低温甲醇洗毕业论文

1、低温甲醇洗在煤气净化中的应用毕业论文低温甲醇洗论文摘要：低温甲醇洗是50年代初徳国林徳公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。 该工艺以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性， 脱除原料气中的酸性气体。该工艺气体净化度高，选择性好，气体的脱硫和脱碳可在 同一个塔内分段.选择性地进行。低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上有着很好的应 用业绩，被广泛应用于国内外合成氨.合成甲醇和其他按基合成、城市煤气、工业制 氢和天然气脱硫等气体净化装置中。在国内以煤.渣油为原料建成的大型合成氨装垃 中也大都采用这一技术。关键词 低温甲醇洗：气体净化：酸性气体The application

2、 of low-temperature methanol wash Low in gaspurification applicationAbstract:Low-temperature methanol wash was a gas purification technology codeveloped by Lynd and Lurgi Co. in Germany in 1950s. In the process, cold methyl alcohol which has great solubility to acidic gas at low temperatures was use

3、d as absorbent to remove acidic gas in the raw gas. The process is with high gas purification and selectivity, by which the sulfur and carbon removal can be selectively carried out in different sections of the same column. The technology of low temperature methanol wash is mature and has very good a

4、pplication achievements in industry, which was widely employed in the gas purification processes such as the synthesis of ammonia, methanol and other carbonyls, town gas, industrial hydrogen production and sulfur removal from natural gas. Most of the domestic large scale ammonia synthesis devices al

5、so used this techniqueKeywords: low-temperature methanol wash; gas purification; acidic gas绪论在合成氨生产过程中，无论采用哪一种原料和任何制气方法所制得的合成氨原料气， 除含有氢和氮外，还含有相当数量的合成氨所不需要的各种杂质，如：C02、CO、H2S、HCN、有机硫化物、氮的氧化物、煤焦油等。其中氧化物和硫化物是合 成触媒的毒物，必须在进合成塔以前淸除干净，而CO 2和MS等高熔点物质在进入深 冷装置时就会结成固体，堵塞管道和设备，因此，在进深冷之前就必须将它们淸除。在原料气中含量最大的杂质是C02和

6、MS,它们溶于水溶液中呈酸性反应，故也称 酸性气体。从气体中消除CO?和&S杂质，主要采用吸收法。吸收方法很多，其基本特点都是利用气体中各种组分在某种溶剂中的溶解度不同 而进行的。气体中的H2S和CO?同时或分步被溶剂选择性地吸收，然后在提髙温度和降 低压力的情况下，使H2S和CO?从溶液中分步释出。WS可用于制适单质硫和硫酸：而 CO?可用作制造尿素和纯碱等产品的化工原料。从吸收操作来讲，根据吸收原理，可分为化学吸收法和物理吸收法两大类。化学吸收法是利用酸性气体能和溶于水中的碱性化合物或碱性溶剂反应来除去酸 性气体。从经济观点看，只有能再生的溶液才是有利的。也就是说，当吸收了酸性组 份的溶液

7、在减压和加热时，酸性气体便从溶液中释放出来，将溶液冷却后可以重新用 于吸收。在化学吸收中，乙醇胺法和热钾碱法(K2CO3)是目前应用最广的方法。物理吸收是利用各种气体组份在液体中的溶解度不同而进行的。用于脱除酸性气 体的最适宜的溶剂为各种极性液体，因为极性液体能溶解酸性气体而对H 2、險等非极 性组份则溶解很少。最常用的物理吸收有高压水洗法，N甲基毗咯烷酮法(Purisol 法)及七+年代后期所采用的低温甲醇洗法(Rectisol法)。关于原料气净化的具体方法，因发展快，方法多，应根据原料气中杂质的成份和 数量，净化剂的来源及各种过程的工艺要求等因素进行适宜选择。近几年，我国大型合成氨装昼，所

8、采用的净化技术多采用低温甲醇洗和低温液氮 洗配套使用的先进的净化工艺。一、低温甲醇洗工段简介从变换工序来的变换气中除含有氢气、氮气外，约含有44.7%的C02和少量的 H2S与COS等硫化物，还含有CO、CH4、Ar以及饱和的水份等。含氧化合物与含硫化合 物是氨合成触媒的毒物，气体在进入合成工序之前，必须将他们脱除干净；并且，由 于后续工序是采用液氮洗脱除CO、CH4等，为防止C02与水份等冻结成固体堵塞管道 和设备，也必须将它们脱除干净。另外，从变换气中分离出来的C02数量较大，浓度 较高，而它又是生产纯碱、尿素、干冰等化工产品的主要原料：H2S及COS等硫化物数 量虽小，但它们也是生产硫酸

9、等的原料，而且，H2S、COS等硫化物对大气污染严重。 因此，低温甲醇洗工序的任务是：一、净化原料气将进入甲醇洗的原料气中C02、H20、H2S等脱除至规定的含:1,以满足后续工序液氮 洗和氨合成的生产要求。二、回收副产品C02是低温甲醇洗工序的主要副产品，可用于生产纯碱、尿素以及食用C02等，因此， 低温甲醇洗工序必须保证C02产品的质量和数量，以满足用户生产的需要：对H2S及 其它含硫化合物的回收，也要保质保量，达到配套装置规定的要求。三、环保任务由于低温甲醇洗工序还向外界排放废气和废水，它们含有污染环境的H2S、甲醇等有 毒物质，因此，必须加强生产控制，以满足环境保护的需要。二、甲酹的性

10、质甲醇(Methanol, Methyl alcohol)又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种 最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH结构式如下：HIH-C-OH2.1.物理化学属性甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量 32.04,相对密度 0.7913（20C/4C）,熔点-97. 8C,沸点 64.519,闪点 12.229,自 燃点4739,蒸气压1.2879X10Pa（96. 6mmHg, 20C）,蒸气与空气混合物爆炸下限 636. 5 %，能与水、乙醇、乙瞇、苯、酮、卤代坯和许多其它有机溶剂相混溶，遇 热、明火或氧化剂易燃烧。燃烧反应式为：2CH3O

11、H + 302 = 2CO2 + 4H2O2. 2.用途工业甲醇的用途+分广泛，除可作许多有机物的良好溶剂外，主要用于合成纤维、 甲醛、塑料、医药、农药、染料、合成蛋白质等工业生产，是一种基本的有机化工原 料。甲醇和汽油（柴油）或其它物质可混合成各种不同用途的工业用或民用的新型燃 料，甲醇和汽油混合可作为燃料用于运输业。2. 3.安全机理工业酒精中大约含有4%的甲醇，而被人饮用后，就会产生甲醇中毒。内服10ml甲 醇有失明的危险，30ml能致人死亡。空气中允许最高甲醇蒸汽浓度为0. 05mg/Lo甲醇的中毒机理是，甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸（俗称蚁酸），然后对人体产 生伤害。甲醇本身无毒，而

12、代谢产物有毒。常见的症状是，先是产生喝醉的感觉，数 小时后头痛，恶心，呕吐，以及视线模糊。严重者会失明，乃至丧命。失明的原因是， 甲醇的代谢产物甲酸会累积在眼睛部位，破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏， 产生永久性损害。甲酸进入血液后，会使组织酸性越来越强，损害肾脏导致肾衰竭。2. 4.毒性和防护工业甲醇液体及气体都是剧毒的，应避免接触皮趺和吸入蒸汽，如果溅到皮肤上 和眼睛里应迅速用大量淸水冲洗，在工业甲醇作业处应有防毒而具、橡皮手套、防护 眼镜等安全用具以备需用，包装容器应有易燃、剧毒等危险品标志。甲醇中毒者， 可以通过服用小苏打（碳酸氢钠）的方式来中和。甲醇是假酒的主要成分，过多食用 会

13、导致失明，甚至死亡。三、低温甲醇洗的原理3. 1低温甲醇洗的理论基础3. 1. 1拉乌尔定律拉乌尔定律：溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其摩尔分数的乘积。即 PA=PA X XAPA混合溶液中溶剂的蒸气压PA纯溶剂的蒸气压XA溶剂的摩尔分数设溶质的摩尔分数为XB由于XA=1-XB,所以PA=PA X (1-XB), 即溶液中溶剂蒸气压下降的分数等于溶质的摩尔分数。3.1.2亨利定律亨利定律：在恒温和平衡状态下，一种气体在溶液里的溶解度和该 气体的平衡压力成正比。即 PB=KXB实验证明，在稀溶液中溶质若服从亨利定律，则溶剂必服从拉乌尔定 律。低温甲醇洗就是利用甲醇在低温(一9 -一64C

14、)、高压的条件下， 对C02、H2S有较高的吸收能力，对合成气中的有效组份CO、H2有较低的 溶解度。即甲醇作为吸收溶剂对被吸收的气体具有较高的选择性。亨利定律在使用过程中，为了物料衡算的方便，可以有多种表达式。 如气体在液体里的溶解度和该气体的平衡分压的关系可以表达为 CA*=HPA。溶质气体在液面上方的平衡分压与溶质在溶剂液体里摩尔分率 的关系可以表达为PA*=EXA。亨利定律适用于难溶，较难溶的气体，对于易溶、较易溶的气体，只 能用于液相浓度很低的情况，而且必须注意溶质在气相和溶液中的分子状 态应相同；对于混合气体，当压力不大时，亨利定律对每一种气体都能分 别适用，彼此互不影响，但当分压

15、超过其中任何一种气体的适用范围后， 分之间的作用力就要加大，此时，各种溶质气体就要相互降低其溶解度。 亨利定律不能完全适用。3.2低温甲醇洗的基本原理3. 2. 1多种气体在甲醇溶液中溶解度的比较低温甲醇对C02、H2S、COS、H2等气体的吸收属物理吸收，在稀 溶液中遵循亨利定律：P = K N式中 P气体的平衡分压力，MPaK亨利常数N溶解度系数，kmolm-3MPa-1由于甲醇是极性分子，在低温、高压下，C02和H2S在甲醇中的溶解 度一般不遵循这一定律。因而必须校正或另作处理。变换工艺气中各组分在甲醇中的溶解度，依次为H2S、C02、CH4、CO、N2、H2。而H2S和C02的溶解度要

16、远远大于其它几 种气体的溶解度。因此低温甲醇洗就是基于甲醇对H2S、C02等酸性气体 具有较大的溶解度，而对CH4、CO、N2、H2具有很小的溶解度实现气体分 离的。低温甲醇洗的物理吸收过程遵循享利定律，即被吸收组分的溶解量与 其分压利溶解度系数成正比。在大多数情况下，溶解度系数随温度的下降 而上升。故物理吸收要求在尽可能低的温度下进行。在高压下享利定律对 甲醇吸收有三条修正：(1) 温度愈低，溶解度系数愈大，但当被吸收气体的温度达到吸收组 分的露点时，溶解度系数趋于无穷大，此时溶质与溶剂完全互溶，无法操 作。因此在实际操作中，C02吸收段的出口甲醇温度要高于原料气中C02 组分的露点温度，一

17、般高10Co(2) 由于吸收系统存在H2组分、C02的溶解度系数要有所下降。(3) 当吸收剂吸收了易溶组分后，其作用同溶剂一样吸收其它组分，即当甲醇吸收了 C02后，再吸收H2S其吸收能力不会下降。根据享利定律及对其的三条修正，甲醇洗装置可在高压、较低温度下, 一次完成去除C02、H2S等酸性气体的目的。3. 2. 2 H2S、C02 的解吸在经过高压、低温吸收C02、H2S后，富含酸性气体组分的甲醇液体， 经减压后，可使溶解在其中的气体组分自动解吸。通过控制解吸与再吸收 的程度，可获得高纯度的C02气体，为尿素装置提供生产原料，减压过程 是在绝热条件下进行的，因此发生了能量的转移，甲醇自身的

18、温度，及减 压释放岀的C02气体温度都得到了降低，并可通过换热将冷源交出，以实 现冷热平衡。溶解在甲醇中的H2S将采取低温气提与加热精馆的方法，使其得到完 全的解吸，解吸后的H2S及残余C02气体送往硫回收系统。4. 低温甲醇洗工艺流程4. 1低温甲醇洗工艺流程4.1.1低温甲醇洗流程简述进低温甲醇洗系统的原料气先喷射少量甲醇经原料气冷却器与合成气、 C02气和尾气换热后，在吸收塔最下段分离水分后进入吸收塔下塔的脱硫 段，吸收塔分为五段，最下一段为水分离段，接下来为脫硫段，上面的三 段为脱碳段。在脱硫段原料气经富含C02的甲醇液洗涤，脱除H2S、COS 和部分C02等组分后，进入脱碳段，进入脱

19、碳段的气体不含硫，在塔顶用 贫甲醇液洗涤，净化气由塔顶引出。吸收塔设有两个中间冷却器。这两个 中间冷却器可为低温甲醇洗工序提供部分冷凉，利于对酸性气体的吸收。吸收了 H2S和C02后，从塔脱硫段出来的含硫甲醇富液换热降温再减 压后在闪蒸塔上段闪蒸出溶解的氢气、CO气及少量C02 与H2S等气体。 同样，从吸收塔脱碳段出来的不含硫的甲醇液换热降温再减压后在闪蒸塔 下段闪蒸岀溶解的氢气、CO气及少量C02等气体。两部分闪蒸气体经回收 气压缩机增压后返回原料气中或送变换工序。从闪蒸塔下段出来的含硫甲醇减压后送入C02解吸塔中段下部，也可 以根据要求，直接排入硫化氢浓缩塔闪蒸出溶解的C02,同时溶解的

20、H2S 也部分闪蒸岀来。从闪蒸塔下段出来的不含硫甲醇液进入C02解吸塔顶， 闪蒸出溶解的C02气，液相部分回到塔内洗涤塔内的含硫气体，部分送入 H2S浓缩塔顶部。C02解吸塔顶得到C02产品气，此气体通过换热后离开 系统。从C02解吸塔中段下部岀来的液体送入H2S浓缩塔上段下部，进一步 闪蒸出部分溶解的C02,同时溶解的H2S也部分闪蒸岀来，H2S浓缩塔顶 用从C02解吸塔来的不含硫甲醇液洗涤，以吸收气体中的硫化物，塔顶得 到硫含量符合环保要求的尾气。尾气与原料气换热升温后再经水洗塔用水 洗涤以回收甲醇，部分尾气为气提老提供冷量后去水洗，水洗后含有极 少量甲醇的尾气离开系统，而含有少量甲醇的洗

21、涤水经换热后送入甲醇水 分离塔。从H2S浓缩塔上段下部岀来含硫的溶液作为系统最低温位冷源与贫甲 醇等换热升温后进入C02解吸塔，闪蒸出部分溶解的C02等气体，液体经 泵加压后进一步换热升温进入C02解吸塔塔底，闪蒸出溶解的气体。从C02解吸塔底岀来的甲醇液进入H2S浓缩塔下段，用气提氮气提后 得到C02含量较低而且温度也较低的甲醇液，此甲醇液含有少量C02和基 本上原料气中所有硫化物，用泵升压并过滤，通过换热器与从甲醇热再生 塔来的贫甲醇换热后进入甲醇热再生塔进行热再生，塔底得到贫甲醇，塔 顶得到富含H2S气体。贫甲醇从甲醇热再生底岀来后，经换热降温后送到吸收塔顶部。甲醇热再生塔顶得到的H2S

22、浓度较高的气体，送克劳斯硫回收系统进行硫回收。尾气到水洗塔用脱盐水进行洗涤，以回收甲醇。洗涤后尾气达到排空 标准后放空。从吸收塔水分离段出来的含水甲醇还含有C02,经换热后送入甲醇水分离塔中部，从尾气水洗塔塔底来的含有少量甲醇的水溶液也进入甲醇水 分离塔中部，从甲醇热再生塔底来的少量贫甲醇通过换热后作为甲醇水分 离塔顶回流。甲醇水分离塔底得到甲醇含量达到排放标准的水，排出系统.C6眼收陽C2-C0,产丛塔C3-HjS C4一甲詡柯生塔C5-VW /水分离尿EI-BH1冷加窈 S2-插环审詹冷纫8 E3第二贺甲需冷却器E4-H-M甲黑冷却H E5-H5分木冷加“EC-HjStt分冷文検11 ET

23、甲需样生塔裤梅赛C8-VW/水分此圳何K1 “箱环代低 砒一进聲气*/ 甲那*分戾x 丫2无V5-K 甲 tt分曳分虞 Hn i值at甲t洗負的五倉工艺第二节再生的三种方法低温甲醇洗，在吸收时甲醇溶剂要求低温、加压。溶剂再生时，要求减压闪蒸或气提再生及热再生。无论采用哪种吸收流程，富甲醇溶剂再生 均采用这三种方法。(1) 闪蒸 用减压闪蒸解吸，这是最经济的方法。将溶解度低的气体 闪蒸出来，便于提高再生气中H2S和C02纯度。减压过程温度降低，解吸 气体的量及组分与温度、压力有关。这种方法受压力限制再生不能很彻底。(2) 气提法用吹入惰性气体方法，降低相界面上方气相中酸性气体分压，将甲醇溶剂中剩

24、余的酸性气体从溶剂中赶走，以提高溶剂贫液度。 用惰性气进行气提时，尾气被气提气所稀释，对进一步利用受到限制。以上两种再生方法称冷再生。(3) 热再生 溶剂在热再生塔的再沸器中用蒸汽加热沸腾，用甲醇的 蒸气汽提，使溶液中的H2S从溶剂中彻底清除，最终达到溶剂再生度，利 于溶剂吸收，进而保证了气体净化度的要求。这种方法再生彻底，但需耗 蒸汽。三种再生方法应合理配置，以节省能耗，减少有用气体的损耗，提高有用气体回收率。溶剂再生三种方法如图3-2-1所示。冷再生热再生图32-1富甲酵溶液再生的三种方法逬=五、结语甲醇是一种良好的吸收剂。当温度降低时，其吸收能力增大得更快：甲醇具有很高的热稳定性和化学稳

25、定性；甲醇不会被有机硫、亂化物等杂 质所降解，甲醇不起泡，纯甲醇不腐蚀设备和管道。低温下，甲醇的粘度 也很小，在一30C时，甲醇的粘度等于常温水的粘度，而在一55C时，仅 比水的粘度大一倍。甲醇可以大量生产，比较便宜，容易获得。甲醇同时 能吸收H2S和C02,而且吸收H2S的选择性比C02好，在任何情况下，都 可以将H2S从气体中脱除干净而将C02大部分保留在气体中。总之，甲醇 是脱除工艺气体中C02、H2S等酸性气体的一种良好的吸收剂，但甲醇易 燃、易爆，而且有毒，当人吸收10mL时，就会双目失明，吸30 mL时就 可致命，在空气中的允许浓度为50mg/m3o因此，设备制造和管道安装都 要严

26、格要求不漏，操作时要谨慎从事，要严防事故的发生。5.1低温甲醇洗的优点(1) 、低温甲醇洗工艺可以脱除气体中的多种杂质。低温甲醇洗是物 理吸收，当酸性组份分压高时，物理吸收的能力比化学吸收能力高，而且 吸收剂的吸收量随组份分压的提高而增加，几乎成正比，这样，操作压力 提高，循环量就会减少。当操作压力降低时，物理吸收的吸收能力将远高 于化学吸收，这样，物理吸收的再生能耗就小。在一30C70C的低温 下，甲醇能同时脱除气体中的H2S、COS、CS2、RSH、C2H4、C02、HCN、NH3、NO 以及石蜡坯、芳香姪、 粗汽油等杂质，并可同时脱除气体中的水分，使气体彻底干燥，甲醇吸收 的杂质可以通过不同的再生条件对不同组分加以回收，分别得到不同的副 产品。以煤、渣油为原料生产合成氨时，需脫除的C02量较多，另外，气 化趋向于采用更高的气化压力，因此，利用物理吸收法一一低温甲醇洗来 净化工艺气更为有利。(2) 、气体的净化度高。净化合成气中总硫含量可脱除至0. lppm以下, C02可净化到20ppm以下，低温甲醇洗个适用于硫含量有严格要求的任何 工艺。(3)、可选择性脱出H2S和C02。低温甲醇洗可以选择性地脱除H2S 和C02,并可分别加以回收，便于进一步加工，由于H2S、COS和C02在低 温甲醇中的溶解度都很大，所以吸收剂的循环量很小，这样势必动力消耗、 运转费用较低：另