低温甲醇洗工艺原理.doc

低温甲醇洗工艺原理1. 各种气体在40时的相对溶解度如下表所示：气体气体的相对溶解度相对与H2 相对于CO2 H2S25405.9COS15553.6CO24301.0CH412CO5N22.5H21.0由表中可以看出，H2S、COS、CO2等酸性气体在甲醇中有较大的溶解能力，而H2、N2、CO等气体在其中的溶解度甚微。因而甲醇能从原料气中选择吸收CO2、H2S等酸性气体，而H2、CO、N2的损失很小。在低温下，例如40-50时，H2S的溶解度差不多比CO2大6倍，这样就可以有选择性的从原料气中先脱除H2S，而在甲醇再生时先解吸CO2。不同气体在甲醇中的溶解度请参看上图。由图可以看出低温对气体吸收是很有利的。待脱除的酸性气体，如H2S、COS、CO2等的溶解度在温度降低时增加很多，另一方面，有用气体如H2、CO等的溶解度在温度降低时却增加很少，其中H2的溶解度反而随温度的降低而减少。 从图中也可以看出，低温下H2S的溶解度差不多比CO2大6倍，这样就有可能选择性地从原料气中分别吸收CO2和H2S，而解吸再生又可以分别加以回收，又如低温下 H2S、COS及CO2在甲醇中的溶解度与CO及H2相比，至少要大100倍，而比CH4大50倍。因此，如果低温甲醇洗工艺是按脱除CO2进行设计的，则所有溶解度与CO2相当或比 C02溶解度更大的气体；如C2H2、COS、H2S、NH3等及其他硫化物都将一起被脱除而有用气损失很少，低温下甲醇蒸汽压很小，溶剂损失不大。一般低温甲醇洗的操作温度为-30-60。CO2和H2S在甲醇中的溶解热不大，但因其溶解度较大，在甲醇吸收气体过程中，塔中溶剂温度有较明显的提高，为了保持一定的吸收效率，应不断移走热量。气体H2SCO2COSCS2H2CH4溶解热（kJ/mol）19.26416.94517.36427.6143.8263.349H2S和甲醇都是极性物质，两种物质的极性接近，因此H2S在甲醇的溶解度很大。不同温度与H2S分压下，H2S的溶解度如下表：H2S平衡分压kPa温度，0-25.6-50-78.56.672.45.716.876.413.334.811.232.8155.020.007.216.548.0249.226.669.721.865.540.0014.833.099.653.3320.045.8135.2有机硫化物在甲醇中的溶解度也很大，这样就使得低温甲醇洗有一个重要的优点，既有可能综合脱除原料气中的所有硫杂质（在甲醇中COS的溶解度仅比H2S的溶解度低2030）。CO2平衡分压MPa温度，-26-36-45-600.10117.623.735.9680.20336.249.872.6159.00.30455.077.4117.0321.40.40577.0113.0174.0960.70.507106.0150.0250.00.608127.0201.0362.00.709155.0262.0570.00.831192.0355.00.912223.0444.01.013268.0610.01.165343.01.216385.01.317468.01.413617.01.5201142.0二、低温甲醇洗主要工艺参数的选择（一）吸收操作条件1.温度降低吸收的温度可以增加H2S和CO2在甲醇中的溶解度，提高吸收效果。在要求的吸收效果一定的情况下，可以降低甲醇的循环量，节省输送的功耗。同时，在低温下吸收，甲醇的饱和蒸汽压低，挥发损失小。但过低的温度，会使冷量损失加大。吸收的温度主要依据吸收效果和吸收压力而定，目前常用的温度为-20-70。H2S和CO2等气体在甲醇的溶解热很大，因此在吸收过程中溶液温度不断升高，使吸收能力下降。为了维持吸收塔的操作温度，在吸收大量二氧化碳的中部设有冷却器，或将甲醇溶液引出塔外进行冷却。吸收过程放出的热量，可以与再生时甲醇节流效应的结果和气体解吸时吸收的热量相抵，使甲醇的温度降低。由于不完全的再生和与周围环境的换热，所造成的冷冻损失，可由氨冷器或其他冷源来补偿。2.压力和低温吸收一样，增加压力对吸收有利，但过高的压力对设备强度和材质的要求高，使有用气体组分H2、CO等的溶解损失也增加。具体采用多大压力，主要由原料气组成、所要求的气体净化度以及前后工序的压力等来决定。目前常用的吸收压力为28MPa。3.吸收剂的纯度吸收剂的纯度对其吸收能力有很大的影响。影响吸收剂纯度的因素是多方面的，其中水含量是主要的因素。当甲醇中含有水分时，甲醇的吸收能力将会下降。例如，当甲醇中水含量达到5时，其对CO2的吸收能力大约下降12。目前，对贫甲醇的含水量要求为小于1。（二）再生的操作条件1.闪蒸的工艺条件选择变换气中的H2、CO会在吸收塔内少量地溶解于甲醇溶液中，而溶液排出吸收塔时，也会成泡沫状态夹带少量原料气，造成有效气体H2、CO的损失。因此，从吸收塔排出的溶液需要在中间压力下进行闪蒸，以回收H2和CO，这是降低合成甲醇原料消耗等额的重要措施之一。而且，为了控制CO2再生气中CO2的纯度，也必须在溶液进入再生塔之前进行闪蒸。闪蒸压力和温度的选择原则：使易溶组分（如CO2、H2S等）解吸量最小，难溶组分（如H2、CO等）尽可能完全地解吸出来。由于H2的溶解度随温度的降低而减少，在闪蒸前使溶液温度降低，既有利于H2的回收，又可减少CO2和H2S的解吸。对闪蒸的条件总的来说，如温度高、压力低，则H2和CO解吸充分，原料气损失小。但过低的压力，会加重CO2洗涤塔的洗涤负荷，降低洗涤效率。2. CO2解吸塔的压力和温度CO2解吸塔的作用是让CO2解吸出来，送煤气化装置输送煤粉和送尿素装置作原料。如生产甲醇，则CO2无用放空。CO2回收塔的压力与温度主要影响CO2的回收量、CO2中的H2S含量。总的影响为压力低、温度高解吸的CO2数量多，但其中H2S和甲醇蒸汽的含量高。随着压力的降低，由于节流制冷效应，甲醇的温度会降低，所以CO2解吸塔的温度，与闪蒸的温度和CO2解吸塔的压力相关。同时，由于CO2解吸塔和H2S浓缩塔之间存在温差，在此两塔之间循环的甲醇的量也会影响CO2解吸塔的温度。生产中温度的条件可通过后者实现。压力是影响CO2解吸的主要因素，压力选择的原则，以解吸出的CO2产品中H2S的含量小于1mg/m3、甲醇含量小于25mg/m3为原则。通常CO2解吸塔的压力为0.20.4MPa。3. 甲醇