低温甲醇洗毕业论文..pdf

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1、毕业论文 低温甲醇洗 低温甲醇洗在煤气净化中的应用 论文摘要： 低温甲醇洗是50 年代初德国林德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、合成甲醇和其他羰基合成、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置中也大都采用 这一技术。 关键词低温甲醇洗；气体净化；酸性气体 The ap

2、plication of low-temperature methanol wash Low in gas purification application Abstract： 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 temperat

3、ures was used 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

4、 very good application 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 synthesi

5、s devices also used this technique. Keywords: low-temperature methanol wash; gas purification; acidic gas 低温甲醇洗在煤气净化中的应用 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：CO2、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清除干净，而CO 2和 H2S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

6、，因此，在进深冷之前就必须将它们清除。 在原料气中含量最大的杂质是CO2和 H2S，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 CO2和 H2S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 CO2同时或分步被溶剂选择性地吸收，然后在提高温度和降低 压力的情况下，使H2S 和 CO2从溶液中分步释出。 H2S 可用于制造单质硫和硫酸；而CO2 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

7、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、N2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 一甲基吡咯烷酮法 (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

8、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，我国大型合成氨装置，所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 CO2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 CO2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

9、换气中分离出来的CO2 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CO2 、H2O 、H2S 等脱除至规定的含量，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 CO2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CO2等，因此， 低温甲醇洗工序必须保证CO2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

10、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、甲醇的性质 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： 2.1. 物理化学属性 H | HCOH | H 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(20 /4 )， 熔点-97.8 ， 沸点 64.51， 闪点 12.22， 自燃点 473， 蒸气压 1.287

11、9 10 4Pa(96.6mmHg ， 20 )，蒸气与空气混合物爆炸下限 6 36.5 % ， 能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃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： 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 2.2. 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

12、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/L。 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，应避免接触皮肤和吸入蒸汽，如果溅到皮肤上和 眼睛里

13、应迅速用大量清水冲洗，在工业甲醇作业处应有防毒面具、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 XA PA 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 1XB ，所以 PA PA （1XB ） ， 即溶液中溶剂蒸气压

14、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 PB 该气体的平衡压力 XB 该气体在溶液中的摩尔分数 K 亨利系数 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（9 64） 、高压的条件下，对 CO2 、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

15、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 CO2 、H2S 、COS 、H2, 等

16、气体的吸收属物理吸收，在稀溶 液中遵循亨利定律： P KN 式中 P气体的平衡分压力，MPa K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，CO2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 、CO2 、CH4 、CO 、 N2、H2。而 H2S和 CO2的溶解度要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 、CO2 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

17、，即被吸收组分的溶解量与 其分压和溶解度系数成正比。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CO2 组分的 露点温度，一般高10。 (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 CO2后，再吸收 H2S其吸收能力

18、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 CO2 、H2S等酸性气体的目的。 3.2.2 H2S 、CO2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CO2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，甲醇自身的温度，及减 压释放出的CO2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馏的方法，使其得到完 全的解吸，解吸后的H2

19、S及残余 CO2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、CO2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，接下来为脱硫段，上面的 三段为脱碳段。在脱硫段原料气经富含CO2的甲醇液洗涤，脱除H2S 、COS 和部分 CO2等组分后，进入脱碳段，进入脱碳段的气体不含硫，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

20、收了 H2S和 CO2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 CO2 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 段闪蒸出溶解的氢气、 CO气及少量 CO2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CO2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CO2 ，同时溶解的 H2S也 部分闪蒸出来。从闪蒸塔下段出来的不含硫甲醇液进入CO2解吸塔顶，闪 蒸出溶解的 CO2气，液相部分回到塔内洗涤塔内的含硫气体，部分送

21、入 H2S 浓缩塔顶部。 CO2解吸塔顶得到 CO2产品气，此气体通过换热后离开系统。 从 CO2解吸塔中段下部出来的液体送入H2S浓缩塔上段下部，进一步 闪蒸出部分溶解的CO2 ，同时溶解的 H2S也部分闪蒸出来， H2S浓缩塔顶用 从 CO2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N2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涤水经换热后送入甲醇水分离 塔。 从 H2S浓缩塔上段下部出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CO

22、2解吸塔，闪蒸出部分溶解的CO2等气体，液体经 泵加压后进一步换热升温进入CO2解吸塔塔底，闪蒸出溶解的气体。 从 CO2解吸塔底出来的甲醇液进入H2S浓缩塔下段，用气提氮气提后 得到 CO2含量较低而且温度也较低的甲醇液，此甲醇液含有少量CO2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出来后，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

23、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CO2 ， 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. 4.1.2 低温甲醇洗工艺流程PFD图 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 C

24、O2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

25、回收率。 溶剂再生三种方法如图3-2-1 所示。 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定性；甲醇不会被有机硫、氰化物等杂 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 30时，甲醇的粘度等于常温水的粘度，而在55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 CO2 ，而且吸收 H2S的选择性比 CO2 好，在任何情况下，都可 以将 H2S从气体中脱除干净而将CO2大部分保留在气体中。总之，甲醇是 脱除工艺气体中 CO2 、H2S等酸性气体的一种良好的吸

26、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/m3 。因此，设备制造和管道安装都要严格要求 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30 70的低温下， 甲醇能同时脱除气体中的H2S

27、 、COS 、CS2 、RSH 、C2H4 、CO2 、HCN 、NH3 、NO 以及石蜡烃、芳香烃、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，需脱除的 CO2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0.1ppm以下， CO2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 CO2 。低温甲醇洗可

28、以选择性地脱除H2S 和 CO2 ，并可分别加以回收，便于进一步加工，由于H2S 、COS 和 CO2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；另一方面，低温甲醇对H2、CO 和 CH4的溶解度都很低，这 就使有用气体的损失保持在较低的水平。 （4） 、甲醇的热稳定性和化学稳定性好。低温下甲醇的蒸汽压也很低， 正常运行时，溶剂损失较低。 （5） 、低温甲醇洗工艺和液氮洗相配合能量利用更加合理。低温甲醇 洗工艺脱除 H2S和 CO2与液氮洗脱除 CO 、CH4联合使用时，就显得格外合 理，液氮洗需要在 190左右的低温下进行，要求进液氮洗装置的气体彻

29、 底干燥。由于低温甲醇洗同时具有干燥气体的作用，并已使气体温度降到 50 70的低温，这从工艺配置和制冷角度来说，避免了工艺配置 上的“冷热病”和节省了冷冻的动力。低温甲醇洗装置三塔的汽提氮气利 用进液氮洗冷箱前的分子筛再生氮气作为气原之一，流程配置更显得合理。 5.2 低温甲醇洗的缺点 （1） 、甲醇毒性大，易对环境造成污染，对排放的甲醇残液需进行处 理。塔的稳定操作是本工段外排废水达标的关键。 （2） 、由于在低温操作，对材质和制造技术要求较高，设备制造有一 定困难。 （3） 、为回收冷量，换热设备特别多，流程复杂，换热设备费用大， 绕管式换热器制造成本和难度相对较高。 六、参考文献 1

30、现代煤化工生产技术 M. 化学工业出版社， 2009.8 2 陈启文 . 煤化工工艺 . 化学工业出版社， 2008.2. 3 李平辉 . 合成氨原料气净化 . 化学工业出版社， 2010.4. 4 化工原理（新版） M. 天津大学出版社， 1999.8. 目录 论文摘要 1 绪论2 1. 低温甲醇洗工段简介 3 2. 甲醇的性质 3 2.1 物理化学属性 4 2.2 用途4 2.3安全机理 .4 2.4毒性及防护 .4 3. 低温甲醇洗的原理 4 3.1低温甲醇洗的理论基础 .5 3.1.1 拉乌尔定律 .5 3.1.2 亨利定律 .5 3.2 低温甲醇洗的基本原理 .6 3.2.1多种气体在甲醇溶液中溶解度的比较6 3.2.2 硫化氢、二氧化碳的解吸 7 4. 低温甲醇洗工艺流程 8 4.1低温甲醇洗工艺流程 8 4.1.1 低温甲醇洗流程简述 8 4.1.2低温甲醇洗工艺流程PFD图10 4.2再生的三种方法 10 5. 结语12 5.1低温甲醇洗的优点 12 5.2低温甲醇洗的缺点 14 6. 参考文献 14