低温甲醇洗气体净化工艺在煤气净化中的应用

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1、低温甲醇洗气体净化工艺在煤气净化中的应用　　摘要：低温甲醇洗是一种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的气体净化工艺。本文主要介绍了低温甲醇洗的原理和工艺流程，分析了低温甲醇洗工艺的优缺点。　　关键词：低温甲醇洗气体净化　　前言　　低温甲醇洗气体净化工艺具有气体净化度高和选择性好的特点，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，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。近几年，我国大型合成氨装置，所采用的

2、净化技术多采用低温甲醇洗和低温液氮洗配套使用的先进的净化工艺。　　一、低温甲醇洗工段简介　　在合成氨生产过程中，无论采用哪一种原料和任何制气方法所制得的合成氨原料气，除含有氢和氮外，还含有相当数量的合成氨所不需要的各种杂质，如：CO2、CO、H2S、HCN、有机硫化物、氮的氧化物、煤焦油等。其中氧化物和硫化物是合成触媒的毒物，必须在进合成塔以前清除干净，而CO2和H2S等高熔点物质在进入深冷装置时就会结成固体，堵塞管道和设备，在进深冷之前就必须将它们清除。　　从变换工序来的变换气中除含有氢气、氮气外，约含有44.7%的CO2和少量的H2S

3、与COS等硫化物，还含有CO、CH4、Ar以及饱和的水份等。含氧化合物与含硫化合物是氨合成触媒的毒物，气体在进入合成工序之前，必须将他们脱除干净；并且，由于后续工序是采用液氮洗脱除CO、CH4等，为防止CO2与水份等冻结成固体堵塞管道和设备，也必须将它们脱除干净。另外，从变换气中分离出来的CO2数量较大，浓度较高，而它又是生产纯碱、尿素、干冰等化工产品的主要原料；H2S及COS等硫化物数量虽小，但它们也是生产硫酸等的原料，而且，H2S、COS等硫化物对大气污染严重。因此，低温甲醇洗工序的任务是：　　（1）净化原料气。将进入甲醇洗的原料气中

4、CO2、H2O、H2S等脱除至规定的含量，以满足后续工序液氮洗和氨合成的生产要求。　　（2）回收副产品。CO2是低温甲醇洗工序的主要副产品，可用于生产纯碱、尿素以及食用CO2等，因此，低温甲醇洗工序必须保证CO2产品的质量和数量，以满足用户生产的需要；对H2S及其它含硫化合物的回收，也要保质保量，达到配套装置规定的要求。　　（3）环保任务。由于低温甲醇洗工序还向外界排放废气和废水，它们含有污染环境的H2S、甲醇等有毒物质，因此，必须加强生产控制，以满足环境保护的需要。　　二、低温甲醇洗的原理　　2.1低温甲醇洗的理论基础　　低温甲醇洗的理

5、论基础是拉乌尔定律和亨利定律。实验证明，在稀溶液中溶质若服从亨利定律，则溶剂必服从拉乌尔定律。低温甲醇洗就是利用甲醇在低温（-9～-64℃）、高压的条件下，对CO2、H2S有较高的吸收能力，对合成气中的有效组份CO、H2有较低的溶解度。即甲醇作为吸收溶剂对被吸收的气体具有较高的选择性。　　亨利定律在使用过程中，为了物料衡算的方便，可以有多种表达式。亨利定律适用于难溶，较难溶的气体，对于易溶、较易溶的气体，只能用于液相浓度很低的情况，而且必须注意溶质在气相和溶液中的分子状态应相同；对于混合气体，当压力不大时，亨利定律对每一种气体都能分别适用

6、，彼此互不影响，但当分压超过其中任何一种气体的适用范围后，分之间的作用力就要加大，此时，各种溶质气体就要相互降低其溶解度。亨利定律不能完全适用。　　2.2低温甲醇洗的基本原理　　（1）多种气体在甲醇溶液中溶解度的比较。低温甲醇对CO2、H2S、COS、H2等气体的吸收属物理吸收，在稀溶液中遵循亨利定律：P=K?N。由于甲醇是极性分子，在低温、高压下，CO2和H2S在甲醇中的溶解度一般不遵循这一定律。因而必须校正或另作处理。　　变换工艺气中各组分在甲醇中的溶解度，依次为H2S、CO2、CH4、CO、N2、H2。而H2S和CO2的溶解度要远远

7、大于其它几种气体的溶解度。因此低温甲醇洗就是基于甲醇对H2S、CO2等酸性气体具有较大的溶解度，而对CH4、CO、N2、H2具有很小的溶解度实现气体分离的。低温甲醇洗的物理吸收过程遵循享利定律，即被吸收组分的溶解量与其分压和溶解度系数成正比。在大多数情况下，溶解度系数随温度的下降而上升。故物理吸收要求在尽可能低的温度下进行。　　（2）H2S、CO2的解吸。在经过高压、低温吸收CO2、H2S后，富含酸性气体组分的甲醇液体，经减压后，可使溶解在其中的气体组分自动解吸。通过控制解吸与再吸收的程度，可获得高纯度的CO2气体，为尿素装置提供生产原料

8、，减压过程是在绝热条件下进行的，因此发生了能量的转移，甲醇自身的温度，及减压释放出的CO2气体温度都得到了降低，并可通过换热将冷源交出，以实现冷热平衡。　　溶解在甲醇中的H2S将采取低温气提与