低温甲醇洗中甲醇消耗高的原因分析及措施.pdf
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1、中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术 39 低温甲醇洗中甲醇消耗高的原因分析及措施 任建新 国能新疆化工有限公司,新疆 乌鲁木齐 831404 摘要:摘要:甲醇在化学工程中的应用广泛,尤其在低温甲醇洗过程中,其属于关键的反应介质。然而,此过程甲醇的消耗量往往较高,这不仅增加了生产成本,也对环境造成了压力。因此,解决与控制甲醇的消耗成为了一个重要的研究课题。本文深入探讨了低温甲醇洗过程中甲醇消耗高的问题,并提出了一系列解决措施。这些措施包括设备优化、实验或操作流程改进以及化学反应控制。通过实施这些措施,可以有效地减少甲醇的消耗,提高过程的经济效益。关键词:关键词:低温甲醇洗;甲醇消耗高;原因;措
2、施 中图分类号:中图分类号:TQ546.5 1 低温甲醇洗概述 低温甲醇洗是一种广泛应用于煤化工水煤气处理工艺,主要用于去除水煤气中的酸性组分,如硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。此类工艺的基本原理是利用甲醇在低温下对酸性气体的较高溶解性,通过接触洗涤的方式,将酸性气体从水煤气中吸附出来。在低温甲醇洗工艺中,水煤气(主要成分为 CO 和 H2)首先被冷却至近临冰点的温度,然后与冷却的甲醇(CH3OH)混合。在此过程中,酸性气体(如 H2S 和 CO2)由于其在甲醇中的较高溶解度,被甲醇吸收。该过程可以用以下化学反应来表示:H2S(g)+CH3OH(l)-H2SCH3OH(l)CO2(g)+
3、CH3OH(l)-CO2CH3OH(l)这些反应表示酸性气体在甲醇中的溶解过程,形成了酸性气体和甲醇的溶合物。当此类混合物进入分离器,此过程为甲醇和酸性气体分离的过程,而净化的水煤气则被送出。甲醇和酸性气体的分离过程可以通过精馏或者其他的物理方法来实现,在此可实现回收甲醇并将酸性气体从系统中移除的目的。2 甲醇在洗涤过程中的作用 2.1 作为物理吸附剂 甲醇是一种极性溶剂,其分子中的氧原子带有部分负电荷,而氢原子带有部分正电荷,这使得甲醇分子能够与酸性气体(如 H2S 和 CO2)形成偶极-偶极相互作用,从而吸附这些酸性气体。此吸附过程是物理吸附,不涉及化学反应,因此可以在低温下进行,而且吸附
4、效率高。2.2 作为冷却剂 甲醇的沸点为 64.7,这使得其可以在常压下作为冷却剂使用。在低温甲醇洗过程中,甲醇的冷却作用有两个方面:一是降低水煤气的温度,使得酸性气体更容易被甲醇吸附;二是降低甲醇自身的蒸发,减少甲醇的消耗。此冷却过程需要配合换热器进行操作,其中换热器的设计和操作对甲醇的冷却效果有重要影响。2.3 作为可再生资源 尽管甲醇在低温甲醇洗过程中的消耗量大,但是甲醇可以通过精馏的方式进行回收和再生。在分离器中,甲醇和酸性气体被分离出来,然后甲醇被送入精馏塔进行精馏,精馏后的甲醇可以再次用于洗涤过程。此回收和再生过程可有效降低甲醇所出现的消耗问题。3 甲醇消耗高的原因 3.1 设备问
5、题 设备的性能和状态对甲醇的消耗有直接影响,首先换热器是低温甲醇洗过程中的关键设备,其主要功能为冷却甲醇,以提高其对酸性气体的吸附效率,但若换热器的效率低下,可能会导致甲醇的冷却不充分,从而降低甲醇对酸性气体的吸附效率,增加甲醇的消耗。其次,分离器的主要功能是分离甲醇和酸性气体。如果分离器的设计或操作不当,可能会导致甲醇和酸性气体的分离不完全,从而增加甲醇的消耗。中文科技期刊数据库(文摘版)工程技术 40 3.2 操作问题 操作条件对甲醇的消耗也有重要影响。首先,温度对甲醇的消耗也有影响。一般来说,温度越高,甲醇的溶解性越差,因此甲醇的消耗量可能会增加。其次,如果甲醇的使用量过大,也可能会导致
6、甲醇的消耗增加。这一点是因为,虽然增加甲醇使用量可以提高酸性气体的去除率,但是也可能会导致甲醇的消耗增加。最后,洗涤时间过长可能会导致甲醇的过度消耗。这是因为,虽然增加洗涤时间可以提高酸性气体的去除率,但是也可能会导致甲醇在反应器中停留时间过长,从而增加甲醇的消耗。除了上述因素外,操作条件也可能影响甲醇的消耗。例如,如果反应器的压力过低,或者甲醇和水煤气的流速过快,都可能导致甲醇的消耗增加。3.3 原料或化学反应问题 原料或化学反应问题对甲醇的消耗有一部分的影响,这里给出实际案例进行分析:基于水煤气处理设施,该设施使用低温甲醇洗工艺来去除水煤气中的酸性气体。在一段时间内,工作人员发现甲醇的消耗
7、量显著增加。首先工作人员需检查原料,若发现水煤气中的酸性气体含量(主要是 H2S和 CO2)有所增加。其判断为原料气组分的变化或者预处理步骤(如脱硫)的效率下降。酸性气体含量的增加这种情况则需要更多的甲醇来吸附这些酸性气体,从而导致甲醇的消耗增加。其次,需检查化学反应的条件。在此,若设备故障,甲醇温度比正常值高,则会降低甲醇对酸性气体的吸附效率。根据 Henryslaw,溶解度与温度成反比,因此,甲醇温度升高会降低酸性气体在甲醇中的溶解度,从而增加甲醇的消耗。4 对甲醇消耗高的原因的深入分析 4.1 实验设计 针对甲醇消耗过高的原因,需设计出实验来模拟低温甲醇洗过程。实验设备包括一个反应器,用
8、于模拟甲醇和水煤气的接触过程,以及一个分离器,用于分离甲醇和酸性气体。在此,需改变三个主要参数:原料中的酸性气体含量(H2S 和 CO2 的摩尔分数),甲醇的温度(在 5至 25范围内),以及洗涤时间(在1 至 5 小时范围内)。每个参数将在其范围内均匀地改变,以形成一个三维的参数空间。此外,工作人员还需合理控制其他可能影响实验结果的因素,如反应器的压力和体积,以及甲醇和水煤气的流速。为了更准确地模拟实际操作条件,还将考虑到原料气的流速、反应器的设计(如接触器类型、填料类型等)、甲醇的纯度等因素。在此,需进行一系列实验,需注意的是每个实验都在不同的操作条件下进行,以覆盖所有可能的情况,随后工作
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