1 低温甲醇洗工艺概论
低温甲醇洗是上世纪70年代发明的一种酸性气体净化工艺, 在使用过程中将甲醇作为酸性气体的吸收溶液, 将温度降低到零下60摄氏度之后, 就可以通过物理特性吸收原料中存在的硫化氢、二氧化碳等酸性气体及杂质。低温甲醇洗技术在煤化工产业中应用十分广泛, 尤其是在煤工业气处理中有显著效果。应用的范围主要有:煤炭/天然气脱硫、工业制氢、合成氨生产等等。
低温甲醇洗工艺是德国鲁奇公司率先发明并应用的, 鲁奇公司建成了世界上第一套低温甲醇洗工艺装置, 其工作原理为“气化、脱硫、变换、脱碳”, 在整个酸性气体净化过程中, 不涉及为甲醇提供降温的冷却系统, 需要额外进行准备。
随后德国林德公司对低温甲醇洗工艺进行了研究, 并对这一技术进行了完善和总结。林德公司所改良的低温甲醇洗工艺及设备更科学, 减少了不必要的装置, 降低了投资费用。同时林德公司将低温甲醇洗工艺定位在脱硫和脱碳两个方面。
2 低温甲醇洗工艺的优势
除了低温甲醇洗工艺之外, 国内还有其他类型的净化工艺, 聚乙二醇二甲醚 (NHD) 产品就是其中最典型的一种。但与低温甲醇洗工艺相比, 两者之间的优劣十分明显。
需要明确的一点事, NHD工艺也可以实现与低温甲醇洗工艺同样的气体净化要求, 但是不同的工艺类型所造成的成本和经济性有所区别。
2.1 低温甲醇洗工艺的吸收能力强
实验表明, 在同样压力的情况下, 1立方米甲醇吸收二氧化碳的容量可以达到180立方米 (最少160立方米) , 而且在整个净化的过程中, 溶液循环损失小, 能耗小;同样条件下采用1立方米NHD溶剂进行实验, 二氧化碳的吸收量只有40-60立方米, 同时在NHD溶剂的消耗量方面很不经济。
从净化的本质上说, 甲醇和NHD都是物理反应作用, 所有溶剂都应该可以循环、回收、利用, 根据数据很明显地判断出, 低温甲醇洗的功能性更好。
2.2 低温甲醇洗工艺的吸收性更好
在低温状态下, 甲醇对酸性气体具有更好的选择性, 对二氧化碳、硫化氢、一氧化硫等酸性气体以及杂质, 都能够做到大范围的吸收。尤其是对主要的酸性气体二氧化碳、硫化氢的吸收力较强, 达到99.5%。在进行化肥产品生产中 (尿素) 中, 完全可以满足对二氧化碳的回收需求。相对应地, NHD工艺对于二氧化碳、硫化氢的吸附能力较弱, 因此在净化之前需要一个脱硫预处理过程。无疑增加了中小化肥企业的投入。
2.3 低温甲醇洗的性价比高
从理论上计算, NHD工艺的溶剂在低压蒸汽中的损耗很小, 在化肥生产中合成氨的气体净化中, NHD脱硫脱碳溶剂损失为0.06千克, 但实际上损失要远远超过这一数据, 为0.33千克;而利用低温甲醇洗工艺, 甲醇的损失为1.76千克。
此外, 最明显的差别是两种溶液的价格。根据2015年6月份中国化工网上的报价显示, 甲醇的批发价格为每吨1300元 (RMB) , 而NHD溶液的价格每吨为20000-50000元 (RMB) 不等;同时, 低温甲醇洗的净化工艺溶剂也比NHD要便宜很多。
3 低温甲醇洗工艺的劣势分析
首先, 低温甲醇洗工艺具有产权保护。低温甲醇洗工艺的发明企业是德国的鲁奇公司和林德公司, 如果要使用这一工艺就要购买相应的专利技术和设备, 需要消耗大量的资金, 这对一些小型化肥净化装置而言是不现实的。
其次, 作为吸收酸性气体的溶液, 甲醇是一种毒性较大的化工产品, 在应用中存在一定的危险。
再次, 低温甲醇工艺的应用个流程较为复杂, 尤其是需要构建一个低温环境, 所以对设备材料的要求也很高。而国内采用的NHD方式相对而言较为简单, 材质也没有过多的要求。
4 低温甲醇洗工艺在中小化肥净化装置中的应用
近年来, 我国的煤化工产业发展速度很快, 其产品在农业、建筑业、纺织业等得到了广泛应用;国内有很多以煤为原料生产合成氨的中小型化肥企业, 市场竞争能力比较弱, 需要不断地压缩成本才能在市场上生存。
由于生产合成氨的过程中存在很多的二氧化碳酸性气体, 其处理的方法中, 物理吸附手段是最经济的。事实上, 通过物理手段进行酸性气体净化的技术有两个方向, 即热吸法和冷吸法;NHD就是典型的热吸法。
低温甲醇洗工艺之所以首要的选择, 与中小型化肥净化装置的特点有关, 一方面企业要实现效果最大化和利益最大化, 另一方面在操作过程中, 冷吸法要比热吸法更安全。
综上所述, 低温甲醇洗工艺在国内的应用和推广还需要一个漫长的时期, 尤其是针对一些中小化肥厂净化装置而言, 需要进行优化设计和改良, 否则在现有的条件下是无法顺利投入生产的。
摘要：低温甲醇洗工艺在现代化工业中应用很广泛, 它主要利用了甲醇在低温状态下对酸性气体的良好吸收性, 其工艺原理一般为“气化、脱硫、变换、脱碳”, 按照这一流程进行循环。低温甲醇洗工艺在煤化工产业中应用的较多, 本文中通过煤化合成氨生产作为研究对象, 探讨在中小化肥企业生产中利用低温甲醇洗工艺净化气体装置的措施。
关键词：低温甲醇洗,酸性气体,净化装置,合成氨
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