低温甲醇洗工艺是一项非常重要的现代化工工艺, 尤其是在煤化工领域, 得到了充分的应用。结合我国“煤多、油贫、气少”的能源国情, 低温甲醇洗工艺具有更加深刻的实用价值。
1 低温甲醇洗工艺概述
低温甲醇洗工艺出现在上世纪50年代, 有德国鲁奇公司和林德公司共同开发形成。作为一种气体净化工艺, 其原理是利用低温下的甲醇物理特性, 是一种纯粹的物理吸收过程, 因此不需要复杂的工艺和装置。
近年来, 随着我国经济的发展以及对能源多样性的需求加剧, 这让原本储量不多的石油和天然气资源日趋供应紧张。为了缓和这一矛盾, 充分发挥煤炭资源丰富的优势, 大力发展煤化工产业就成了必然选择。
以煤炭为主要原来的化工生产主要包括合成氨、合成甲醇、合成天然气等, 粗合成气中含有大量需要净化的成分, 如二氧化碳、硫化氢、二氧化硫等酸性气体, 如果不加以净化是无法直接应用的。低温甲醇洗工艺的应用环境很宽泛, 无论是直接液化、间接液化以及煤气化, 都可以进行酸性气体净化作业, 并且具有物美价廉的特征。
2 低温甲醇洗工艺原理及特点
2.1 低温甲醇洗工艺原理
针对煤化工工艺而言, 无论生产对象是气态或液态, 净化的目的都是保留有效成分, 减少有害气体的存留。
根据这一需求, 在净化过程中去除掉粗合成气中的酸性气体成分, 该过程是在-60℃完成的。在这一低温环境下, 甲醇作为吸收液发挥物体特点, 二氧化碳、硫化氢和其他碳硫化合物由于可溶性较强, 被充分吸收;而一氧化碳、氢气等有效成分的溶解性较弱, 损失程度较小;经过反复的操作和催化作用, 即可完成酸性气体的分离。
2.2 低温甲醇洗工艺特点
第一, 低温甲醇洗工艺可以确保净化粗合成气中的酸性气体成分, 尤其是彻底分离硫化物的特性, 保障了煤化工产品的安全性。在整个过程中, 低温甲醇洗工艺属于物理性吸收, 并没有与酸性气体发生化学反应, 因此不会产生新的产物;为了加速反应状态, 提高反应程度, 可以通过加入催化剂的方式实现。
第二, 不同低温环境下, 低温甲醇洗工艺发挥的分离效果不同。在-30℃到-70℃之间, 甲醇可以脱除大量无效气体, 包括二氧化硫、硫化氢、氨气、一氧化氮、石蜡烃、芳香烃等, 同时完成气体脱水和干燥。
第三, 由于低温甲醇洗工艺发挥的是其物理吸收特性, 由此后期可以回收被吸收的硫化氢和二氧化碳等气体, 实现综合生产利用。
当然, 在研究和应用中也不能忽视低温甲醇洗工艺的不足。研究发现, 低温甲醇洗工艺在操作过程中为降低能量损耗, 需要较多的换热设备增加流程, 这让原本简单的物理原理操作变得复杂;特别是在低温条件下操作, 对反应设备的要求很高。
除此之外, 甲醇本身是有剧毒的一种化工原料, 如果操作不当, 很容易造成操作人员的身体伤害。现实中, 人体吸入10m L的甲醇溶剂就会导致失明, 而甲醇又是一种容易挥发的液体, 所以在设备安装和环境通风方面要格外小心。
3 低温甲醇洗工艺的研究进展与应用
我国针对低温甲醇洗工艺的研究开始于上世纪70年代, 这一时期也是我国煤化工产业发展的起步阶段。截至目前, 我国已经生产了多套大型酸性气体净化装置, 大多采用低温甲醇洗工艺原理, 并随着不断的实践开拓了适应于我国化工环境的工艺流程。
低温甲醇洗工艺与其他酸性气体分离工艺相比, 其优势是选择性好、吸收能力强、操作简单且费用消耗少。与起步阶段引进国外装置而言, 在成本上做到了大量的节约, 并迈出了自主创新和自主知识产权的关键性步伐。
如上世纪80年代开始, 在我国高等院校和科研机构的配合下, 中国石化等企业开始了低温甲醇洗项目的检测工艺研究, 并获得了国内专利;进入20世纪90年代, 我国的低温甲醇洗工艺已经取得了国际先进水平, 与德国鲁奇工艺相比, 无论在制冷设备和精华投资方面, 都做到了效率提升和成本降低。
总体而言, 在低温甲醇洗工艺的研究和应用中, 有两个问题是必须要考虑的。
其一是硫化物的彻底吸收。硫化物是大气污染的主要原因, 通过对煤化工化肥生产的研究, 提高低温甲醇洗的脱硫能力, 是实现煤炭资源有效利用的重点, 同时可以延长催化剂的应用周期。
其二是低温甲醇洗工艺中原料的消耗, 即甲醇的消耗和冷量问题。不同的自然环境对低温甲醇洗工艺的原料消耗影响是不同的, 如北方地区和南方地区, 这涉及到低温甲醇洗工艺的推广趋向。
摘要：低温甲醇洗技术主要用来净化酸性气体, 利用甲醇在低温环境下对酸性气体的大溶解度特性, 具有安全、高效、经济等优势, 因此得到了广泛的应用。我国利用低温甲醇洗工艺的范围包括合成甲醇、合成氨、煤制气、工业制氢等, 其中以煤炭为主要原材料的化工生产工艺中, 对低温甲醇洗工艺的依赖性很大, 本文以下针对这一工艺的研究进展和应用进行研究。
关键词：低温甲醇洗,研究进展,技术应用,酸性气体净化
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