低温甲醇洗工艺特点

低温甲醇洗工艺具有以下主要特点：

(1) 它可以同时脱除原料气中的H₂S、COS、RSH、CO₂、HCN、NH₃、NO以及石蜡烃、芳香烃、粗汽油等组分，且可同时脱水使气体彻底干燥，所吸收的有用组分可以在甲醇再生过程中回收。

(2) 气体的净化度很高。净化气中总的硫含量可脱至0.1ppm以下，CO₂可脱至10ppm以下。

(3) 吸收的选择性比较高。H₂S和CO₂可以在不同设备或在同一设备的不同部位分别吸收而在不同的设备和不同的条件下分别回收。由于低温时H₂S和CO₂在甲醇中的溶解度都很大，所以吸收溶液的循环量较小，特别是当原料气压力比较高时尤为明显。另外，在低温下H₂和CO等在甲醇中的溶解度都较低，甲醇的蒸气压也很小，这就使有用气体和溶剂的损失保持在较低水平。

(4) 甲醇的热稳定性和化学稳定性都较好。甲醇不会被有机硫、氰化物等组分所降解，在操作中甲醇不起泡、纯甲醇对设备和管道也不腐蚀，因此，设备与管道大部分可以用碳钢或耐低温的低合金钢。甲醇的粘度不大，在-30℃时，甲醇的粘度与常温水的粘度相当，因此，在低温下对传递过程有利。此外，甲醇也比较便宜容易获得。

(5) 当低温甲醇洗和液氮洗联合使用时，就显得更加合理。液氮洗需要在-190℃左右的温度下进行，并要求气体彻底干燥，而低温甲醇洗的净化气就同时具有干燥和-60℃左右的特点，这就节省了投资和动力消耗。

3.2 工艺原理

低温甲醇洗是一种典型的物理吸收过程。物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质分子间的作用力不同。物理吸收中，各分子间的作用力为范德华力；而化学吸收中为化学键力。这二者的区别构成它们在吸收平衡曲线、吸收热效应、温度对吸收的影响、吸收选择性以及溶液再生等方面的不同。

物理吸收中，气液平衡关系开始时符合亨利定律，溶液中被吸收组分的含量基本上与其在气相中的分压成正比。在化学吸收中，当溶液的活性组分与被吸收组分间的反应达到平衡以后，被吸收组分在溶液中的进一步溶解只能靠物理吸收。物理吸收中，吸收剂的吸收容量随酸性组分分压的提高而增加，溶液循环量与原料气量及操作条件有关。操作压力提高，温度降低，溶液循环量减少；在化学吸收中，吸收剂的吸收容量与吸收剂中活性组分的含量有关。因此，在化学吸收中，溶液循环量与待脱除的酸性组分的量成正比，即与气体中酸性组分的含量关系很大，但与压力基本无关。

低温甲醇洗中，H2S、COS和CO2等酸性气体的吸收，吸收后溶液的再生以及H2、CO等溶解度低的有用气体的解吸曲线，其基础就是各种气体在甲醇中有不同的溶解度。

低温下，甲醇对酸性气体的吸收是很有利的。当温度从20℃降到-40℃时，CO₂的溶解度约增加6倍，吸收剂的用量也大约可减少6倍。低温下，例如-40~-50℃时，H₂S的溶解度又差不多比CO₂大6倍，这样就有可能选择性地从原料气中脱除H₂S，而在溶液再生时先解吸回收CO₂。低温下，H₂S、COS和CO₂在甲醇中的溶解度与H₂、CO相比，至少要大100倍，与CH₄相比，约大50倍。因此，如果低温甲醇洗装置是按脱除CO₂的要求设计的，则所有溶解度和CO₂相当或溶解度比CO₂大的气体，例如COS、H₂S、NH₃等以及其他硫化物都一起脱除，而H₂、CO、CH₄等有用气体则损失较少。

通常，低温甲醇洗的操作温度为-30~-70℃，各种气体在-40℃时的相对溶解度，如下表所示：

-40℃时各种气体在甲醇中的相对溶解度

当气体中有CO₂时，H₂S在甲醇中的溶解度约比没有CO₂时降低10%~15%。溶液中CO₂含量越高，H₂S在甲醇中溶解度的减少也越显著。

当气体中有H₂存在时，CO₂在甲醇中的溶解度就会降低。当甲醇含有水分时，CO₂的溶解度也会降低，当甲醇中的水分含量为5%时，CO₂在甲醇中的溶解度与无水甲醇相比约降低12%。

同样，根据气体在甲醇中的不同溶解度，可采用分级减压、惰性气体(氮气)气提或加热再生解吸的方法回收溶解的有用气体、以及得到CO₂产品气、H₂S酸性气体、放空尾气。

在中压下解吸可以回收溶解在甲醇中的少量H₂和CO，中压越低回收的有效气体越多，但循环气体量增大，所需要的压缩功越大，即电耗越大，所以需要权衡二者最终确定最优的中压值。

在低压(常压，甚至负压)下解吸溶解的CO₂气，压力越低解吸量越大，回收得到的CO₂产品越多，但压力太低CO₂气输送困难，负压操作则还需要电耗才能实现。

采用氮气气提，可进一步降低甲醇中溶解的CO₂分压，可使CO₂解吸更彻底些，相当于负压(接近真空)操作，通入的气提氮越多，CO₂分压降低得越多，解吸得越彻底

最终采用升温解吸，即热再生，使甲醇完全再生得到贫甲醇，同时得到H₂S酸性气体。H₂S在甲醇中溶解度最大，也就最难解吸，采用外来热源加热甲醇到沸腾，用精馏的办法使得H₂S彻底解吸出来。加热介质用量越大，甲醇再生得越彻底。

根据以上工艺原理，低温甲醇洗系统至少应包括：原料气的吸收、有效气体的中压解吸、低压解吸、氮气提及热再生等单元。