低温甲醇洗气体净化技术介绍.doc

低温甲醇洗气体净化技术介绍
一、概述
低温甲醇洗是50年代初德国鲁奇公司和林德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剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的特性，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。低温甲醇工艺技术成熟，在工业上有着很好的业绩，被广泛就用于国内外合成氨、合成甲醇和其它羰基合成、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大都有采用这一气体净化技术。低温甲醇洗脱硫脱碳技术具有以下特点：
1、甲醇溶剂在高压、低温下对CO2、H2S、COS等酸性气体吸收能力极强（在3.0MPa、-40℃时，1m3甲醇可吸收CO2160～180 m3）。因此，经过一次净化就能将粗煤气中高浓度的酸性气体清除干净。甲醇比重轻、吸收酸性气体能力强，溶液循环量小，功耗少。
2、净化气质量好，净化度高，出口CO2可达到≤10ppm、H2S≤0.1ppm。
3、甲醇溶液粘度小，稳定性好，不起泡，对设备无腐蚀性。
4、甲醇采用减压闪蒸、加热再生，方法简单。甲醇富液在减压再生的过程中，由于压力的骤然降低，产生节流效应，使溶液温度降低，再将冷量转给再生好的溶液。而入工号的粗煤气又借与净煤气再生时的低温释放气进行高效换冷，整个装置冷量损失小。
5、在低温条件下，H2S的溶解度比CO2大六倍， CO2、H2S、COS在甲醇中的溶解度与CO和H2相比，至少大100多倍，而与CH4相比要大50倍。因此，H2、CO、CH4在甲醇中的溶解度都很低，再生过程中该部分有效气的损失很小（H2的损失为总H2量的0.12%左右）。
6、由于甲醇沸点较低（67.4℃），再生可利用低品位热源，有利于节能降耗。甲醇蒸汽压很低，溶剂损失小（一般甲醇的损失主要是在装置开、停车过程中）。
7、甲醇溶剂廉价易得，但甲醇有毒，给操作和维修带来一定的困难。
8、由于部分设备、管材为低温材料，需进口，加上设备需保冷，所以一次性投资较高。
二、低温甲醇洗工艺原理
甲醇吸收CO2、H2S等酸性气体是一个物理吸收过程。即：利用甲醇溶液对CO2、H2S能进行选择性吸收的特性来脱除粗煤气中的CO2、H2S，物理吸收在加压、低温条件下有利于甲醇吸收CO2、H2S酸性气体。
甲醇吸收CO2、H2S的原理以软、硬酸碱理论来说明：具有电子对接受体的分子叫酸；具有较大电子对接受体的酸叫软酸；具有小电子对接受体的酸叫硬酸。具有电子对给予体的分子叫碱；具有大有电子给予体的碱叫软碱；具有小的电子给予体的碱叫硬碱。按此硬软酸碱理论，酸碱反应的基本原则应该为：“硬亲硬、软亲软、软硬交界不分亲近”。甲醇分子结构：CH3—OH是由甲基CH3+和羟基—OH—二个官能团组成的分子，而甲基CH3+是一软酸官能团，—OH是一硬碱官能团。H2S属于硬酸软碱类，即H+为硬酸，HS—为软碱，CO2属于硬酸类，所以甲醇吸收H2S、CO2应是：
CH3+——OH—
： ：
： ：
H—HS CO2
这也反应了甲醇既可吸收CO2又可吸收H2S的特性。
甲醇对H2S、COS和CO2有较高的溶解度，而对H2、CH4、CO等溶解度小，说明甲醇具有较高的选择性，另一方面，表现在甲醇对H2S的吸收要比CO2的吸收快好几倍，甲醇对H2S溶解度比CO2大，所以甲醇可先吸收CO2后再吸收H2S。
甲醇在吸收了变换气中的石脑油、H2S、CO2气体后，为使甲醇能循环使用，必须对富甲醇液进行再生，恢复其吸收能力，再生采用三种方法：
（1）减压闪蒸再生：将吸收了CO2的富甲醇溶液进行三级或四级减压闪蒸，通过闪蒸，溶解在甲醇中的CO2、H2S 及微量CO、H2、CH4等气体被释放出来，甲醇得以再生后，重复作为吸收剂使用。
（2）加热再生：通过减压闪蒸再生，可将溶解于甲醇中的极大部分气体释放出来，但对于溶解度很高的H2S、COS来说，仍然还有部分不能释放出来，为保证甲醇的再生质量，只有对甲醇进行加热，使溶解于甲醇溶液中的气体被甲醇蒸汽气提出来，达到甲醇完全再生的目的。
（3）萃取再生：通过蒸取再生，将H2S吸收塔预洗段送来的含有石脑油、水及甲醇的溶液，按1：1的比例加入化学软水，形成石脑油—水—甲醇的三元混合溶液，根据甲醇和水能够以任何比例完全互溶，而石脑油和水不互溶的原理，从而将石脑油从甲醇中萃取出来，经过静置分离，形成石脑油在上层，甲醇—水混合物物在下层，通过一可调漏斗将石脑油从甲醇中分离回收（回收的石脑油可直接出售或集中加工处理，提高附加值再出售），分离了石脑油的甲醇—水两元混合液送入甲醇精馏塔中进行加热精馏提纯，在塔顶得到纯净的甲醇，返回吸收系统循环利用，塔底含微量甲醇的废水送生化处理后排放。
三、解化低温甲醇洗入口原料煤气组成
1、老系统（鲁奇加压气化炉制气）
鲁奇加压气化炉制气入低温甲醇洗变换气组成
组 分
组成（%）干气
CO2
38.87
CO
2.48
H2
45.28
CH4
10.63
C2
0.37
C3
0.15
C4
0.05
N2
1.28
Ar
0.36
H2S
0.53
COS
ppm
总干气
100.00
工号入口变换气总流量
64520Nm3/h
2、解化二甲醚（碎煤熔渣加压气化制气BGL）
碎煤熔渣加压气化制气入低温甲醇洗变换气组成
组 分
组成（%）干气
CO2
16.0
CO
47.6
H2
26.1
CH4
8.4
N2
0.5
H2S
0.7
CnHm
0.7
O2
0.02
NH3
0.03
总干气
100.00
工号入口变换气总流量
119871Nm3/h

四、装置主要设备结构及其作用
1、H2S吸收塔
设备结构：分为预洗段、脱硫段两部分。筒体为低温钢材料，内件不锈钢材料，为浮阀塔盘。基本尺寸：ф2600х42000。
作用：自CO2吸收塔底部来的含CO2的富甲醇液在H2S吸收塔内与粗煤气逆流接触，在高压、低温的条件下，在预洗段（下段）洗涤脱除粗煤气中的石脑油、HCN、水、等有机杂质，吸收段（上段）洗涤脱除粗煤气中的H2S、COS，使H2S吸收塔顶部出口脱硫气中H2S、COS≤2ppm。
2、CO2吸收塔
设备结构：分为上下两段，下段13块浮阀塔盘，上段块浮阀塔盘。筒体为低温钢材料，内件采用不锈钢材料。基本尺寸：ф2600/ф3000х43000。
作用：脱硫气进入塔下部，自下而上与循环冷却甲醇、主洗甲醇和热再生甲醇在塔内逆流接触洗涤，在高压、低温条件下，脱除脱硫气中的CO2、H2S、COS，使塔出口净化气中满足CO2≤3.5 %，H2S、COS≤0.1ppm的要求。
3、CO2闪蒸塔
设备结构：分为四段逐级降压闪蒸，塔内填充不锈钢鲍尔环填料，筒体为低温钢材料。基本尺寸：ф3600х25000。
作用：自CO2吸收塔来的含CO2的甲醇富液在CO2闪蒸塔内通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段逐级降压闪蒸和Ⅳ段氮气气提闪蒸，使甲醇中的CO2气体闪蒸释放，最终达到使甲醇的再生和降温的目的。
4、H2S浓缩塔
设备结构：下段闪蒸，下段深缩，下段采用17m3的规整填料，设10块浮阀塔盘，上段采用65块浮阀塔盘，筒体为低温钢材料，内件为不锈钢材料。基本尺寸：ф2600/ф3000х45000。
作用：自H2S吸收塔主洗段底部出来的含有H2S、COS的甲醇富液，在该塔Ⅰ段闪蒸释放部分CO2气体后，甲醇进入上段进行氮气气提释放出大量CO2、H2S气体、和热再生塔、萃取器来的含H2S闪蒸汽混合，在该塔Ⅱ段与再吸收甲醇逆流接触，洗涤吸收闪蒸混合气中的H2S气体，使甲醇中的H2S含量得到富集浓缩，确保H2S浓缩塔Ⅱ段顶部出口排放气中H2S含量≤100ppm，排放气送水洗塔洗涤回收其中的甲醇后，由高处放空管放空。富集浓缩H2S的富甲醇液送热再生塔再生处理。
5、热再生塔
设备结构：热闪蒸段填充不锈钢鲍尔环填料，热再生段采用45块浮阀塔盘，筒体为碳钢材料。基本尺寸ф3000х35000。
作用：自H2S浓缩塔来的富集浓缩H2S的富甲醇液，在热再生塔内通过再沸器加热气提，使甲醇中的酸性气体彻底闪蒸解吸，最终达到甲醇彻底再生的目的。塔顶出来的高浓度含硫废气送硫回收装置处理，再生甲醇返回系统循环使用。
6、萃取器
设备结构：采用三段闪蒸，一段缓冲萃取，闪蒸段采用不锈钢鲍尔环填料，筒体为低温钢/碳钢材料。基本尺寸：ф600х500/ф3600х7500。
作用：自H2S吸收塔预洗段底部来的石脑油—水—甲醇混合液，进入蒸取器闪蒸段（Ⅰ、Ⅲ）进行减压闪蒸后，加入软水作为萃取剂，使甲醇—水和石脑油进行萃取分离，并回收石脑油。
7、共沸塔
设备结构：采用35块浮阀塔盘，筒体为碳钢材料。基本尺寸：ф1000х21000
作用：自萃取器来的甲醇—水和石脑油混合物进入共沸塔，在塔内通过再沸器加热气提，使甲醇中的酸性气和石脑油彻底闪蒸解吸，使出共沸塔底部甲醇水中的石脑油含量≤200ppm。再送甲醇水塔进行精馏处理回收其中的甲醇。
8、甲醇水塔
设备结构：采用40块浮阀塔盘，筒体为碳钢材料。基本尺寸：ф1400х22000
作用：自共沸塔来的甲醇水进入甲醇水塔，通过精馏，使甲醇和水分离，最终使甲醇水塔底部废水中的CH3OH含量≤100ppm，废水送生化处理或进一步用水稀释排放；甲醇水塔顶部甲醇中的H2O含量≤1.0%，回收返回系统。
9、水洗塔
设备结构：采用20块浮阀塔盘，筒体为不锈钢材料。基本尺寸：ф3400х14000
作用：自CO2闪蒸塔、H2S浓缩塔来的闪蒸排放气进入水洗塔底部与塔顶部流下的软水逆流接触洗涤，回收排放气中夹带的甲醇，洗涤水送萃取器，减少甲醇消耗。
10、另外，甲醇泵有低温泵和常温离心泵，均设置两台，采取一开、一备。换热器有气/气、气/液、液/液介质换热的固定管板、管壳式换热器。

- 4 -