煤制甲醇装置酸性气体脱除工艺技术的选择

刘尚享

（天津碱厂合成氨甲醇分厂，天津300450）

煤制甲醇装置酸性气体脱除工艺技术的选择

刘尚享

（天津碱厂合成氨甲醇分厂，天津300450）

本文对目前我国以煤气化为原料生产甲醇装置，原料气中酸性气体脱除的常用工艺技术进行了分析、比较、论证，选择出了较好的方案。

甲醇；脱硫脱碳；酸性气体；低温甲醇洗

1 低温甲醇洗工艺和NHD工艺简介

低温甲醇洗工艺的操作原理是在高压、低温下，二氧化碳、硫化氢和其它有机硫化物等杂质在极性溶剂——甲醇中是极易溶解的，而在减压时又很容易的从溶剂中分离出来，达到溶剂的循环利用。目前全世界80%以上的合成氨、甲醇生产厂家都是采用低温甲醇洗工艺对原料气进行净化。从上海焦化公司甲醇厂引进低温甲醇洗工艺进行脱硫脱碳后，低温甲醇洗工艺广泛应用于大中型合成氨、甲醇生产厂家[1]。目前低温甲醇洗工艺已经是一种非常成熟可靠的净化技术，脱硫脱碳一次完成，可将H2S脱至小于1×10-5%。而且溶剂循环量小，溶剂价格便宜，能耗和操作费用较低。

NHD工艺（聚乙二醇二甲醚工艺）是由我国南京化工研究院开发的一种有效的气体净化工艺，亦属物理吸收，与引进的NHD工艺和低温甲醇洗工艺相抗衡，在中小氮肥厂、甲醇厂应用广泛，并赢得了良好的声誉。NHD工艺是一种利用聚乙二醇二甲醚溶液并添加其他溶剂的混合溶液对CO2、H2S等进行吸收，该工艺对CO2、H2S等均有较强的吸收能力，也是一种较好的脱硫脱碳方法，但只易将H2S脱至小于1×10-4%，对有机硫（COS、CS2、RSH等）吸收能力较差，需另加有机硫水解和精脱硫装置。为使脱碳尾气符合环保排放要求，须将脱硫和脱碳分开，流程比较复杂。

2 低温甲醇洗和NHD工艺流程

2.1 低温甲醇洗工艺流程简述

从上游工序来的原料气进洗氨塔，用少量冷却后的锅炉给水将原料气中微量NH3、HCN、羰基Fe/Ni等洗涤至＜1×10-4，再向出洗氨塔的原料气中喷入少量甲醇，防止水结冰，然后经原料气冷却器冷却进甲醇水分离器，分离出甲醇和水。原料气进入原料气甲醇洗涤塔，在下塔脱除硫化物（H2S和有机硫），在上塔脱除CO2后出洗涤塔，出洗涤塔的净化气中CO2含量控制在适当的含量，硫含量小于1×10-5，送下游生产工序。

原料气甲醇洗涤塔塔顶进入从热再生塔来经过冷却的－55℃甲醇，在上塔脱除原料气中CO2，由于溶解热，洗涤塔中部引出两股甲醇溶液分别用下游来的甲醇冷却和氨冷却以降低由于溶解热造成的温升；在洗涤塔下段，引出的甲醇液大部分在1#甲醇/甲醇换热器、CO2/甲醇换热器、1＃富甲醇深冷器冷却后进第一闪蒸分离器降压闪蒸；另一部分溶液回流进入H2S吸收段以吸收原料气中的硫化物。自塔底出来的富液在1#甲醇/甲醇换热器、合成气/甲醇换热器中经冷却后进第二闪蒸分离器降压闪蒸。为减少原料H2等气体损失，从第一、第二闪蒸分离器闪蒸出的气体汇合后经循环气压缩机加压并冷却后送至原料气冷却器前与原料气混合，以回收原料气中的氢，降低能耗。

从第一闪蒸分离器、第二闪蒸分离器和甲醇闪蒸罐闪蒸的甲醇富液分别进CO2产品塔的上塔和下塔进行减压闪蒸，上塔出口的CO2气体经回收冷却后回收利用。下塔出口的甲醇送H2S浓缩塔闪蒸气提。甲醇富液采用低压氮气气提。第一闪蒸分离器出口的甲醇富液不含H2S从塔上部进入，在塔顶部降压膨胀，甲醇液温度进一步降低并作为回流液以阻止H2S随塔顶尾气带走。从第二闪蒸分离器和甲醇闪蒸罐闪蒸出口的甲醇富液从塔中上部和下部进入塔内膨胀闪蒸出CO2。从塔底加入的氮气将CO2气提出塔顶，作为尾气回收利用。

H2S浓缩塔底部出来的富含H2S和COS的甲醇液体换热后送入热再生塔中部，甲醇中残存的CO2及H2S由热再生塔再沸器提供的热量进行热再生，混合气出塔顶经多级冷却分离，甲醇一级冷凝液回流，二级冷凝液进入H2S浓缩塔底部，底部出来贫甲醇液，从而完成甲醇循环利用。分离的酸性气体送硫回收装置处理。

2.2 NHD工艺流程简述

来自上游的原料气温度在40℃左右进入NHD脱硫塔底部，与自上而下的脱硫溶液接触，吸收硫化物和少量二氧化碳，出塔气经过塔顶除沫器及分离器除去气体中夹带的液滴后送下游生产工序。

脱硫塔底部排出的富液经泵送到高压闪蒸器，高压闪蒸器闪蒸出来的闪蒸气经减压后与回流槽闪蒸出来的再生气混合，送精脱硫装置脱除硫化物。高压闪蒸器出来的溶液经换热器后进一步减压，送低压闪蒸器，从低压闪蒸器出来的溶液经换热器加热后送入再生塔。再生塔分两段，上段为回流段，下段为解吸气提段。再生塔底部设置由再沸器，通过再沸器将溶液中的硫化物和二氧化碳等酸性气体气提出来。从塔底出来的贫溶液经换热器进入低压泵，加压后进一步冷却，送入脱硫塔顶部循环使用。再生塔顶部的再生气与低压闪蒸气经冷却后送硫回收装置处理。

3 低温甲醇洗和NHD工艺比较和选择

下面就低温甲醇洗工艺和NHD工艺进行综合比较（见表1）。

从表1中可以看出，从技术先进性及运行费用上低温甲醇洗工艺明显优于NHD工艺。综合比较如下：

（1）低温甲醇洗工艺吸收能力大；（2）低温甲醇洗工艺溶剂选择性好；（3）低温甲醇洗工艺的净化度较高；（4）低温甲醇洗工艺溶剂价廉易得；（5）NHD工艺采用国内工艺技术，流程相对简单，软件费用和投资费用相对较低；（6）NHD工艺的操作费用较高。

对于大型甲醇装置（20万t/a以上）采用低温甲醇洗工艺具有先天优越性，虽然一次性投资较NHD工艺高，但是长远运行的总体经济性要远远高于NHD工艺，由于甲醇厂使用甲醇溶剂不用购买和运输，吸收废液能完全回收，溶剂综合损失很少。因此对于大型甲醇装置（20万t/a以上）原料气酸性气体脱除工艺选择，从投资、运行费用、技术可靠性、环保性等多方面进行了比较论证，选择低温甲醇洗工艺是正确和明智的。

表1 综合比较表（处理气量130881Nm3/h、CO2含量40%、硫含量1.71 g/Nm3）

［1］全国甲醇年会专辑[M].北京化工出版社.2006.5.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.01.017

TQ028

A

1008-1267（2011）01-044-02

2010-05-29