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低温甲醇洗工艺的研究进展与应用漆方方

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：漆方方吴玉龙

[导读] 摘要：低温甲醇洗工艺技术是脱硫和脱碳的常用技术，通过吸收、解吸、溶剂回收等步骤实现对粗原料气中的酸性气体的选择性吸收，在化工生产中的煤制甲醇与天然气脱硫等应用广泛。

        陕西长青能源化工有限公司陕西宝鸡 721000
        摘要：低温甲醇洗工艺技术是脱硫和脱碳的常用技术，通过吸收、解吸、溶剂回收等步骤实现对粗原料气中的酸性气体的选择性吸收，在化工生产中的煤制甲醇与天然气脱硫等应用广泛。本文首先分析了低温甲醇洗工艺的国内外研究进展，其次概括了低温甲醇洗工艺的反应原理，最终以克劳斯脱硫工艺为例研究了低温甲醇洗工艺的应用。
        关键词：低温甲醇洗工艺；克劳斯脱硫；研究进展
        【正文】
        1.低温甲醇洗工艺的国内外研究进展
        自1954年，南非Sasol公司利用鲁奇工艺建立了简易的低温甲醇洗工艺的运行装置，低温甲醇工艺第一次进入了世界的工业化体系。鲁奇技术和林德技术是国外最早运用的低温甲醇洗工艺技术。鲁奇技术的变换流程位于脱硫与脱碳中间，而林德技术是在经历变化流程之后，再选择脱硫或者脱碳。国外自鲁奇技术与林德技术开创以来，对低温甲醇洗的工艺流程与生产特点进行研究与改进，更改了气化方法与加料方式，促进了工艺过程的生产效率的提升与消耗能源的减少。同时，由于鲁奇技术是利用富碳循环实现低温洗醇工艺的正常运行，这一过程会提供大量的冷量，丙烯与液氨可以弥补不足的冷量，使得低温甲醇洗工艺的操作更加方便。同时，甲醇在吸收温度高的情况下，塔内的液体循环量就会增加，工艺过程所需的吸收塔的体积与能源消耗量增大，因此，国外的化工企业适当增大吸收塔体积，对塔板的类型进行不断地改进，研究出操作弹性最大的塔板类型。值得注意的是，鲁奇公司还将低温甲醇的吸收、解吸、溶剂的回收装置合为一体，液体的运输、传送凭借较高的重力液位，节约了公司的生产成本，减少了机泵与管道的数量。
        我国是自起20世纪70年代起才开始进行低温甲醇洗工艺的研究，研究起步较国外发达国家较晚。由于缺乏相关工艺的专业知识与应用经验，我国前期主要依靠全套的进口装置进行研究。随着研究的不断深入，我国开发出了合适的低温材料，分析掌握了低温甲醇洗工艺的影响因素，提高了国产效率。此外，我国的一些拥有较强科研能力的化工企业也开始自主研究低温甲醇洗工艺技术，将工艺生产过程与计算机技术相结合，根据物料守恒定律与热量衡等规律，为工艺流程的设计方案提供了数据支撑，同时利用软件包进行装置的建造与运行。这一过程利用了3台并联在一起的吸收塔，这3台吸收塔共用一套再生系统，可以同时完成生产氨合成气、甲醇合成气和羟基合成气等多个步骤。近几年，化工企业还不断对低温甲醇洗工艺的设备进行改进，比如上海焦化有限公司上海的特大型成套设备的开发与河南制造有限公司高压绕管式换热器的改进等。
        但是由于低温甲醇洗工艺的工艺流程复杂、内部循环流股数量多、闪蒸与吸收的步骤多、进料气的计算精准度要求高，且国外专利引进消耗的投资金额大，国内目前只有少数的单位可以掌握全套的低温甲醇洗工艺的流程设计。因此，我国需要重视对低温甲醇洗工艺的研究，对工艺流程、塔板结构、换热方式进行改进，增强我国低温甲醇洗技术的国际竞争力。
        2.低温甲醇技术的原理
        在煤化工生产的过程中，工作人员需要根据生产需求，对合成气进行净化、提纯，消除其中的有效气体，保留有效成分。且在煤的化工工艺中，反应温度与实际产率密切相关，煤化工工艺所需的温度一般在零下60摄氏度左右，在低温状况下，甲醇具有吸附气体杂质的作用。
        在反应过程中，低温甲醇洗工艺是甲醇对酸性气体的吸附、解吸等一系列的物理变化，不会在净化过程中产生多余的杂质，保证产品纯度的同时也提高了煤产品的生产效率。

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自然，要想反应速率有进一步的提升，工作人员可以加入适量的催化剂催化反应。
        影响低温甲醇洗工艺的最重要因素是操作温度。反应温度不同，工艺效果也有很大变化。低温甲醇洗工艺的适宜操作温度一般在零下40摄氏度到零下60摄氏度，这个温度区间不仅可以保证气体的分离更加有效，还方便于后续的杂质处理。
        3.低温甲醇洗工艺的应用——克劳斯脱硫工艺
        硫磺是硫酸合成工艺中的必要物质，但目前硫磺的经济性不高，因此，我们可以利用低温甲醇洗工艺对尾气以及工艺废料中的富硫气进行回收、循环利用。
        克劳斯法是指从酸气中回收硫的方法，是利用催化氧化制取硫磺。硫在化工产业中是普遍存在的，在能源消耗与化工生产过程中，常常会产生有毒、有害的硫化氢。而克劳斯法可以实现硫化氢的回收利用，避免排放过量的硫化氢对环境造成不可逆的损害。目前，克劳斯工艺主要有以下三种。
        （1）亚露点硫酸回收工艺
        硫化氢的转化率与设备的操作温度息息相关，所以在传统的制硫的过程中，化工企业常常利用冷床吸附法控制温度，使得催化器温度处于闪电温度以下。在生成硫的过程中，设备可以降低硫的蒸汽压力，提高工艺过程的平衡转化率。
        （2）氧基硫磺回收工艺
        这一工艺是依靠高纯度的氧气取代空气来处理反应过程的，反应过程中，系统的压力总值保持不变，但装置处理能力大大增强。且该装置尺寸需求较小，节约了设备的材料成本，即使在硫化氢含量不高的情况下，富硫过程仍能顺利进行。但这一方法由于硫磺的自燃温度较高，温度可能会高于硫磺的闪电温度而造成爆炸现象。
        （3）超级克劳斯硫酸回收工艺
        超级克劳斯硫酸回收工艺在传统的硫酸回收工艺的基础上，在传统的最后一步后新加了选择催化的放映过程，没有参与反应生成硫磺的硫化氢会在选择性催化剂的催化下参与唏嘘氧化，直至几乎所有的硫化氢都转化为硫单质。这种方法解决了传统硫酸回收工艺中的回收率不高的问题，且节约了设备的投资成本。
        我们以利用煤为原料制备甲醇为列，首先，煤在设备中经历气化过程，气化的煤进入变换装置，实现合适的碳氢比。原始的合成气再通过变换流程与废热回收工艺，利用氨冷系统补充设备所需冷量，最终利用低温甲醇洗工艺进行脱硫。粗原料气一部分可以作为甲醇的合成原料，另一部分为成分简单、分离方便的富硫气体，进入克劳斯工艺进行脱硫，最终获得固态的硫磺产品。
        4.小结
        综上所述，低温甲醇洗工艺技术通过吸收、解吸、溶剂回收等步骤可以实现对粗原料气中的酸性气体的选择性吸收，化工行业的工作人员通过分析低温甲醇洗工艺的国内外研究进展，了解低温甲醇洗工艺的反应原理，以及对低温甲醇洗工艺的应用研究，可以有效提升煤化工工艺的生产效率，降低煤化工的能源消耗。
        参考文献：
        [1]谢辉.低温甲醇洗工艺的进展与应用[J].化工设计通讯，2018，44（09）：16-17.
        [2]王中杰，叶涛.低温甲醇洗工艺技术进展及应用分析[J].化工管理，2016（27）：112.