仿生物型气体净化技术在甲醇生产中应用

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1、·46·气体净化2004年第4卷第4期仿生物型气体净化技术在甲醇生产中的应用王祥云，汪志和，王安荣，刘蓓，谭念华，俞钟敏，孔凡敏(南化集团研究院．江苏南京210048)I工艺简介二氧化碳脱除在合成氨、甲醇、天然气净化等工业生产中是非常重要的一个环节，目前所广泛采用的脱碳工艺主要分为化学吸收和物理吸收两类，其中化学吸收包括热钾碱法、空间位阻胺法、一乙醇胺(MEA)、N一甲基二乙醇胺(MDEA)法等，物理吸收包括水洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法、NHD法等。在选择脱碳工艺时，通常是从原料气中CO。分压，CO：净化度的要求，以及能量消耗因素等方面综合考虑，从而

2、选择最合适的吸收剂。仿生物型气体净化技术，因其吸收剂中含有生物体内血液中呼吸酶的核心基团及其衍生物(以下称为仿生物C0：吸收剂)，有更大的平衡溶解度和传质吸收速率[1矗]，C0z吸收和再生过程具有明显的物理化学特性，溶液吸收和再生条件比较温和[3]，与现有的物理吸收剂相比。仿生物吸收剂吸收能力明显增强；而与化学吸收剂相比，其再生能耗又大大降低。1．1脱碳工艺的选择在选择合适的脱碳工艺时，如果不考虑硫化物的存在，则主要与两个因素有关，一个是原料气总压及C02分压大小，另一个是C02净化度要求。a)低分压操作，以化学吸收脱除COz较为经济，因为从气液平衡曲线

3、可以看出，CO。分压较低时，物理吸收无法达到净化要求，而化学吸收则有较大的吸收能力。b)高分压操作，由于压力提高，化学吸收的溶解度并不显著增加，因而采用物理吸收法既可以满足净化要求，又可以降低能耗。c)中压操作，情况较为复杂，采用单纯物理或单纯化学吸收方法都达不到较为理想的吸收效果。以常用的化学吸收方法热钾碱工艺为例，其C02解吸温度高于110℃，再生能耗很大I而单独使用物理吸收剂吸收能力低、循环量大、电耗高，且难以达到净化度要求。仿生物吸收剂与生物体血液中的COz吸收酶具有很多的相似性。与纯物理吸收剂相比有更强的吸收能力，又比化学吸收剂受CO：分压影响

4、大，解吸主要靠减压而无须很高的温度就可完成；仿生物吸收剂的吸收特点正是处在物理吸收和化学吸收之间，通过与其它溶剂不同比例的混合，可以配制出一系列从物理吸收到化学吸收的吸收剂，来适应不同条件与要求的工艺情况。吸收温度为40～65℃，解吸温度约为70～98℃，吸收能力又强于物理吸收，解吸能耗比化学吸收剂降低，因此对于中压操作所代表的物理吸收和化学吸收均不理想的工艺情况，采用仿生物系列吸收剂可以综合物理吸收与化学吸收的特点，可以针对不同的操作分压及净化要求，配成不同的吸收剂，满足不同工艺要求，并能够节约大量的热能。达到最经济的目标。1．2工业应用的结果该技术自

5、工业化以来，已经先后应用到0．35MPa，0．71MPa及2．8MPa压力下脱除COz的工艺中t3]，其结果如表1。从表1中1、2号数据看，仿生物脱碳溶液在较低的操作压力下，仍然有很强的吸收能力，已经用于回收碳酸丙烯酯、NHD等脱2004年第4卷第4期气体净化·47·碳工艺产生的低压闪蒸气中的一部分C0。，将其用于碳1化学生产。从表1中3，4，5号数据看，对于国内变换压力在0．8MPa的化肥厂，可以直接在相应压力下脱除部分CO：，以适应液氨或联醇的生产，脱碳溶液再生不需要使用蒸汽。从表1中6号数据看，在0．8Ⅷa以下压力下，提高溶液再生温度，可以一次性将

6、C02脱除至2％以下，气体直接进联醇或单醇生产，溶液再生需要使用少量蒸汽(耗0．8t氨)。从表l中7号数据看，在较高的操作压力下，使用仿生物型脱碳溶液可以深度脱除CO。，净化气直接进甲烷化工序，溶液再生能耗仍然较低。2工艺设计方案根据仿生物型溶液脱碳工艺的特点，结净合合成氨装置联产或改产甲醇产品的实际情况，我们设计了以下几种净化方案：2．1部分脱碳方案2．1．1不设置变换气脱硫装置，同时脱硫脱碳。仿生物型脱碳溶液对H：S的吸收能力及吸收速度远大于对C0。的吸收，因此，可用本工艺同时脱硫脱碳，净化气中总硫含量可脱除至10mg／m3以下。根据实际需要将变换气

7、中的C02脱除至1％～22％。因为H2S的再生比较困难，需要将溶液加热到97℃以上才能完全再生，所以溶液再生需要使用低压蒸汽。采用仿生物型净化技术新建一套年产30kt甲醇的同时脱硫脱碳装置，其投资约为300万元。小时电耗小于250kW·h，蒸汽消耗小于3t／h。脱碳工艺流程如图1。0囔人P人芦。瑟，-__星瑟皿7y器§再生n]毒区．．．．一瑟像JU_—___l-三—]9×—卜一__——毯×3变换气_______—lOY^tK图l同时脱硫脱碳工艺流程卜一净化气分离器；z一吸收塔·3一再生塔14～再生气分离器-S一净化气冷却器6一富液加热器·7一再生气冷却器

8、18--贫液加热器，9一半贫液泵，10一贫液泵·48·气体净化2004年第4卷第