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        低溫甲醇洗工藝發(fā)展及國內(nèi)研究進展

        2016-03-13 14:56:05鞏守龍陜西未來能源化工有限公司陜西榆林719000
        化工管理 2016年9期
        關(guān)鍵詞:工藝

        鞏守龍(陜西未來能源化工有限公司,陜西 榆林 719000)

        低溫甲醇洗工藝發(fā)展及國內(nèi)研究進展

        鞏守龍(陜西未來能源化工有限公司,陜西榆林719000)

        隨著煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展,低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過程中不可或缺的工藝流程。本文介紹了低溫甲醇洗的工藝原理,以及目前應(yīng)用較多的林德公司和魯奇公司的低溫甲醇洗工藝流程,討論了國內(nèi)的應(yīng)用及研究進展。

        低溫甲醇洗;工藝介紹;國產(chǎn)化

        低溫甲醇洗工藝是上世紀(jì)50年代初由德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化技術(shù)。該工藝是采用物理吸收的方法,以甲醇為吸收劑,利用其在低溫下(~40℃以下)對酸性氣體(包括CO2、H2S、COS等)極好的溶解性和選擇性,脫除雜質(zhì)氣體的分離凈化手段。首套工業(yè)化低溫甲醇洗示范裝置于1954年由魯奇公司在南非薩索爾公司建成,目前該工藝已在甲醇合成、城市煤氣、工業(yè)制氫、羥基合成等生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用[1]。

        1 低溫甲醇洗工藝介紹

        1.1工藝原理

        亨利定律是低溫甲醇洗遵循的基本原理,其內(nèi)容為:在定溫和平衡狀態(tài)下,一種氣體在溶液中的溶解度與其平衡壓力成正比。

        其數(shù)學(xué)表達式為:P=kX

        其中:X—平衡時氣體在液體中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);

        P—平衡時液面上方該氣體的分壓;

        k—亨利常數(shù),其數(shù)值與溫度、液面上方氣體總壓、氣體和溶劑性質(zhì)有關(guān)。實驗表明當(dāng)溶質(zhì)和溶劑一定時,在定溫下k為定值。亨利定律僅適用于稀溶液,壓力不高的情況。

        在高壓下,亨利定律修正如下:(1)溶解度系數(shù)隨溫度下降而增加。(2)甲醇中溶解的H2會降低CO2的溶解度;H2S、COS、CO2在甲醇中的溶解度隨其中水含量增加而急劇減小。(3)甲醇吸收CO2后,H2S、COS在其中的溶解度會下降。

        1.2甲醇作為吸收劑的特點

        甲醇是極性較強的有機溶劑,各氣體組分的能力差異很大。在~40℃時,COS、H2S、CO2等酸性氣體在甲醇中溶解度較大,CO、H2、N2等氣體在其中溶解度較小。利用亨利定律,能夠選擇性脫除酸性氣體,保留有效氣體,并實現(xiàn)甲醇再生循環(huán)利用的目的。

        甲醇作為吸收劑有以下優(yōu)點:(1)對COS、H2S、CO2等氣體吸收能力較強,所需溶液循環(huán)量小,動力消耗少。(2)對原料氣中各組分吸收選擇性好,有效氣體損失少。(3)蒸汽壓和沸點低,再生蒸餾需要蒸汽量少,溶液損失小。(4)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好,在惡劣的操作環(huán)境下,不易分解變質(zhì),不起泡;對管道和設(shè)備腐蝕性小(水含量小于1%時)。(5)凝固點低,正常條件下不會凍堵管道。(6)黏度小,傳質(zhì)和傳熱效率高,輸送溶液的動力消耗低。(7)甲醇廉價易得,常溫常壓下穩(wěn)定。

        1.3林德公司和魯奇公司低溫甲醇洗工藝介紹[2]

        林德公司工藝為一步法脫碳脫硫,多為五塔工藝。原料氣經(jīng)過少量噴淋甲醇后,降溫后進入洗滌塔,脫硫和脫碳在一個塔中分若干段脫除。工藝采用專利設(shè)備高效繞管式換熱器,提高換熱效率,尤其是多股物料同時換熱,簡化了工藝流程,便于設(shè)備管道集中布置,節(jié)省占地。入工段設(shè)置洗氨塔,利用鍋爐水吸收原料氣中NH3、HCN等雜質(zhì)。在甲醇循環(huán)中設(shè)置溶液過濾器,除去FeS、NiS、催化劑顆粒、炭粉等固體雜質(zhì),防止其在系統(tǒng)中積聚堵塞管道和設(shè)備。

        魯奇公司工藝為一步法脫碳脫硫,多為六塔工藝。流程中除原料氣冷卻器外,多采用列管式換熱器。脫硫和脫碳既有設(shè)計在單塔中進行,也有設(shè)計在雙塔中進行的情況。洗滌塔設(shè)置預(yù)洗段,除去原料氣中的NH3、HCN等雜質(zhì);定期排放富含NH3、HCN的甲醇,避免積累;貧甲醇管線設(shè)置過濾器等技術(shù)都成為魯奇公司的亮點。

        2 國內(nèi)的研究進展

        2.1工藝技術(shù)的引進

        自1981年原化工部引進林德公司低溫甲醇洗專利技術(shù)(8MPa五塔流程),用于國內(nèi)當(dāng)時引進的渣油制氨裝置以來,國內(nèi)對于低溫甲醇洗技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣。之后引進渣油制氨裝置的同時,引進了魯奇公司低溫甲醇洗專利技術(shù)(5MPa六塔流程)。隨后,在山西潞城的合成氨裝置中,低溫甲醇洗專利技術(shù)(3MPa九塔流程)被成功引入中國。

        隨著近年來煤化工技術(shù)的蓬勃發(fā)展,低溫甲醇洗技術(shù)已經(jīng)成為原料氣凈化過程中不可或缺的工藝流程。神華、大唐、中煤和兗礦等煤化工企業(yè)都采用低溫甲醇洗裝置。

        2.2工藝國產(chǎn)化[3]

        工藝國產(chǎn)化包括設(shè)計國產(chǎn)化,設(shè)備國產(chǎn)化和技術(shù)國產(chǎn)化。為了實現(xiàn)國產(chǎn)化,國內(nèi)高校和科研院所等有關(guān)部門進行了不懈的努力,并取得了成果。20世紀(jì)七十年代末,中石化蘭州設(shè)計院研究了低溫甲醇洗系統(tǒng)氣液相平衡模型,并計算出36個二元體系的交互作用系數(shù);浙江大學(xué)和上?;ぱ芯吭禾接懥说蜏叵赂鞣N氣體在甲醇中的溶解度及富CO2、H2S甲醇的物理化學(xué)性質(zhì),并測定出部分二元體系的相平衡常數(shù)。

        在中石化和蘭州設(shè)計院協(xié)助下,大連理工大學(xué)經(jīng)過艱苦不懈的努力,完成低溫甲醇洗系統(tǒng)計算軟件。此工藝與林德公司工藝相似,但是冷負(fù)荷和設(shè)備投資更低。

        在工藝設(shè)備制造方面,金州重型機械廠已成功在低溫甲醇洗部分低溫設(shè)備上使用了低溫鋼材加工技術(shù);開封空分集團制造的高壓繞管式換熱器已能夠成功替代進口設(shè)備。在低溫甲醇洗的關(guān)鍵設(shè)備上,我國一定程度上實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

        3 結(jié)語

        目前直接引進技術(shù)投資費用較高,企業(yè)應(yīng)與各高校和科研院所緊密合作,自主創(chuàng)新,努力拼搏,提高競爭力,實現(xiàn)最大化效益,開發(fā)國產(chǎn)化的工藝技術(shù),不斷提高技術(shù)經(jīng)濟水平。隨著新型煤化工的繁榮發(fā)展,低溫甲醇洗技術(shù)將擁有更廣闊的前景和未來。

        [1]朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:200~230.

        [2]薛天祥.對兩種低溫甲醇洗法凈化合成氣工藝的看法[J].煤化工,1997,25(1):3~7.

        [3]宋廷生.國產(chǎn)低溫甲醇洗技術(shù)開花結(jié)果[N].中國化工報;2009年.

        鞏守龍(1988-),男,山東鄒城人,漢族,現(xiàn)職稱:助理工程師,學(xué)歷:碩士研究生,研究方向:變換氣凈化。

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