低温甲醇洗工艺对比

低温甲醇洗工艺对比

鲁红辉

武汉炼化工程设计有限责任公司湖北武汉430079

摘要：低温甲醇洗工艺对酸性气体脱除吸收效率高。在煤化工领域应用很广。本文介绍了低温甲醇洗的工艺特点，并对低温甲醇洗工艺路线进行了比较。

关键词：低温甲醇洗，技术，应用，对比

一、低温甲醇洗简介

以煤为原料的化工生产中，由于变换气中含有大量的CO2、H2S和有机硫、HCN、石脑油以及其它杂质，其中H2S和有机硫、HCN、石脑油等杂质带入合成系统会导致合成催化剂活性降低或永久失活，因此必须清除变换气中的这些有害气体杂质。

目前，煤化工行业比较常用的酸性气脱除技术有物理吸收法、化学吸收法。其中物理吸收法更加经济、成熟，广泛地应用于工业生产，其代表有低温甲醇洗法（Rectisol）、聚乙二醇二甲醚法（NHD）。

低温甲醇洗工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体（CO2、H2S、COS等）溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体，是一种物理吸收法。低温甲醇洗工艺是目前国内外所公认的最为经济且净化度高的气体净化技术，具有其它脱硫、脱碳技术不能取代的特点，如：净化气质量好，净化度高，具有选择性吸收H2S、COS和CO2的特性，溶剂价廉易得，能耗低，运转费用低，生产运行稳定、可靠等优点【1】。

低温甲醇洗是20世纪50年代初德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在同一个塔内分段、选择性地进行。低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上有着很好的应用业绩，被广泛应用于国内外合成氨、合成甲醇和其他羰基合成、城市煤气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。在国内以煤、渣油为原料建成的大型合成氨装置中也大都采用这一技术。

国内已建成的低温甲醇洗工序已有十几套之多，二十多年来积累了丰富的经验。根据气化压力的不同，这些低温甲醇洗工序的操作压力有2.0～3.0、5.0～6.0、7.0～8.0MPa不等。根据气化后粗煤气是采用急冷或废锅流程进行冷却的不同，这些低温甲醇洗工序就分成是一段或两段吸收的流程。

二、典型的低温甲醇洗工艺流程说明

低温甲醇洗工序的流程组成为：甲醇吸收变换气中的酸性气体，采用加压吸收；为降低吸收温度，把吸收了酸性气体的富甲醇，采用先预冷再减压解吸，以得到更低的系统温度，并通过热量交换使净甲醇的吸收温度降低；为回收变换气中的CO2，设置了单独的产品CO2塔，以在富甲醇解吸时，CO2在此塔中释出；为使吸收了酸性气体的富甲醇中的H2S、COS等得到浓缩，则利用H2S、COS等在溶剂中溶解度更高的条件，采用了氮气气提解吸，达到H2S、COS等得到浓缩目的；为保证吸收后所得净化气体的净化度到20ppm（对于CO2），最终采用了把甲醇加热到沸点解吸，解吸后的甲醇，不再溶解有任何酸性气体，将此净甲醇经与低温的富甲醇换冷后，送到吸收塔进行吸收，确保净化气体的净化度到20ppm（对于CO2）【2】。

一般一个甲醇洗涤塔就可以将原料气中CO2和H2S洗涤干净，应该说洗涤过程是相对简单的，可是溶液的再生相当复杂，溶液再生时一是要获得一定数量的高纯度的CO2，二是要将H2S浓缩到一定浓度以满足硫回收装置的要求，又要确保甲醇溶液的再生贫度。因此再生系统一般设有CO2再生塔、N2气提塔（又叫H2S浓缩塔）、甲醇再生塔和甲醇--水分离塔。习惯上根据操作温度将甲醇洗工段分为“冷区”和“热区”。

冷区：CO2吸收塔、CO2产品塔、H2S浓缩塔以及相关设备因操作温度在0℃以下而称为冷区。

热区：甲醇再生塔、甲醇/水分离塔以及相关设备，因操作温度在0℃以上而称为热区。

三、低温甲醇洗的工艺线路对比

目前，国外低温甲醇洗工艺有林德工艺和鲁奇二种工艺，二者在基本原理上没有根本区别，而且技术都很成熟。两家专利在工艺流程设计、设备设计和工程实施上各有特点。国内主要是大连理工的低温甲醇洗工艺，与林德工艺相似。三大工艺的特点如下：

（1）林德低温甲醇洗工艺：

采用林德的专利设备--高效绕管式换热器，提高换热效率，特别是多股物流的组合换热，节省占地、布置紧凑，能耗较省；但高效绕管式换需要国外设计（可国内制造）。

原料气进入低温甲醇洗后，喷入少量循环甲醇，防止气体结冰，避免系统阻塞。在甲醇溶剂循环回路中设置甲醇过滤器，除去FeS、NiS等固体杂质，防止其在系统中积累而堵塞设备和管道。一般采用氮气气提浓缩硫化氢，二氧化碳回收率70%。

林德工艺特点：H2S、CO2单塔分段吸收；原料气一级预冷，氨冷简单；使用绕管式换热器，对HCN要求高、绕管换热器不易清洗；流程相对简单、冷量消耗较小【3】。

（2）鲁奇低温甲醇洗工艺：

未采用绕管式换热器，换热器均为管壳式，所有设备在国内可以设计和制造，投资可节省约1000万元。

鲁奇工艺特点：H2S、CO2分塔吸收；原料气三级预冷，氨冷工序复杂；使用管壳式换热器，对HCN要求不高、换热器易于清洗；流程相对复杂、冷量消耗大、电耗较高。由于没有中间循环甲醇提供冷量，吸收所需的冷量全部由外部供给；甲醇溶液循环量相对较大，相对于林德流程能耗稍高，吸收塔的尺寸也较大。系统冷量全部由外部提供，操作调节相对灵活。近期鲁奇公司新设计的低温甲醇洗装置将相关设备组合为一体，依靠液位和重力输送液体，减少了机泵和管道的数量和装置投资费用。一般采用氮气气提浓缩硫化氢，二氧化碳回收率为7.0%。

（3）大连理工大学低温甲醇洗工艺

改进后该技术采用六塔流程，与林德工艺相似，据介绍冷负荷和设备投资比林德工艺低10%。但冷量需求比林德工艺高。德州化肥厂国产化大氮肥、渭河化肥厂20万吨甲醇等项目采用了该技术。神木40万吨甲醇项目也采用了此技术，这是大连理工大学低温甲醇洗工艺第一次工业放大到这个规模的装置，无工业运行业绩。

大连理工和林德与鲁奇技术相比缺少实际运行经验和数据，风险较大。

大连理工大学从1983年开始进行低温甲醇洗工艺过程的研究，在国内申请有两项专利技术。经改进后该技术采用六塔流程，与林德工艺相似，但冷量需求比林德工艺高。

德州化肥厂国产化大氮肥、渭河化肥厂20万吨甲醇等项目采用了该技术。神木40万吨甲醇项目也采用了此技术，这是大连理工大学低温甲醇洗工艺第一次工业放大到这个规模的装置，无工业运行业绩。

四、结论

（1）就设备投资而言，由于林德和鲁奇公司在工程计算方面有丰富的经验，对设备的技术精度较高，所以设备投资较低。大连理工大学的工艺路线由于计算精度的差异，往往设备计算裕量较大，导致设备投资较高。但经过近些年的发展，大连理工大学在工程计算方面有了很大提高，设备尺寸与林德和鲁奇公司的设备计算的差异在逐渐减小，设备投资差异也逐渐减小。

（2）在工艺包收费方面，林德和鲁奇公司与国内工艺包提供方的收费差距较大（8-10倍）。但工艺包费用占整个装置的投资比例较小，所以这个差异总体说来影响不大。

（3）在工艺包提供速度和工艺包质量方面国内和国外公司的差异非常大。林德和鲁奇公司一般在合同生效后5-6个月提供审查版工艺包，加上审查和修改的时间，提供最终工艺包一般需要7-8个月。这期间如果有参数修改或方案调整，则工艺包提供时间要重新商谈调整。但提供的工艺包内容详尽，质量很高。国内公司一般会在合同生效后2-3个星期提供审查版工艺包，一个半月左右提供最终工艺包，虽然速度快，但工艺包质量和服务与国外公司相比还存在一定差距。

参考文献

【1】郭向阳低温甲醇洗工艺发展及应用化肥工业2005，32（2）；19-28）

【2】秦旭东李正西低温甲醇洗和聚乙二醇二甲醚工艺的技术经济对比化工技术经济2007，25（1），44-52

【3】王西阳张宏伟林德低温甲醇洗工艺在煤制气中的应用2014，12，17-19