低温甲醇洗工艺的技术优势与应用研究.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 35 低温甲醇洗工艺的技术优势与应用研究 练 兵 国能新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831404 摘要：摘要：本文详细探讨了低温甲醇洗工艺在煤气净化领域的技术优势和应用研究，特别关注于鲁奇工艺；首先，分析了低温甲醇洗工艺的应用措施，包括预处理措施、冷却措施、洗涤塔设计、甲醇循环系统以及合理的操作与控制。然后，探讨了低温甲醇洗工艺在天然气净化、油气田伴生气处理以及沼气和生物质气处理等领域的应用进展以及未来发展趋势等。通过深入分析和讨论，可总结出低温甲醇洗工艺在天然气处理中的重要性和应用潜力，特别是在煤化工方向的煤气净化过程中发挥着关键作用。关键词：关键词：低温甲醇洗；技术优势；应用措施 中图分类号：中图分类号：TQ546.5 随着我国能源需求的增长以及对环境保护的重视，天然气的合理利用受到了广泛的关注。然而，天然气在开采和使用过程中，常常会含有硫化氢、二氧化碳等酸性组分，其不仅影响了天然气质量，也对设备造成腐蚀，影响了设备的使用寿命。为解决该问题，低温甲醇洗工艺应运而生。本文将详细探讨低温甲醇洗工艺的技术优势和应用研究，旨在为天然气处理提供新的解决方案。1 阐释低温甲醇洗工艺 1.1 内涵 低温甲醇洗工艺（Low-temperature Methanol Washing,LTMW）属于一种天然气净化技术，旨在提高天然气的纯度和品质。该工艺主要用于去除天然气中的酸性杂质，如硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2），以及其他溶解在天然气中的组分，如水蒸气、有机硫化物和重碳烃。通过使用甲醇作为溶剂，在低温条件下进行洗涤处理，实现对天然气的高效净化。1.2 技术原理 低温甲醇洗工艺的基本原理，主要是利用甲醇在低温条件下对酸性气体和其他杂质的较高溶解性。在该工艺中，煤气与冷却的甲醇溶液进行接触，甲醇可吸附并溶解其中的酸性气体和其他有害成分。随后，通过分离器将净化后的天然气与甲醇溶液分离。分离后的甲醇溶液可以经过再生处理，以恢复其吸附能力，然后重新循环使用。低温甲醇洗工艺主要由以下几个步骤组成：（1）预处理：将原料煤气进行预处理，去除水分、油分和颗粒物，以防止甲醇洗设备的堵塞、腐蚀。（2）冷却：将预处理后的煤气冷却至低温（通常在-30至-70之间），以提高甲醇对酸性气体的吸附能力。（3）洗涤：将冷却后的煤气与冷却的甲醇溶液进行接触，使酸性气体（如 H2S、CO2 等）和其他杂质溶解在甲醇溶液中。（4）分离：通过分离器将净化后的煤气与甲醇溶液分离，得到高纯度的煤气产品，主要包括 CH4、H2、CO 等可燃气体。（5）甲醇再生：将含有酸性气体和其他杂质的甲醇溶液进行再生处理，恢复其吸附能力，并进行重新循环使用。2 低温甲醇洗工艺的技术优势 2.1 高净化度 低温甲醇洗工艺能够有效地去除天然气中的酸性杂质，如硫化氢、二氧化碳和水蒸气等。在低温甲醇洗工艺中，甲醇的吸附能力和选择性得到充分利用。低温条件下，酸性组分的溶解度在甲醇中显著增加，从而提高了吸收效率。与其他净化技术相比，低温甲醇洗工艺在去除硫化氢方面具有更高的效果，可使其浓度降至几 ppm 甚至更低。此外，二氧化碳的去除效率也可达到 98%以上。这种高净化度有助于提高煤气净化的热值、减少管道和设备的腐蚀程度以及降低温室气体排放，缓解环境问题。2.2 强吸收力 低温甲醇洗工艺中，甲醇在低温条件下表现出极中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 36 强的吸收力。降低甲醇的温度有助于提高甲醇与酸性杂质的亲和力，从而提高吸收效果。甲醇对硫化氢、二氧化碳和水蒸气等酸性杂质具有较高的选择性，使得吸收过程更加高效。此外，在低温条件下，甲醇的粘度降低，有利于提高传质速率，进一步提高整个工艺的运行效率。2.3 经济实惠（1）期投资成本 相较于其他煤气净化净化技术，低温甲醇洗工艺具有较低的初期投资成本。该工艺所需的设备相对简单，如换热器、吸收塔、脱吸塔和循环泵等，与其他复杂工艺相比，设备数量和种类较少，降低了初期投资成本。（2）运行成本 低温甲醇洗工艺的运行成本相对较低。由于甲醇循环量较小，能耗较低，从而降低了运行成本。此外，低温条件下甲醇的挥发损失降低，减少了甲醇的补充需求。同时，处理过程中产生的少量废液可以通过再生处理后循环使用，减少了废物处理成本。（3）吸收剂成本 甲醇作为一种较为廉价且易于获取的吸收剂，进一步降低了整个工艺的成本。与其他昂贵的吸收剂相比，甲醇会产生更高的经济效益，由此满足具体的项目研究需求。3 低温甲醇洗工艺的应用措施 3.1 预处理措施 预处理是低温甲醇洗工艺的重要步骤，主要目的是去除原料气中的水分和重烃，以防止冷却过程中冰和甲醇水合物的形成。预处理措施通常包括以下几个步骤：（1）脱水 原料气首先通过脱水装置，通常是吸附剂或脱水剂，如分子筛，以去除水分。脱水过程需要严格控制，以确保原料气的水分含量低于一定的水平，例如，低于 1 ppmv。再如，在预处理过程中，原料气还需要通过分离器来去除油分和颗粒物。分离器可以是气-液分离器、旋风分离器或过滤器等。这些设备的作用是通过气体与固体或液体的密度差异，对气流中的杂质进行分离，从而避免堵塞和腐蚀低温甲醇洗设备。（2）重烃去除 原料气中的重烃（如 C3+烃）可能会在冷却过程中凝结，因此需要在预处理阶段去除。这通常通过分馏塔来实现，分馏塔的操作条件（如压力和温度）需要精确控制，以实现最佳的重烃去除效果。3.2 冷却措施 冷却是低温甲醇洗工艺的核心步骤，其目的是通过降低温度来使原料气中的酸性组分（如 H2S 和 CO2）与甲醇发生物理吸附，从而实现脱酸。冷却措施通常包括以下几个步骤：（1）初级冷却 原料气通过换热器进行初级冷却，通常将温度降低到-30至-40。这一步骤主要是为了减少后续冷却装置的负荷。（2）甲醇注入 初级冷却后的原料气与冷却的甲醇混合，甲醇的注入量需要根据原料气的流量和组成进行精确控制，以确保脱酸效果。（3）深度冷却 混合气体进入深度冷却装置，通常将温度降低到-60至-70，以实现最大的脱酸效率。深度冷却通常通过制冷剂（如丙烷或乙烯）实现，需要精确控制冷却条件，以防止甲醇的过度冷却和冻结。（4）分离和再生 冷却后的混合气体进入分离器，其中的液态甲醇（含有吸附的酸性组分）被分离出来。在此阶段，这部分甲醇通过再生装置（如再生塔）进行再生，去除吸附的酸性组分，再生的甲醇可以循环使用。3.3 洗涤塔设计 洗涤塔是低温甲醇洗工艺中的核心设备，其设计直接影响到洗涤效果。洗涤塔外观为垂直的圆柱形结构，内部填充有大量的填料。填料的选择和布置对洗涤效果有很大的影响。在实际操作中，通常会选择具有高比表面积、良好化学稳定性和机械强度的填料。洗涤塔的工作原理是：预处理和冷却后的天然气从洗涤塔的底部进入，与从洗涤塔顶部喷射下来的甲醇接触，通过物理吸附和化学反应，将天然气中的杂质去除。在设计洗涤塔时，需要考虑到洗涤塔的高度、直径、填料的选择和布置、甲醇的喷射方式和速度等因素，以达到最佳的洗涤效果。3.4 甲醇循环系统 中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 37 甲醇循环系统是低温甲醇洗工艺中的重要部分，其主要功能是提供和回收洗涤塔中使用的甲醇。甲醇循环系统通常包括以下几个部分：（1）甲醇储存 甲醇储存设备通常为压力容器，用于储存足够的甲醇供应洗涤塔使用。甲醇储存设备的设计需要考虑到甲醇的物理和化学性质，例如，甲醇的闪点为 11，因此需要在设计和操作中考虑防火和防爆措施。（2）甲醇泵 甲醇泵用于将甲醇从储存设备输送到洗涤塔。甲醇泵的设计需要考虑到甲醇的流量和压力需求，通常使用离心泵或齿轮泵。例如，如果洗涤塔的设计流量为 1000 m/h，甲醇的注入比例为 10%，对此甲醇泵的设计流量应为 100 m/h。（3）甲醇冷却 甲醇在注入洗涤塔前需要进行冷却，通常将温度降低到-30至-40。甲醇冷却通常通过换热器实现，换热器的设计需要考虑到甲醇的冷却需求和冷却介质的选择1。（4）甲醇再生 洗涤塔中使用的甲醇在吸附了酸性组分后需要进行再生，通常通过再生塔实现。再生塔的设计需要考虑到甲醇的再生需求和再生条件，例如，再生塔的操作温度通常在 100-150之间，操作压力通常在 1-2 bar 之间。3.5 操作与控制 在低温甲醇洗工艺中，合理的操作和控制非常重要，这不仅可以确保洗涤效果，也可以提高设备的运行效率和安全性，如下：（1）温度控制 预处理阶段的脱水操作需要在一定的温度范围内进行，通常在 40-60；冷却阶段需要将温度降低到-30至-40；甲醇再生阶段需要将温度提高到 100-150。温度的控制需要根据实际的操作条件和设备性能进行调整。（2）压力控制 洗涤塔的操作压力通常在 20-30 bar，这需要根据处理的气体流量和塔内压力进行调整。压力的控制可以通过调整泵和阀门的操作参数来实现。（3）流量控制 一般来说，原料气的流量需要根据洗涤塔的设计流量进行调整，在 1000-2000 m/h；甲醇的注入流量需要根据原料气的流量和甲醇的注入比例进行调整，在 100-200 m/h。（4）化学控制 化学控制主要是指对原料气和甲醇的化学组成的控制。例如，原料气的水分含量需要控制在 1 ppmv 以下，重烃的含量需要控制在一定的范围内；甲醇的纯度需要达到一定的标准，通常在 99.5%以上。4 低温甲醇洗工艺的应用进展 4.1 范围（1）天然气净化煤层气和煤矿瓦斯处理：低温甲醇洗工艺在天然气净化（煤层气和煤矿瓦斯）处理中，有着广泛的应用。煤层气和煤矿瓦斯中通常含有较高浓度的硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2），这些酸性组分不仅会对设备造成腐蚀，还会影响气体的热值和使用安全。低温甲醇洗工艺可以有效地去除这些酸性组分，提高气体安全性。（2）油气田伴生气处理 在油气田的开采过程中，通常会产生大量的伴生气，这些伴生气中含有较高浓度的硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2）。低温甲醇洗工艺可以有效地去除这些酸性组分，提高伴生气质量。此外，通过低温甲醇洗工艺处理的伴生气可以作为燃料使用，或者进一步进行深度处理，提取出更高价值的产品，如液化石油气（LPG）和天然气液体（NGL）2。（3）沼气和生物质气处理 沼气和生物质气是一种可再生能源，但是其中含有的硫化氢（H2S）和二氧化碳（CO2）等酸性组分会影响其使用效果和安全性。低温甲醇洗工艺可以有效地去除这些酸性组分，提高沼气和生物质气的质量和安全性。此外，通过低温甲醇洗工艺处理的沼气和生物质气可以直接作为燃料使用，或者进一步进行深度处理，提取出更高价值的产品3。4.2 发展（1)再生与资源化利用 低温甲醇洗工艺产生的废液中含有一定量的硫化氢、二氧化碳和水等酸性杂质。为了实现废液的再生和资源化利用，研究人员将致力于开发高效的废液处理技术。这些技术可以将废液中的有价值成分（如硫）中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 38 回收利用，减少环境污染，并降低废液处理成本。(2)集成与模块化 为了提高低温甲醇洗工艺的灵活性和适应性，未来的发展趋势之一是实现工艺的集成与模块化。通过将不同的净化单元模块化设计，可以根据实际需求快速组合和调整工艺流程。同时，模块化设计有助于降低设备制造和安装成本，提高项目的投资回报率4。(3)数字化与智能化 随着信息技术的快速发展，数字化与智能化将在低温甲醇洗工艺的应用中发挥越来越重要的作用。通过实时监测和分析工艺参数，运用大数据、机器学习等技术，可以实现对工艺的智能调控和优化。此外，数字化与智能化技术还可以提高设备的运行可靠性和安全性，降低运行维护成本5。5 结语 综上所述，低温甲醇洗工艺能有效地去除天然气中的酸性组分，提高天然气应用水平。同时，此类工艺的操作条件较为温和，设备的投资和运行成本相对较低，因此在天然气处理中有着广泛的应用。然而，低温甲醇洗工艺也有其局限性，如对原料气的预处理要求较高，操作和控制也较为复杂。因此，未来的研究应该着重于如何优化操作条件和设备设计，提高低温甲醇洗工艺的效率和经济性，以满足不断增长的天然气处理需求。参考文献 1冯玉芳.低温甲醇工艺洗预洗甲醇增加过滤器技术方案研究J.山西化工,2022,42(4):70-71.2邵应平.煤化工低温甲醇洗酸性气体处理工艺研究J.山西化工,2022,42(4):75-76.3谢辉.低温甲醇洗系统工艺优化调整小结J.中氮肥,2022(3):36-39.4李俊杰.低温甲醇洗换热器内漏工艺交出处理的环保 管 控 及 系 统 环 保 升 级 改 造 小 结 J.中 氮肥,2022(3):47-50.5刘彩锋,吕富强.600 kt/a 甲醇装置低温甲醇洗系统工艺优化改造小结J.中氮肥,2022(1):47-51.作者简介：作者简介：练兵(1991)，男，汉族，四川资阳人，大学本科，助理工程师，研究方向为低温甲醇洗工艺应用。