低温甲醇洗工艺系统分析及改进

低温甲醇洗工艺系统分析及改进 张慧萍 新疆庆华能源集团有限公司 新疆 835100

摘要：随着生产的发展，新设备、新工艺、新技术的不断引进，如何结合生产实际将其消化、吸收，做到生产效益最大化是更新改造的初衷，也是唯一的目标。生产过程中产生的含酚污水得不到彻底处理，而直接排放，污染环境，危害人体健康。这些都是与当今社会发展所要求的以人为本，关爱健康的时代主题所不及。因此采用技术先进、低能耗的低温甲醇洗和低温液氮洗合成氨气体净化工艺，既能治理环境污染，又能提高经济效益的技术改造势在必行。

关键词：尿素；低温甲醇洗；CO₂产品气

引言

随着科技的进步，国家对安全环保要求的提高，传统小氮肥行业面临巨大的生存和竞争压力，纷纷转型，进行升级改造，采用更为先进的合成氨生产技术，降低成本，谋求生存与发展。传统合成氨气体净化脱碳技术如碳酸丙烯酯吸附法、变压吸附等被更先进、更清洁、更稳定的低温甲醇洗工艺取代，低温甲醇洗工艺是20世纪50年代初德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。我国针对低温甲醇洗工艺的研究开始于20世纪70年代。20世纪80年代，在我国高等院校和科研机构的配合下，中国石油化工集团有限公司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。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。目前，低温甲醇洗工艺经过无数次创新和完善，在化工生产装置上得到了普遍应用。着重在CO₂ 产品气提压方面和作为尿素生产原料供应上进行优化改进。低温甲醇洗脱除的CO₂ 产品气作为尿素生产的原料气，其压力和纯度直接影响尿素成本和效益。

1.低温甲醇洗工艺发展

低温甲醇洗工艺作为一种高效、节能、环保的酸性气体净化方式，在国内外的化工相关产业领域具有广泛地关注和应用。该工艺由鲁奇公司和林德公司联合研发而成，1954年在南非建成了工业化的第一套低温甲醇洗装置，距今已有60多年的发展历史。自第一套工艺装置诞生之后，林德公司和鲁奇公司根据原料煤的种类、煤气化方式、后续加工方法等特点的不同，分别对原工艺流程进行了优化和改造，各自形成了具有自己公司技术特点的低温甲醇洗一步法和两步法工艺流程，对气体净化效率和能量利用率都有了显著提高。

目前全世界范围内共有低温甲醇洗装置100多套，其中有鲁奇公司参与研发建设的装置占60%以上，其中处理气量最大的装置是1977年由南非的SASOL公司所建造的煤气化制成合成气项目，每小时处理气量可达412，500m³。德国林德公司设计投产的低温甲醇洗工程有26套，其中处理气量最大的装置为1984年在日本宇部建成的大型合成氨厂，每小时煤气化后的合成气处理量可达160，710m³。低温甲醇洗工艺自第一次研发投产起就受到了化工行业的广泛关注，由于其气体净化度高、能耗较低且工艺成熟，在气体净化（诸如合成氨、甲醇合成、城市煤气等）和变换气（如煤气化、石油气化、沥青气化等）脱硫脱碳方面具有广泛应用。

低温甲醇洗技术源于德国，我国工厂在使用时需要向国外支付高昂的专利费用，所以国内也在不断地对低温甲醇洗技术进行自主研发和改造。原化工部在1981年引进了Linde公司的高压（8MPa）低温甲醇洗5塔流程专利技术，用于配套当时的渣油制氨装置，这是我国投入生产使用的第一套低温甲醇洗工艺流程。国内对该工艺的研究包括技术、设计和设备方面的国产化，从20世纪70年代开始，大连理工大学、浙江大学、中石化兰州设计院、上海化工研究院等单位在相关理论计算、热力学和气液平衡计算模型、化工模拟设计等方面投入了极大的研究精力，并取得了相当的进展。工程公司从设计、施工到运行和维护各方面都具备了十分丰富的操作经验。目前低温甲醇洗工艺在国内大型化工企业的酸性气体净化方面有着广泛地应用。

2.低温甲醇洗工艺原理

低温甲醇洗工艺以冷甲醇作为吸收溶剂，利用低温高压条件下甲醇对酸性气体具有极高溶解度的特性，吸收原料气中的酸性杂质气体，并依据不同酸性气体溶解度的差异对吸收的酸性气体分别解吸并加以回收。该工艺可以得到几乎不含硫和二氧化碳含量极低的净化合成气，并且通过气体解吸获得CO₂ 体积含量大于99%的浓缩产品气，可送往联合制碱装置，同时富集了原料气中的H2S气体，送往后续的克劳斯装置，尾气中硫含量低于20ppm，废水中甲醇含量不高于100ppm，满足环保标准。该工艺对酸性气体的选择性好，吸收能强，气体净化度高，而且所选用的吸收溶剂甲醇化学性质稳定，容易获取，在操作方面费用低，所以在粗煤气净化方面有着重要的应用。低温甲醇洗工艺流程的主要工序为多段吸收和多段解吸，低温高压条件有利于甲醇溶解合成气中的酸性气体，之后在高温低压环境下进行解吸，再生甲醇溶剂进行循环使用。低温甲醇洗工艺是一种典型的物理吸收方法，在低温高压的操作环境下可以获得最佳净化效果和经济效益。低温条件下甲醇对不同酸性气体的溶解度不同，H2S在-40℃的甲醇中的溶解度约为CO

₂ 在-40℃的甲醇中的溶解度的6倍，粗煤气中主要气体在-40℃。根据这一特性，H2S的吸收和CO2的吸收可以在同一塔内不同位置分步进行，从而简化工艺流程，节省操作设备节约成本。

3.低温甲醇洗CO₂ 产品气提压工艺改进

3.1原低温甲醇洗CO₂ 产品气工艺流程

在原低温甲醇洗工艺设计中，中压闪蒸后的无硫富甲醇，压力为1.85MPa，经过减压阀减压至0.32MPa后进CO₂ 解吸塔解吸出CO₂ 产品气。产品气经过换热复温后压力为0.25MPa，出界区送去尿素生产装置CO₂ 压缩机进口。经过CO₂ 压缩机逐级提压至20MPa左右后送尿素合成塔合成尿素。由于CO₂ 压缩机进口CO₂ 产品气压力低，压缩机打气量差、电耗高，导致尿素成本高。

3.2改进后的低温甲醇洗CO₂ 产品气工艺

在改进后的低温甲醇洗工艺中，在中压闪蒸后增加1道减压阀和低压闪蒸槽，将中压闪蒸后的1．85MPa无硫富甲醇先减压至0．60MPa，在低压闪蒸槽先闪蒸出CO₂ 产品气，闪蒸出的CO₂ 产品气经过换热之后，压力为0．55MPa，出界区送尿素生产装置CO₂ 压缩机进口，经过CO₂ 压缩机逐级提压至20MPa左右后送尿素合成塔合成尿素。压缩机进口CO₂ 产品气压力的提高增加了压缩机打气量，降低了压缩机电耗，即降低了尿素成本。

4.工艺改进前后的效果对比

某化工股份有限公司原有1套40万t/a尿素生产装置，配有4M20-75/320型CO2压缩机2台、6MD20-110/320型CO2压缩机1台。4M20-75/320型CO₂ 压缩机体积流量为75m3/min，额定功率为1250kW；6MD20-110/320型CO₂ 压缩机体积流量为110m3/min，额定功率为1850kW；在CO₂ 产品气压力未提高之前，CO₂ 压缩机要3台全开。将CO₂ 压缩机进口产品气压力从0．25MPa提高至0．55MPa后，3台CO2压缩机只需要开2台，停开1台4M20-75/320型CO₂ 压缩机。按照50t/h尿素计算，少开1台4M20-75/320型CO₂ 压缩机，吨尿素电耗在原来基础上下降了约20kW·h，年创效约470万元。

结语

随着企业生产规模的不断扩大，新技术、新工艺的大量引进使用，将会面临着更多、更新的问题，只要结合实际客观分析，积极应对，科学创新地解决所遇到的难题，使国外技术更能适应本国企业生产发展的需要，更好地为使用者服务，创造良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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