設(shè)備成本都低于林德低溫甲醇洗工藝。

3 結(jié)語

同一些應(yīng)用較為廣泛的物理吸收方法和化學(xué)吸收方法在應(yīng)用價值方面進行對比，低溫甲醇洗的優(yōu)點十分突出，是一種科學(xué)合理的凈化氣體方法。近些年來，我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，低溫甲醇洗工藝在脫硫、脫碳應(yīng)用上流程也逐漸趨于優(yōu)化，具有成本低、耗能低、操作靈活的特點。將低溫甲醇洗工藝應(yīng)用于大型化的煤化工等裝置中，該項技術(shù)可以有效處理尾氣，同我國節(jié)能減排的需要相符。目前，隨著我國對于能源和環(huán)保的重視越來越強，低溫甲醇洗工藝應(yīng)用于脫硫、脫碳愈發(fā)普遍，同時我國也應(yīng)該不斷優(yōu)化和完善對于該項工藝的研發(fā)，使該項生產(chǎn)工藝和裝置趨于完善，進而不斷增強經(jīng)濟效益，促進良性發(fā)展。