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低温甲醇洗工艺的影响因素刘鹏勃

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：刘鹏勃俱峰

[导读] 摘要：我国的低温甲醇工艺的研究较发达国家发展迟缓，目前只有少量的化工企业可以自主搭建低温甲醇洗工艺的全套设备。

        陕西长青能源化工有限公司陕西宝鸡 721000
        摘要：我国的低温甲醇工艺的研究较发达国家发展迟缓，目前只有少量的化工企业可以自主搭建低温甲醇洗工艺的全套设备。因此，掌握低温甲醇洗工艺的影响因素，提高低温甲醇洗工艺的运行效率与运行效果是当前的研究重点。本文从低温甲醇洗的基本原理出发，从甲醇循环量、操作温度、操作压力、水含量、二氧化碳排放气五个角度探讨了低温甲醇洗的主要影响因素，供大家参考。
        关键词：低温甲醇洗工艺；影响因素
        【正文】
        1.低温甲醇洗工艺的基本原理
        低温甲醇洗工艺是利用吸附、解吸、溶剂回收等一系列的物理变化，它主要利用了甲醇在零下40摄氏度到零下60摄氏度之间对不同吸附能力的气体选择性地脱除或者吸收。低温甲醇洗工艺主要是用来脱硫（硫化氢）、脱碳（二氧化碳）。原料气组分在稀溶液中遵循亨利定律。
        2.低温甲醇洗工艺的影响因素
        2.1.甲醇循环量
        煤工艺流程中，原料煤经过气化生成合成气，合成气中具有多碳醇、甲醇、一氧化碳等物质，合成气再进行变换作用，即一氧化碳与水在反应器中作用生成二氧化碳与氢气，变换后的气体经过甲醇洗装置脱硫（主要以硫化氢形式存在）、脱碳（主要以二氧化碳形式存在），直至净化后的气体中的含硫量达到工艺要求，才可以停止净化流程，将净化气通入甲烷化装置。
        在这一过程中，气体的成分发生变化，其中二氧化碳气体含量的变化直接影响了低温甲醇洗的循环量，气体通入变换装置的气体量越多，粗煤气中的二氧化碳含量就越高，低温甲醇洗的循环量也进一步增大。粗煤气的成分组成直接影响了后续的甲醇循环量，进而影响甲醇洗工艺的生产效率。因此，若想提高甲醇洗工艺的生产效率，就需要根据粗煤气实时的成分变化调整甲醇循环量，提高净化气的净化效果。
        我们对不同成分的原料气与不同负荷的循环流量数进行数据分析，可以得出当粗煤气刚好满负荷运行时，不同装置的循环甲醇量变化情况也不同。首先，由于粗煤气变换与净化过程中，含硫量变化总量不大，因此脱硫塔喷淋甲醇量的变化并不明显，当脱硫塔喷淋甲醇量的组分变化微小到可以忽略不计且吸收温度保持恒定时，该装置的最大调整量为30吨/小时。其次，脱碳塔在不同的工况下，吸收二氧化碳的三股甲醇的循环流量也会随之变化，脱碳塔贫甲醇循环流量具有最大变化量，其变化量取决于贫甲醇和喷淋甲醇的吸收温度。
        2.2 操作压力
        粗煤气工艺中，随着气体的吸收压力的增大，气体的甲醇液体溶解度也随之升高。工作者需要结合设备材料、能量损耗、气体成分等多个因素，选择合适的压力范围，使得在确保绝对安全的前提下，同步确保吸收过程的运行效果与运行速率的最大化。
        低温甲醇洗工艺包括吸附、解吸、溶剂回收等步骤。在解吸的再生过程中，操作压力则要综合考虑吸收量、绿色环保要求、原料气负荷诸多因素，甲醇的再生过程主要在热再生阶段中。如果化工企业不对热再生阶段的操作压力加以控制，可能会造成甲醇循环效率低、塔负荷波动等现象。
        为了减少燃料气促进原料燃烧运输过程中的惰性气体含量，确保燃料气能提供足量的热值，工作人员通常会提高闪蒸压力来控制原料气中的二氧化碳含量。同时，随着闪蒸压力的增大，二氧化碳含量降低，二氧化碳的吸收塔负荷也随之下降，实现低温甲醇洗工艺的低能耗。

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        2.3 操作温度
        甲醇的吸收温度是低温甲醇洗工艺的重要影响因素，随着吸收温度的不同，气体的溶解度也会发生相应的变化，低温甲醇洗工艺是指甲醇对酸性气体的吸附、解吸、溶剂回收等一系列的物理变化，这一过程是放热反应，因此，我们可以依据反应的温度变化来推算反应的吸收效率。
        在实际操作过程中，实际的甲醇温度会略低于理想设计的甲醇温度。一是因为设计方案中的粗煤气组成低于实际状况下的粗煤气组成，甲醇吸附的气体量随之增加，需要更多的冷量补充才可以实现高效率的脱碳、脱硫。二是因为二氧化碳吸收塔的塔底温度较低，甲醇并没有达到二氧化碳的饱和吸收值，使得甲醇吸收过量的硫化氢。
        甲醇热再生塔中，实际操作温度要略高于甲醇在该压力下的沸点，这是为了降低再生贫甲醇中水含量和硫含量。但如果在实际操作中，再生温度温度远高于甲醇的沸点时，大量的甲醇蒸汽会被损耗，同时，换热器的换热负荷增加，降低换热效率。最后，气相中包含着过量的甲醇蒸汽与较高含量的硫化氢，会使得热再生塔回流槽的硫化氢量与甲醇量同时增加。
        2.4.水含量
        当甲醇溶液中掺有水分时，多余的水分会降低其对硫化氢与二氧化碳的吸收量，降低吸收塔的吸收效率。且由于硫化氢的水溶液与二氧化碳的水溶液都呈现弱碱性，随着水分的增多，二氧化碳与硫化氢的溶解量增加，会对运输管道有一定的腐蚀作用。同时，换热过程中的固体杂质会直接影响传热效果。低温甲醇洗工艺中的水分来源广泛，可能来源于粗煤气、甲醇，设备的内漏与甲醇水精馏塔操作失误也会造成系统带水。
        为了降低贫甲醇中水含量，需要降低粗煤气的原料温度，使得气体与水蒸气在分离、变换装置中就可以实现有效分离；提高净化清洗的甲醇流量，使得水分直接通入预洗系统；降低塔顶温度，控制水蒸气含量；
        2.5 二氧化碳排放气
        排放气是由二氧化碳闪蒸塔和硫化氢浓缩塔排出气体组成。在低温甲醇洗工艺中，排放气中气体组成复杂，不容易进行分离提纯，因此排放气中二氧化碳的量是衡量工艺效果的标准之一。煤化工工艺中，排放气需要脱盐水洗至达到环境标准才可以进行排放。
        为了解决排放气中的有效气体含量偏高的问题，可以采取相应的解决方案。首先，如果闪蒸气体中的氢气、甲烷等成分偏高，但达到正常排放的标准，则气体可以在复热后排放，并通过降低温度或者压力调节。若实际操作中的氢气含量远远高于设计方案中的氢气含量，可以适当提高中压闪蒸压力。若气体中多碳化合物的含量偏高，可以降低气提氮；若气体被蒸发的甲醇污染，可以将甲醇分离出来用于后续的再生。其次，在确保以上氢气、多碳化合物、甲醇等物质含量正常的前提下，可以适当减少低温甲醇洗工艺的甲醇循环量，减少甲醇对有效气体的吸收，避免排放气中有效气体过量。最后，排放气可以通过换热器进行复热。
        3 小结
        综上所述，低温甲醇洗工艺的运行效率与甲醇循环量、操作温度、操作压力、水含量、二氧化碳排放气密切相关，工作人员需要根据现场工作状况，对影响因素实时动态调控，确保低温甲醇洗工艺安全、高效运行。
        参考文献：
        [1]董建军.低温甲醇洗工艺影响因素分析与探讨[J].氮肥技术，2019，40（01）：32-37.
        [2]苑桂金.低温甲醇洗净化工艺的影响因素分析[J].石化技术，2018，25（09）：161+164.