高玲玲(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 榆林 719000)
淺析低溫甲醇洗工藝原理及工藝任務(wù)
高玲玲(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 榆林 719000)
低溫甲醇洗是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)中經(jīng)常使用的一種氣體凈化方法,通過低溫甲醇洗能夠?qū)怏w中的雜質(zhì)清除,從而得到符合要求的氣體。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的氣體凈化經(jīng)常產(chǎn)生一些有毒有害氣體,對(duì)人體和環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生傷害,因此氣體凈化技術(shù)也成為很多工業(yè)企業(yè)的研究重點(diǎn)。本文將對(duì)現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)業(yè)中經(jīng)常使用的低溫甲醇洗氣體凈化技術(shù)的工藝原理和工藝任務(wù)進(jìn)行研究分析,希望能為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的氣體凈化提供指導(dǎo)。
低溫甲醇洗;工藝原理;工藝任務(wù);物理吸收;化學(xué)吸收;反應(yīng)速率
隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)施,我國(guó)工業(yè)企業(yè)在工業(yè)氣體處理上開始投入大量的資金設(shè)備,以響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召。目前,工業(yè)氣體處理以清除氣體中的CO2和H2S為主,因此現(xiàn)代很多研究也是針對(duì)這兩類氣體的。本文對(duì)低溫甲醇洗的研究也是以這兩種氣體的清除為例。
低溫甲醇洗技術(shù)就是指將甲醇在低溫時(shí)置于一定的壓力條件下,將指定氣體中的雜質(zhì)酸性氣體比如CO2和H2S清除出來,然后再對(duì)CO2和H2S等酸性氣體進(jìn)行解吸、氣提等工藝過程,讓這些酸性氣體從甲醇溶液中釋放出來,完成后再利用其他工藝對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行利用。通過低溫甲醇洗大概的工藝過程可以發(fā)現(xiàn),該過程對(duì)酸性氣體的處理時(shí)采用物理吸收的方法,沒有化學(xué)反應(yīng)。
低溫甲醇洗所用的物理吸收主要基于的是物理中的亨利定律。亨利定律表達(dá)式為:
P=KX
表達(dá)式中:P代表加工過程的操作壓力;K為亨利系數(shù),當(dāng)相關(guān)溶質(zhì)、溶劑改變時(shí)K會(huì)發(fā)生變化;X為變量,代表溶質(zhì)的分子分?jǐn)?shù)。
通過亨利定律的表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)P值增大時(shí),X值也會(huì)相應(yīng)增大,也即隨著操作壓力的增大,溶劑中的溶質(zhì)分子越來越多。低溫甲醇洗還用到另外一條物理定理即極性分子溶劑對(duì)極性分子溶質(zhì)的溶解和吸收能力很強(qiáng)。低溫甲醇洗就是基于這條理論采用的甲醇這種極性溶劑來針對(duì)性的吸收CO2和H2S這兩種極性分子溶質(zhì),而對(duì)其他的比如N2,H2,CO等的非極性分子吸收能力就很差。當(dāng)溶質(zhì)分子不同時(shí),亨利定律中的K值也會(huì)不同,即CO2,H2S和N2,H2,CO兩類溶質(zhì)分子在亨利定律中的K值選用不同。
通過亨利定律我們可以發(fā)現(xiàn),在利用甲醇進(jìn)行氣體雜質(zhì)吸收時(shí),壓力升高、溫度降低就可以使單位溶劑吸收的溶質(zhì)的量增加,所以,在利用甲醇進(jìn)行吸收時(shí)要保持低溫、高壓。但是這僅僅是最理想的理論狀態(tài),大體趨勢(shì)是這樣,但是在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定問題。因?yàn)樵诘蜏?、高壓情況下氣體為真實(shí)氣體,并不完全遵循亨利定律,因此,在實(shí)際工業(yè)使用中要根據(jù)實(shí)際情況稍作變動(dòng)。
低溫甲醇洗的最后一步就是對(duì)溶劑中的溶質(zhì)進(jìn)行解吸,這與溶劑吸收溶質(zhì)正好相反,根據(jù)亨利定律,只要減壓、升溫即可,當(dāng)溫度升到一定程度達(dá)到溶劑的沸點(diǎn)時(shí),已經(jīng)吸收的溶質(zhì)在溶劑中的溶解量為零,所有溶質(zhì)將全部解吸。解吸工藝方法有減壓、氣提、加熱升溫三種。下面分別對(duì)這三種解吸方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹:
減壓解吸法:通過減少已經(jīng)溶解有溶質(zhì)的溶劑的壓力,有時(shí)甚至將壓力減少到負(fù)壓,根據(jù)亨利定律就可使溶質(zhì)自動(dòng)解吸。
氣體解吸法:氣體解吸需要借助其他惰性氣體,在操作中將惰性氣體加入到溶劑中,這樣可以降低溶質(zhì)分壓,從而使溶質(zhì)解吸成功。
加熱升溫解吸法:即利用外部熱量對(duì)溶解有溶質(zhì)的溶劑進(jìn)行加熱,達(dá)到沸點(diǎn)以后,溶劑開始沸騰,此時(shí)溶解在溶劑中的溶質(zhì)就能夠充分解吸。
實(shí)際操作中低溫甲醇洗的工藝過程和順序主要為:原料氣的預(yù)冷以及對(duì)CO2、H2S等氣體的吸收—富甲醇的膨脹—產(chǎn)品CO2氣—H2S的濃縮—熱區(qū):甲醇再生—排放甲醇收集系統(tǒng)—甲醇貯存系統(tǒng)—氨冷凍系統(tǒng)。這八個(gè)工藝步驟即為低溫甲醇洗的所有工藝過程,這個(gè)過程完成了原料氣體的凈化與雜質(zhì)氣體的回收。通過這八個(gè)工藝步驟可以發(fā)現(xiàn),進(jìn)行低溫甲醇洗的過程中首先對(duì)CO2、H2S等主要雜質(zhì)氣體進(jìn)行凈化處理,并做好收集回收工作。并且在這八個(gè)工藝的名稱中可以發(fā)現(xiàn),第五到第七個(gè)工序都是關(guān)于低溫甲醇洗系統(tǒng)中的甲醇回收的,這可以說明低溫甲醇洗系統(tǒng)的原料都是可以回收利用的,大大降低了傳統(tǒng)氣體凈化的成本費(fèi)用。
根據(jù)上述低溫甲醇洗的工藝原理及一些工藝技術(shù)和過程,我們對(duì)于低溫甲醇洗的工藝任務(wù)基本上也就有了了解,筆者經(jīng)過總結(jié)將其列為一下幾點(diǎn)。
2.1 凈化原料氣體
凈化原料氣體是低溫甲醇洗的首要功能,也是基礎(chǔ)功能。通過低溫甲醇洗能夠?qū)⒃蠚怏w中的CO2、H2S、CO等一些不需要的雜質(zhì)氣體全部清除,凈化了原料氣體,從而能夠?yàn)橄乱徊降墓I(yè)生產(chǎn)提供支持。
2.2 回收副產(chǎn)品
進(jìn)行副產(chǎn)品回收是目前低溫甲醇洗的又一重要任務(wù),比如原料氣體凈化時(shí)提取的N2、H2都可以用來合成氨,減少了專門制取N2、H2的成本費(fèi)用;原料氣體中的CO2量大,并且必須要清除,但是從其繼續(xù)使用方面來看,CO2的回收是十分必要的。首先,CO2可以被用于生產(chǎn)大量的化工產(chǎn)品,減少原材料制取費(fèi)用,其次,減少了溫室氣體的排放,保護(hù)了環(huán)境。
2.3 保護(hù)環(huán)境
低溫甲醇洗在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也能產(chǎn)生很大的社會(huì)效益。目前我國(guó)環(huán)境污染嚴(yán)重,國(guó)家政府對(duì)于工業(yè)廢氣廢水的處理要求非常嚴(yán)格,因?yàn)楣I(yè)企業(yè)排除的廢氣廢水中一般都含有較多污染環(huán)境的物質(zhì),如果直接將其排放就會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染,但是經(jīng)過低溫甲醇洗的凈化處理,廢氣廢水中的很多污染物被清除,從而不能再污染環(huán)境,因此低溫甲醇洗的另一大任務(wù)就是保護(hù)環(huán)境。
由于低溫甲醇洗工藝自身的優(yōu)點(diǎn)其目前已在我國(guó)很多工業(yè)企業(yè)中得到應(yīng)用,并且隨著時(shí)間的推移,已經(jīng)呈現(xiàn)出擴(kuò)大的趨勢(shì)。本文通過對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)工藝原理及相關(guān)工藝過程的研究分析,對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)進(jìn)行了全面的分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)低溫甲醇洗的工藝任務(wù)進(jìn)行了明確,使得現(xiàn)在對(duì)于低溫甲醇洗的研究更加全面。低溫甲醇洗作為一種有效的凈化技術(shù),未來在我國(guó)必將擁有很大的發(fā)展前景和市場(chǎng)。
[1]杜兆海,胡慶彪.低溫甲醇洗氣體凈化工藝及其技術(shù)研究[J].河南化工,2011(10).
[2]張國(guó)民,楚文峰,耿恒聚.低溫甲醇洗工藝的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].化學(xué)工程師,2010(10).
[3]汪家銘.低溫甲醇洗凈化工藝的技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用概況[J].化肥設(shè)計(jì),2008(01).