传统煤化工技术（合成氨） 低温甲醇洗法 第29讲 低温甲醇洗法.doc

煤化工技术专业教学资源库 低温甲醇洗法 概述 甲醇是一种无色透明的挥发性液体，有毒，沸点64.7℃，熔点－97.80℃。 低温甲醇洗工艺是20世纪50年代由德国鲁奇（Lurgi）公司和林德（Linde）公司联合开发的一种原料气净化方法。20世纪60年代后，随着以渣油和煤为原料的大型合成氨装置的出现和发展，低温甲醇洗涤技术在制氨工业中得到广泛的应用。 低温甲醇洗涤法的特点 （1）低温甲醇洗涤法可以脱除气体中的多种组分。在－30℃到－70℃的低温下，甲醇可以同时脱除气体中的H2S、COS、CS2、RSH、C4H4S、CO2、HCN、NH3、NO以及石蜡烃、芳香烃、粗汽油等组分，并可同时使气体脱水，彻底干燥，所吸收的有用组分可以在甲醇再生过程中回收。 （2）气体的净化度很高。净化气中总硫含量可脱到0．1cm3／m3以下，CO2可净化到10cm3／m3以下。低温甲醇洗涤法适用于对硫含量有严格要求的化工生产。 （3）可选择性地脱除原料气中的H2S和CO2，并分别加以回收。由于低温时H2S、COS和CO2在甲醇中的溶解度都很大，所以吸收剂的循环量较小，动力消耗较低，特别是当原料气的压力和待脱除的气体组分含量比较高时更为明显。另一方面，在低温下H2和CH4等在甲醇中的溶解度较低，甲醇的蒸气压也很小，这就使有用气体和溶剂的损失保持在较低水平。 （4）甲醇的热稳定性和化学稳定性好。甲醇不会被有机硫、氰化物等组分所降解，在生产操作中甲醇不起泡，纯甲醇对设备和管道也不腐蚀，因此，设备与管道大部分可以用碳钢或耐低温的低合金钢。甲醇的粘度不大，在-30℃时，甲醇的粘度与常温水的粘度相当，因此，在低温下对传递过程有利。此外，甲醇还比较便宜容易获得。 （5）当低温甲醇洗涤法脱除 H2S和 CO2与液氮洗法脱除 CO、CH4联合使用时，就显得更加合理。液氮洗涤法需要在-190℃左右的低温下进行，并要求进液氮洗装置的气体彻底干燥，而低温甲醇洗涤法净化后的气体则同时具有干燥和－50~－70℃低温的特点，这就节省了投资和动力消耗。 基本原理 低温对气体的吸收有利,且 CO2\H2S随温度的降低增加,H2\N2随温度的降低溶解能力变化小。H2S在甲醇中的溶解度比大，吸收过程先吸收H2S，后吸收 CO2；再生时先解析 CO2 。根据压力不同可分别把两种介质再生。因H2\N2溶解能力小，损失小。 （1）H2S在甲醇中的溶解度 硫化氢和甲醇都是极性物质，两种物质的极性越接近，相互溶解度越大，反之，两种物质的极性相差越远，则相互溶解度就越小，甚至完全不互溶。对H2S来说，甲醇是良好的溶剂。 （2）CO2在甲醇中的溶解度---溶解度和平衡分压之间的关系 （3）各种气体在甲醇中的溶解热 根据各种气体在甲醇中的溶解度数据或亨利常数与温度的关系可求得溶解热。 （4）净化过程中溶剂的损失 净化过程中甲醇的损失主要是由于挥发，温度越高、气体总压越低，随气体带出的甲醇就越多。 （5）非理想多组分气液平衡 低温甲醇洗涤法净化系统中，主要含有CH3OH、CO2、H2、N2、H2S、H2O、Ar、CH4、CO、COS等10个组分，操作条件所涉及的温度与压力范围较宽（－70~150℃，0.1~8.0MPa）。从热力学上看，是一非理想性较强的多组分气液平衡体系。其气液平衡规律的描述与计算是比较复杂的。文献中关于低温甲醇洗涤法中多元气液平衡方面的报道很少。 （6）低温甲醇洗的吸收动力学 文献中报道了用低温甲醇吸收 CO2和 H2S的动力学研究，发现吸收速率只取决于 CO2的扩散速率，在相同条件下，H2S的吸收速率约为 CO2吸收速率的10倍，温度降低时，吸收速率缓慢降低。实验条件如下：填料塔直径65mm、高1m，等温吸收，温度范围－21～－60℃，压力 6.07 × 105~18.25 ×105Pa，气体流速0.145～1.083m／s，喷淋密度1.445～6.77m3／m2·h），气相雷诺数Re为62.5～840，液相普兰德数 Pr为 1345～7210。由于气体中 H2S的含量比较小，吸收速率又较快，所以CO2的吸收是控制因素，影响吸收的主要条件是温度和压力。 生成工艺流程及其分析 (1)流程配置的基本原则 甲醇洗工艺流程的配置主要应考虑以下问题： ①保证净化气的净化指标 为此，精洗段贪液要充分再生，要有必要的冷源使贫液冷却至所要求的低温，要有足够的溶液循环量以及必要的塔板数。吸收过程中放出的吸收热要及时移出。 ②保证脱硫段的脱硫指标 充分利用甲醇对H2S和 CO2吸收选择性的差别，先用一部分饱和有CO2的甲醇富液将H2S脱除干净，洗涤溶液量分配合理。 ③保证吸收后的甲醇富液充分再生 溶液的再生主要有三种方法. 减压闪蒸解吸，这是最经济的。减压过程中温度降低。气体解吸的量及其组成