淺析大型煤制甲醇裝置合成氣淨化技術

陳(chén)強（新疆天業彙(huì)合新材料有限公司，新疆石河子市，832200）

摘 要：本文闡述瞭國内常用的煤制甲醇裝置合成氣氣體淨化技術的優勢以及不足，詳細比較瞭當前常 用的各種方法，主要分析瞭物理吸收法冷法的具體應用，總結瞭該方法的基本特征，介紹瞭使用過程中需要 注意的問題，深入探讨瞭合成氣淨化技術。

關鍵詞：低溫甲醇洗；氣體淨化技術；物理吸收法

         随著(zhe)我國經濟的持續發展，國内煤化工項目先後開始正式運行，促使相關産品逐漸趨向多元化，由於多類型的煤炭産品、各種氣化工藝的改進，促進瞭(le)氣體淨化技術的不斷發展。截至當前，業界基本上通過物理吸收法來對煤制合成氣進行淨化，具體分爲熱法和冷法。其中，熱法最具代表的當屬 Selexol工藝，南化集團研發中心研發瞭(le)NHD法，其與上述方法大緻相當，冷法即低溫甲醇洗。通常在氣體精制方案中，煤制合成氣的裝置熱法配甲烷化，在此基礎上，配備相應的氫回收裝置，而冷法配 甲醇洗是一個非常良好的方法。我國現有相關裝置普遍存在出口淨化不完善的問題，鑒於此，本文根據某煤制甲醇 Lurgi 低溫甲醇洗裝置的實際情況，深入地探讨瞭(le)合成氣淨化技術。

1 合成氣淨化技術

1.1 Selexol法

       該方法是Allid於20世紀60年代研究的一種方法。它主要是以聚乙二醇二甲醚混合物爲溶劑，還叫做Selexol劑，它對各種氣體的溶解度存在一定的區别，20世紀80年代初期，主要是在合成氣中脫除二氧化碳時使用，随後用於脫除氣體中的酸性氣體成分。由於二氧化碳在 elexol 溶劑裏溶解度非常高，是其它有效氣體的50倍甚至更多，而硫化氫的 溶解度卻明顯高於二氧化碳，所以它不僅可以将CO₂脫除，還可以将硫化物脫除。具有相對穩定的理化性能，不會出現降解、起泡；同時溶劑具有較小的蒸發損失，能耗也較低，不會腐蝕設備，因此很多廠家在生産過程中将其當作淨化吸收溶劑使用。 這個方法适用以下情況：18～60℃，0.7～10MPa，再生可採用閃蒸、汽提。需指出的是這種溶劑大部分依賴於進口，價格較高。

1.2 NHD淨化法

       南化集團研發(fā)中心研發(fā)瞭(le)這一方法。它主要是以聚乙二醇二甲醚混合物爲溶劑，與上一種方法大緻相近，所以兩者具有相似的淨化工藝。

       該方法能吸收硫化氫與一氧化碳，常溫條件下通過偏低的循環量來吸收硫化氫，且在溫度相對較 低的條件下吸收一氧化碳，優勢比較顯著，例如消耗溶劑較少，不會腐蝕設備(bèi)，以及不起泡等，具有相對較好的熱、化學穩定性；除此之外，工藝流程比較簡單，成本不高，比較容易操作，溶劑能夠長時間保持優良的性能。然而，該方法也具有自身的不足之處，即一氧化碳回收率不是很高，解吸獲得濃度偏 低的硫化氫，不容易回收等。該方法主要應用於(yú)中小型煤氣化制合成氨廠，具有不錯的前景。

1.3 低溫甲醇洗

       該方法在渣油和煤制甲醇中得到廣泛的使用。甲醇能夠很好地吸收硫化物與二氧化碳，尤其是在加壓與低溫條件下，二者的溶解度明顯改善，在升溫與減壓條件下，硫化物和二氧化碳從甲醇中釋放，從而使得溶劑獲得再生。該方法的工藝參(cān)數是-34～-75℃，壓力大約爲 3.0MPa，再生可採(cǎi)用閃蒸、汽提等法。在低溫條件下甲醇具有不錯的傳熱和傳質性，而高溫條件下則表現出良好的化學、熱穩定性，無腐蝕性。作爲化工材料，甲醇易得，成本相對較低，是首選的吸收劑。

2 冷熱淨化工藝方法比較

2.1 吸收能力和溶劑循環量

       低溫甲醇洗與NHD溶液的吸收操作溫度分别 爲-60～-20℃，-5～0℃，酸性氣體在甲醇洗的溶解度高於(yú)NHD，所以，吸收等量的酸性氣體時甲醇溶劑循環量較小。當前我國主要是利用煤來制備合成氣的變換氣中具有大量酸性氣體，因氣量大，兩種技術使用的溶劑循環量就存在著(zhe)更大的差距。甲醇洗對二氧化碳的吸收能力是NHD溶液的四倍甚至更多，由此就使得 NHD 溶液輸送能耗明顯增多。利用NHD溶液使用能量回收透平的方法，工藝溶液輸送功耗明顯要比甲醇洗高得多，另外，NHD 溶液的再生熱耗明顯要比甲醇洗高。

2.2 有效氣體損失和淨化度

       因溶劑循環量、操作條件、氣體選擇性有所區别，二者的有效氣體損失也存在差異。低溫甲醇洗與 NHD 法損失氫氣在整體之中的比例分别占 0.12% 與 0.39%。NHD 法的損失量要比甲醇洗高。甲醇洗的淨化能力相對較高，經過淨化處理以後氣體中硫化氫小於0.1×10^-6 。而NHD中硫化氫卻小於 1×10^-6 。所以，NHD法還應當配備相應的精脫硫裝置。

2.3 再生溫度和能耗

       NHD脫硫過程中，溶劑再生溫度相對偏高，因此使用的再生蒸汽的溫度必須要高，由於(yú)溶劑循環 量較低，所以需要使用大量的再生蒸汽。爲有效減小其能耗，現階段在溶劑再生過程中一般是将 3% ～5% 的水或水蒸氣加到溶劑中，從(cóng)而能夠得到混合蒸汽。選擇上述方法，其再生消耗的蒸汽量明顯要比低溫甲醇洗法高。

2.4 溶劑熱和化學穩定性

       NHD溶劑具有相對良好的熱、化學穩定性，它屬於(yú)混合物，其中的組分較多，高溫條件會影響其 穩定性，所以爲實現再生溫度的降低，在溶劑再生過程中應添加一定量的水或水蒸氣。低溫甲醇洗 的溶劑表現出非常不錯的熱、化學穩定性。在溫度條件下長時間使用，其理化性質沒有變(biàn)化。

2.5 溶劑起泡情況

       甲醇和NHD都不起泡，在長時間使用過程中，受到雜質積累等方面因素的影響，其起泡情況将出現一定的改變。具體操作中NHD發生過這一現象，爲避免該問題，同時防止污染溶劑，需在其中添加一定量的消泡劑。而甲醇實質上屬於(yú)消泡劑，並(bìng)未出現該問題。

2.6 溶劑價格及來源

       通過分析當(dāng)前的市場(chǎng)情況，可以制造出高質量 NHD溶劑的企業不多，而甲醇具有易得性。其價格大約是0.25萬元/t，NHD價格則明顯較高，是甲醇的五倍還多，價格有較大差異。因價格偏高，其溶劑初裝溶液的成本大約爲 1 000 萬元，明顯要比低溫甲醇洗方法高得多，導緻裝置投資明顯增多。

3 Lurgi低溫甲醇洗工藝的應用

       某大型煤制甲醇項目，粗煤氣有效組分（主要是氫氣與一氧化碳）含量爲89%，酸性氣體居多，尤其是 H₂Smol 體積大於 0.3%，對後續合成催化劑具 有明顯的影響，從而制約著淨化工藝。通過進一步對比研究，企業打算引入Lurgi低溫甲醇洗工藝，通過分析其具體應用成效得知，該法淨化程度較高，淨煤氣指标穩定，所需成本較少。

4 結語

       總之，本文深入分析瞭(le)低溫甲醇洗和NHD氣體淨化工藝兩種方法，介紹瞭(le)國内煤制甲醇、煤制氣行業氣體淨化情況。比較可知，兩種方法都具有較高的吸收能力，但NHD工藝沒有積累大量的實踐經驗，同時溶劑成本相對(duì)昂貴，需要消耗很多能源，而甲醇洗在實踐中獲得良好的成效，操作穩定，技術成熟度較高，淨化度相對(duì)不多，但相關設施初期投資數額相對(duì)較多。

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