探究甲醇德国鲁奇低温甲醇洗技术在甲醇合成中运用

论文导读：
源于：论文结论www.7ctime.com
我国是一个贫油少气的国家，未来相当长一段时间内，煤炭资源将成为我国一次能源结构的主体。随着煤制甲醇以及甲醇制烯烃大型工业化技术的成熟，利用我国雄厚的煤炭资源发展煤制甲醇作为进口石油的替代能源，是今后一段时期内解决我国能源安全保障问题的最佳途径。
兖州煤业榆林能化有限公司，按照“现代化、市场化、属地化”的思路，在陕西省榆林地区实施煤炭开采和发展煤化工。从资源、市场、技术的先进性以及对环境友好等诸多方面综合考虑，初步规划了甲醇及甲醇下游产品产业链。甲醇生产规模60万吨/年，配套建设5万千瓦发电机组。整个甲醇工艺我们都采用世界最先进的技术。这里主要讨论一下德国鲁奇低温甲醇洗技术在我厂的应用。

一、主要工艺原理

德国鲁奇低温甲醇洗技术主要用在低温甲醇洗工段。鲁奇甲醇工艺的特点是特殊的反应器设计。鲁奇用的是管壳式反应器，基本概念是30年前开发的而且从那时起就应用在大型合成厂中。甲醇是一种极性有机溶剂，变换气中各种组分在其中的溶解度有很大差异，依此为H2O、NH3、HCN、H2S、COS、CO2、CH4、CO、N2、H2，甲醇洗工艺正是依据这些物质在甲醇中溶解度的差异来实现气体分离的。低温甲醇的物理吸收过程遵循亨利定律，在恒温和平衡条件下，一种气体在溶液中的溶解度和该气体的平衡分压成正比。其数学表达式为
P=kX，
式中k为亨利常数；X为平衡时气体在溶液中的摩尔分数。
由此公式可知，压强越大，气体在溶液中的溶解度越大，也就是压强越大越有利于溶液对气体的吸收；相反的当压力减小时气体也就容易被解吸。在高压下对高浓度酸性气体的净化特别有效。当温度从20℃降到－40℃时， CO2溶解度约增加6倍，另外H2、CO及CH4等气体在温度降低时变化较小；在低温下，例如在－40℃～－50℃时，H2S溶解度差不多比CO2约大6倍，这样就可能选择性地从原料气中先脱除H2S，而在甲醇再生时先解吸CO2。通常低温甲醇洗操作温度为－30℃～－70℃，各种气体在－40℃时的相对溶解度如下表。

二、工艺流程

低温甲醇洗的主要工艺流程如下：
自一氧化碳变换工序来的变换气经变换气/净化气换热器、变换气深冷器冷却至约8℃，冷却后的变换气去氨洗涤塔，在塔内被温度45℃的锅炉水水洗除去氨。然后向出氨洗涤塔的变换气中喷淋少量甲醇，以防止变换气中夹带少量水蒸汽在低温时结冰堵塞管道。最后变换气经变换气/净化气冷却器，变换气/尾气换热器将变换气冷到约－14℃进吸收塔。
进吸收塔的变换气，首先通过吸收塔的预洗段，其中的微量组分如NH3、HCN等被来自吸收塔H2S主洗段进料冷却器的一小股冷富CO2甲醇液吸收洗涤，出吸收塔的预洗甲醇液经塔底液位控制阀送预洗甲醇最终加热器，然后进入热再生塔II段再生。变换气通过烟窗塔盘进入H2S主洗段，其中的H2S、COS等被来自CO2主洗段的富CO2甲醇液吸收。出H2S吸收塔给料冷却器的富CO2甲醇液流量经与变换气流量比值调节后，送入吸收塔H2S主洗段的上部。出H2S主洗段主集液盘甲醇液经液位调节阀送中压闪蒸塔下段。然后脱硫变换气向上进入CO2洗涤段，被主洗泵输送的甲醇富液和吸收塔CO2主洗段进料泵输送的甲醇贫液洗涤吸收。由吸收塔CO2主洗段进料泵输送来的经热再生及冷却后的贫甲醇流量，经与变换气流量比值调节后，送入吸收塔的上部第105层塔盘上。同时，经再吸收塔II段闪蒸后的甲醇富液也由主洗泵送至吸收塔的上部第98层塔盘上，它的流量由流量调节阀控制。甲醇吸收CO2为放热过程，甲醇吸收CO2的同时也被加热，CO2吸收分三段进行。因此中间设置CO2甲醇中间冷却器。由丙烯制冷工序来的液体丙烯－40℃蒸发提供的冷量冷却后进入CO2主洗段的III段。出CO2主洗段主集液盘的甲醇富液一部分经H2S吸收进料冷却器冷却后去吸收塔H2S主洗段、预洗段。另一部分送中压闪蒸塔上段。出吸收塔的合成气经合成气/变换气换热器Ⅱ、变换气/合成气换热器Ⅰ复热回收冷量后送往合成工段。

三、技术优点

1.煤制甲醇的主要反应方程式如下：

CO +2H2·CH3OH
CO2 + 3H2·CH3OH + H2O
两个反应均为高放热反应，而且为了保护催化剂和抑制不需要的副反应发生论文导读：
，反应热必须迅速被移走。而鲁齐技术管壳式反应器，催化剂填充在管内，周围有锅炉水围绕，热量的移走就是通过环绕在反应器管间锅炉水的自然循环来有效完成的。这一温度控制系统在通过催化剂床层时创造了一个均衡的等温条件而且利用反应热来产生中压蒸汽。从反应区有效地移出热量可以使工厂在较低循环气比率和较高一氧化碳含量情况下运行，这将使设备、管线和催化剂投资较低。
2.在低温（-50℃～-60℃下），溶剂吸收能力大，溶液循环量小，气体净化度高，再生热耗少，操作费用低，能综合脱除气体中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蚀。H2S浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S的浓度也可满足硫回收的要求。使得甲醇的下游产品硫磺更好，更简单的产出。

四、应用成果

自甲醇厂开业至今，我厂净化车间德国鲁奇双塔串联甲醇合成技术应用近5年的情况来看，整个装置安全稳定，运行周期长，进入界区的变换气净化效果极其好。