低温甲醇洗技术及其在煤化工中的应用

胡春红

摘 要：本文以低温甲醇洗技术为研究点，介绍了低温甲醇洗技术的原理和优点，阐述了低温甲醇洗技术典型的工艺流程，并根据笔者长期实践经验，重点介绍了低温甲醇洗技术在煤化工领域中的实际应用，结果表明低温甲醇洗技术应用方便且效果显著。为后学者继续深入开展低温甲醇洗技术在煤化工中的应用研究工作具有一定的指导意义。

关键词：低温甲醇洗技术；工艺；煤化工；实际应用

中图分类号：TQ546 文献标识码：A

随着科学技术的发展以及人们对环境问题的日益重视，酸性气体脱尘技术的研究取得了显著成果，其中低温甲醇洗技术凭借其简单方便、实用性强、效果突出的特点在国内外得到了广泛的应用。但低温甲醇洗技术及其在煤化工中的实际应用研究尚显不足，基于此，本文结合实际，以基本原理和概念出发，对低温甲醇洗技术做了简要介绍，便于为后期工作做相应铺垫。

1.低温甲醇洗技术原理与优点

1.1 技术原理

低温甲醇技术作为一种物理吸收防腐，可以使酸性气体溶解于有机溶剂甲醇中。低温甲醇洗工艺使用冷甲醇为酸性气体的吸收液体，这也是利用了低温条件下甲醇对酸性气体具有较大的溶解度的特性，在溶解的同时还可以分段选择吸收原料气中的二氧化碳和二氧化硫气体。

低温甲醇洗技术主要包括解吸和多段吸收两个部分。以煤气化为例，低温甲醇洗工艺流程主要包括：（1）吸收：在吸收工艺之前首先出去水分以防止后期工艺出现水东街现象。吸收的主要作用在于将二氧化碳和硫化氢气体溶解于甲醇之中。（2）解吸：解吸工艺的目的是将氢气、二氧化碳等气体从吸收液中释放出来。通常，该过程需要3个塔10个分离段实现。（3）溶剂回收：溶液中往往会存在不易溶解的杂质，低温甲醇洗作业所需溶液量也较大，氮气和二氧化碳释放会带出少量甲醇，因此必须回收，溶剂回收过程往往需要两个塔完成。

1.2 技术优点

低温甲醇洗技术的应用具有明显的优点，主要表现在：（1）具有良好的选择性，尤其是对二氧化碳、二氧化硫等酸性气体的选择性，可以使气体的脱碳和脱硫工艺在同个或者两个吸收塔内分段进行，同时回收相应气体以继续利用。（2）在温度较低的环境下，甲醇溶液的再生所需能耗较少，可以节约一定溶剂，降低生产费用，此外由于甲醇原料的腐蚀性能不强，实际运用中无需设置防腐材料即可保证安全，因此操作费用较低。（3）吸收能力强，对酸性气体具有较强的吸收性，对气体净化性能强。（4）所需材料来源广泛，价格低且易于获得。（5）有较强的化学稳定性和热稳定性，在吸收气体时，起泡现象将得以避免，对生产的稳定具有明显的意义。

1.3 发展历史

对于低温甲醇洗技术的发展历史，最早可追溯到20世纪Lurgi公司和Linde公司的研究。鲁奇公司为净化加压鲁奇炉中得到了煤气，首先建成了低温甲醇洗工艺装置。之后，林德公司继续深入研究，将低温甲醇洗技术用于化肥厂中以净化含硫变换气。就我国而言，我国对低温甲醇洗技术的研究起步较晚，但随着科学技术的发展，且经过多年不懈努力，取得了十分显著的成果。主要表现有：兰州设计院对甲醇系统气液平衡计算进行了研究；大连理工学校从早期变从事低温甲醇洗装置的模拟与优化研究，成功开发了低温甲醇洗专利技术工艺包；上海化工研究院对不同气体在低温甲醇中的溶解度的物化特性进行了分析，对体系的相平衡常数进行了测定，对后期的工艺计算做下了铺垫。

2.低温甲醇洗技术典型工艺

2.1 整体流程

低温甲醇工艺应用早起具有一级工艺和两级工艺之分，其中一级工艺应用于压强高于8.5MPa的渣油气化，两级工艺适用于约6MPa的中压渣油气化。一级甲醇洗流程在工艺开始之前进行气体交换，并在同塔中的不同塔段去除硫化氢和二氧化碳气体，该装置秩序一个气体冷却步骤和一个洗涤步骤，具有流程简单、费用少的特点，应用最为普遍。总体上看，当前常见的煤化工气化的低温甲醇洗流程为七塔16段。首先原工艺气经过冷却后分离甲醇水溶液，再进入硫化氢吸收塔，除去相应气体组分，出二氧化碳吸收塔底成分分为两部分，一部分进入硫化氢吸收塔，另一部分至闪蒸塔释放氢气和二氧化碳。硫化氢吸收塔上的甲醇溶液进入闪蒸塔下塔，以蒸出氢气、二氧化碳等气体。具体工艺流程如图1所示。

2.2 各塔流程

如图1所示，低温甲醇洗工艺包含多个工艺塔，各塔流程分别为：（1）硫化氢气体吸收塔：主要包括气体吸收段和洗涤段，变换气从下往上流入，通过部分甲醇洗涤，将水分、杂质等去除，之后通过该塔，硫化氢气体以及部分二氧化碳气体被吸收，同时尾气进入下一塔段。（2）二氧化碳气体吸收塔：该塔分为上、中、下3段，分别为吸收段和两个再吸收段，其中段与段之间分别布置段间换热器，以除去甲醇吸收的气体释放出的能量。（3）氢气闪蒸塔：该塔分为氢气气体和部分二氧化碳气体的释放段以及硫化氢气体的浓缩段两个部分。（4）二氧化碳再生塔：该塔的作用在于再次吸收硫化氢气体及二氧化碳。该塔由二氧化碳释放段、二氧化塔减压释放段、二氧化碳与氢气减压释放段以及氮气提段4个部分组成，为二氧化碳再生与其余气体的吸收提供了条件。

此外，硫化氢再生塔段、甲醇精馏塔段以及尾气洗涤塔段都有其各自的运行流程及机理，此处不详述。

3.低温甲醇洗技术在煤化工中的应用

3.1 煤制甲醇

在煤化工行业，甲醚、乙烯等试剂的生产往往是以甲醇为原料进行合成的。在工业发达的今天，甲醇有了十分广泛的应用。以煤制甲醇为例，该工艺存在许多化学反应过程，它需要煤炭在煤气化与一氧化碳变化下得到处理，再利用低温甲醇洗技术进行合成，最终制成成品甲醇，从而应用于其他化工原料的制造。目前，该方法在国内得到了普遍应用，以低硫煤炼制为原料气，利用低温甲醇技术进行脱硫和脱碳处理，从而得到相对净化的气体。实践证明，经过低温甲醇洗工艺得到的酸性成分中含硫量可低于0.1uL/L。

3.2 煤制合成氨

多年来，农业在我国经济和社会发展中起到不可取代的重要作用，随着科学技术的发展，化肥应运而生，且生产技术水平持续增长。随着原料合成氨需求的不断扩大，煤化工领域合成氨技术仍需进一步研究。煤化工领域中的煤制合成氨工艺大多以煤为主要原料，同煤质甲醇工艺类似，通过低温甲醇操作进行合成氨工作，已达到获得氨的目的，从而应用了硝酸与化肥产品的生产过程。根据国内实践情况来看，在净化气体方面，低温甲醇洗工艺具有明显的净化效果、且对溶剂的需求较低、使用成本也相对低廉，具有较高的实用价值。

3.3 煤制天然气

天然气作为重要的清洁能源，为我国经济的发展提供了重要的能源保障。但我们也意识到，作为一个能源消耗大国，我国的天然气资源依然明显不足，因此煤制天然气的研究受到了较高的重视。煤制天然气过程同样以煤炭为原料，经过一定的气化处理和变化，在低温甲醇洗工艺下气化，实现天然气的合成。在实际运用中，不论从温度还是压力角度看，合成系统都具有明显的优势，且净化效果显著，为低温甲醇洗技术在煤制天然气领域中的应用提供了实际基础。

3.4 其他应用

低温甲醇技术除了在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然气中具有广泛的应用之外，在煤化工的其他相关领域同样有着应用，甚至不可或缺。如在煤制乙二醇中，传统制作工艺通常会出现催化剂失活的情况，事实上，硫的含量对催化剂的作用效果具有较大的影响，通过低温甲醇洗技术便可以有效解决此类问题，达到预期要求。

结语

多年来，低温甲醇洗技术凭借其选择性好、吸收能力强、净化程度高、耗能少等优点在我国石油化工领域得到了广泛的应用。实践证明，低温甲醇洗技术在合成气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体的脱除方面具有明显优势。当前，随着该技术的深入研究，低温甲醇洗技术在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然气等方面的应用取得了突出成就，但更应意识到，面临着未来更为严峻的能源与环境形势，我们要做的依然还有很多。

参考文献

[1]赵鹏飞，李水弟，王立志.低温甲醇洗技术及其在煤化工中的应用[J].化工进展，2012（11）：2442-2448.

[2]齐亚平，张培忠，于化龙.低温甲醇洗技术在16万t/年煤制油装置中的应用[J].化工进展，2015（1）：285-288.