低溫甲醇洗工序
第一章概述
第二章理論基礎
第三章工藝流程說明及工藝流程圖
第四章工藝流程計算（物料衡算、熱量衡算）
第五章工藝流程特點
第六章開停車及正常生產操作規程
第七章全國相同裝置工藝流程情況，以及在實際生產中改動情況，
試車及生產過程**現的問題
第八章主要控制迴路及操作要點
第九章生產過程中一般事故及處理
第一十章安全生產規程
第一十一章主要裝置一覽表
第一十二章施工監理手冊
一、 概述
低溫甲醇洗是一種基於物理吸收的氣體淨化方法，以工業甲醇為吸收劑。該法用一種溶劑可同時或分段脫除氣體中的h2s、co2等酸性組分和各種有機硫化物，nh3、c2h2、c3及c3以上的氣態烴，膠質及水汽等，能達到很高的淨化度。例如：
能把總硫脫至＜0.2mg/m3，同時能把二氧化碳脫至10×10-8~20×10-6(體積)。甲醇對氫、氮、一氧化碳（合成原料）的溶解度相當小，且在溶液加壓閃蒸過程中優先解吸，可通過分級閃蒸來**，因而有效組分損失很少。
隨著溫度降低，h2s、co2以及別的易溶氣體在甲醇中的溶解度增長很快，且分壓越高，增長越快，而氫、氮變化不大。隨著吸收溫度降低，甲醇對酸性組分的選擇性提高。因此此法在較低溫度下操作，更宜於在酸性氣體分壓高時。
此外，為了減少損失（甲醇易揮發），吸收和解吸過程在較低溫度下進行。所以此法須設冷凍裝置，製冷溫度一般為-38℃左右。
低溫甲醇洗的工業裝置最初由德國兩家公司------林德和魯奇研究開發的，2023年，在南非乙個以煤為原料合成液態燃料的工廠中，由魯奇承包建成第乙個工業規模的示範性裝置，用於淨化加壓魯奇爐制得的煤氣。脫除硫化物和不飽和烴類至1×10-6(體積)並脫co2至10％。林德公司最初建造的低溫甲醇洗裝置用於淨化含硫轉化氣，並**無硫的co2供合成尿素。
硫化氫餾分與來自液氮洗裝置的尾氣一起送往附近的電站作燃料燒掉。為滿足環保要求，降低放空尾氣中有毒物質，h2s等的含量，使其低於5×10-6(體積)；提高h2s餾分濃度以利於加工成硫和其它有用產品；甲醇液的再生過程和全流程組合也日趨合理、完善。70年代末林德公司在我國設計和建造了三套渣油氣化日產1000噸合成氨，脫硫脫碳壓力8.
0mpa的低溫甲醇洗裝置，它們分別是寧波鎮海、新疆、寧夏。另外新建以煤和渣油為原料的大型合成氨裝置如渭河化肥廠、蘭化、吉化三十萬噸合成氨裝置採用低溫甲醇洗。我廠用寰球公司設計的6.
5mpa的低溫甲醇洗工藝。
二、 理論基礎：
（1） 拉烏爾定律與亨利定律
（2） 不同氣體在甲醇中的溶解度
低溫甲醇洗吸收酸性氣體以及溶液再生，解吸**有用氣體的基礎就是各種氣體在甲醇中的溶解度不同，操作條件不同時，溶解度的變化。
甲醇對二氧化碳、硫化氫、硫氧化碳等酸性氣體有較大的溶解能力，而氫、氮、一氧化碳等氣體在其中的溶解度甚微，因而甲醇能從原料氣中選擇吸收二氧化碳、硫化氫等酸性氣體，而氫和氮損失很少。
各種氣體在-40℃（233k）時的相對溶解度如下表：
（3） co2在甲醇中的溶解度
低溫下co2在甲醇中的摩爾分率xco2可按下式計算：
xco2＝0.425pco2/p°co2
co2在甲醇中的溶解度sco2(ln/kg)可表示為
sco2＝695.7pco2/(2.35p°co2-pco2)
上兩式中：
p°co2-----同溫度下液體co2的蒸汽分壓，kpa
pco2-------二氧化碳的平衡分壓，kpa
不同溫度和壓力下二氧化碳在甲醇中的溶解度
（標準厘公尺3co2/克甲醇）
表中資料表明，壓力公升高在甲醇中的溶解度增大，溶解度與壓力幾乎成正比關係。而溫度對溶解度的影響更大，尤其是低於-30℃時，溶解度隨溫度的降低而急劇增大。因此，用甲醇吸收二氧化碳宜在高壓、低溫下進行。
（4） h2s在甲醇中的溶解度
h2s在甲醇中的溶解度比co2更大，可表示為；
sh2s＝692ph2s/（1.9p*h2s-ph2s）
式中：ph2s------h2s平衡分壓，kpa
p*h2s----液態硫化氫的蒸汽分壓，kpa可由下式確定：
lgp*h2s＝6.583-973.5/t
當有二氧化碳同時存在時，h2s的溶解度要減少，可表示為：
sh2s＝sh2s/（1+
式中：sco2------二氧化碳在甲醇中溶解度，ln/kg；
c------與溫度有關的常數，-25.6℃，-50.0℃，和-78.5℃時數值分別為：1.8×10-4，1.5×10-5，4.0×10-7
（5） cos在甲醇中溶解度cos在甲醇中的遵從亨利定律，
如圖所示：cos在甲醇中溶解度，隨著壓力的增加而增加。cos在甲醇中的溶解度與h2s、co2的溶解度相比較表明，吸收氣體中co2所需要的甲醇量足夠完全地除淨氣體中的有機硫，如果只除去氣體中的硫化物，那麼應該考慮氣體中cos的溶解度，因為cos是溶解度最低的硫化物組分。
（6） 氫、氮和甲烷在甲醇中的溶解度及其它理化資料
氫、氮和甲烷等氣體在甲醇中的溶解度是不大的，但由於變換氣中h2含量很高，因此，在高壓低溫條件下脫除酸性氣體時，造成h2的損失仍是可觀的。
以上三種氣體在甲醇中的溶解度都可用下式表示：
log＝lgko+
f2------氫、氮和甲烷等溶質氣體的逸度；
v2l------氫、氮和甲烷等溶質氣體在無限稀的甲醇溶液中（即x2＝0）的偏摩爾體積；
x2-----溶液中氫、氮和甲烷等溶質氣體的分子分數；
ko------氣相溶質氣體分壓趨近於零時,即氣相只為純溶劑蒸汽壓時的亨利係數,其中氫的ko與溫度的關係可以表示為:
lg. ko=3.083+204/t
甲烷的ko與溫度的關係可以表示為:
lg. ko=3.6-173/t
氮的ko與溫度的關係不能用線性方程表示。
茲將不同溫度下，氫、氮和甲烷的溶解度方程式中。
溶解度方程式中的ko和a
將氫、氮和甲烷在甲醇中的亨利係數列入下表:
氫、氮和甲烷在甲醇中的亨利係數(mpa)
各種氣體在甲醇中的溶解熱,由下表可見,c2o和h2s在甲醇中的溶解度不大,但因其溶解度較大,因而塔內仍有明顯提高,為了保持一定的吸收效果,塔中部需設定冷凍以排除吸收放熱。
設定冷凍以排除吸收放熱。甲醇的蒸汽分壓和溫度的關係如下圖所示。由該圖可見，常溫下甲醇的蒸汽分壓很大。為了減少操作中的溶劑損失，也宜於低溫吸收。
各種氣體在甲醇中的溶解熱kj/mol
(7) 低溫甲醇洗的吸收動力學
有關的實驗中研究了低溫甲醇洗吸收co2和h2s的動力學,發現吸收過程的速度只取決於co2的擴散速度,溫度降低時,吸收速度緩慢減小.實驗條件如下:採取填料吸收塔,等溫吸收,氣速範圍0.
115~1.083公尺/秒,噴淋密度1.445~6.
77公尺3/公尺2時,溫度-21---60℃，壓力6~18kg/cm2，氣相雷諾數rs氣62.5~840，液相普蘭德數pr液為1345~7210。
實驗資料整理成下列方程：
式中：nu=kd當量/d氣，努塞爾準數
k----氣相傳質係數，kg/m2·hr
d當---填料的當量直徑
d氣--- co2在氣體介質中的擴散係數
w----吸收劑的流量。kg/hr
d---通往裝置的co2流量，kg/hr
p co2-----氣相中co2的分壓
f co2----- co2的逸度
d-----填料環的外徑
h-----填料環的高度
pr----普蘭德數pr=cpu/λf
λf----液體的導熱係數，kcal/
在其它條件相同時，h2s的吸收速度約為co2的吸收速度的十倍，因h2s濃度比較小，所以co2的吸收是抑制過程，影響吸收速度的最大因素是溫度和壓力。
（8）甲醇洗工段冷量的**及**
甲醇洗工段脫除酸性氣體h2s、co2及cos是在低溫下進行的。為了滿足淨化工藝要求，工段須從外界得到冷量以維持正常的操作。本工段冷量的直接**為-4℃ 0.
37mpa的液氨，在氨冷器中蒸發向甲醇洗提供-38℃的低溫冷源；另外，通過水冷器向系統提供冷量。
系統開車時，用液氨冷卻迴圈甲醇及進入系統的氣體，不合格的工藝氣經開工管線及**冷量後放入冷火炬。
正常執行時，本工段的冷損包括;
換熱器的換熱損失
保冷損失
酸性氣體吸收時由於溶解熱所造成的冷量損失
去往液氮洗的工藝氣所帶走的冷量
因此,為了維持甲醇洗工段的正常執行需對以上損失(帶走)的冷量加以**和補償。一、二類冷量損失由液氨提供-38℃的冷量加以補償。第三類冷量損失部分可加以**，另一部分由液氨提供的冷量來補償。
co2、h2s、cos溶解於甲醇時，由於釋放大量的溶解熱使得洗滌甲醇的溫度公升高，造成冷量損失。但這些氣體在減壓解吸**過程中，由於解吸需吸收熱量，這就使甲醇溫度又降低了，一部分冷量在這裡被**。由於co2不可能全部在冷區解吸，h2s、cos在熱區解吸，以及解吸，解熱過程的不可逆性，使得co2解吸的冷量**率只有60～70％，而其餘部分冷量需由液氨補償。
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低溫甲醇洗培訓教材
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