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现代分离技术论文一：合成气分离技术探讨

摘 要：合成气制乙二醇属于国内高端煤化工，技术含量高、经济效益好。乙二醇合成要求对合成气中各组分进行分离后分别使用，合成气分离在整个工艺中具有承前启后的重要作用，因此本文对合成气分离技术进行详细探讨。

关键词：乙二醇合成 变压吸附 深冷分离

一、引言

目前乙二醇工艺路线主要分为石油路线和非石油路线，而我国富煤少油的能源结构决定了非石油路线合成乙二醇的重要性[1]。

乙二醇合成技术的主要工艺路线[1，2]如下图：

图1可知，在乙二醇合成工艺中CO和H2作为原料气在不同工段分别使用。表1给出了常见乙二醇合成技术专利商对CO和H2原料气的要求。通常乙二醇合成所需原料气来自煤气化工艺，首先通过煤气化将原煤转化为煤气，表2给出了常见气化技术净化煤气的组分。气化煤气经过变换、冷却、净化送出气化界区。此时，送出气化界区的合成气为脱除H2S和CO2的净煤气，其组分见表2[3]。由此可见，合成气在进入乙二醇合成工段之前必须经过合成气分离工段，将合成气中各组分。

进行分离。各种气化技术中，碎煤加压气化技术的合成气成分相对复杂，其分离工艺也相对复杂，本文将以碎煤加压气化合成气为原料探讨合成气的分离技术。

二、气体分离技术介绍

目前合成气分离技术主要有深冷分离和变压吸附[4，5]。

深冷分离

深冷分离应用广泛的是部分冷凝，其利用合成气各组分冷凝点的差别，使混合气在-165℃～-210℃的低温下，令某一组份或几个组份冷凝液化，其他组份保持气态，从而分离各组分。深冷分离可同时制得二种以上高纯度气体，流程简单、装置占地少，操作简便，工艺成熟可靠。但是必须脱除原料气中水和CO2，使其含量小于1ppm，否则在低温下堵塞管道。另外，目前该工艺技术需引进。

变压吸附

变压吸附是采用吸附剂对混合气中不同组分的吸附能力差异，通过吸附脱附分离不同的组分，以变压吸附制氢应用最多。混合气中各组分在吸附剂上的吸附能力主要决定于吸附剂的选择性和组分的分子结构。吸附剂的选择性决定于采用的吸附剂，当前吸附剂种类较多，特种吸附剂也有较多工业应用，如甲烷专用吸附剂、CO专用吸附剂等。常见气体的吸附能力强弱顺序为：H2 三、合成气分离技术探讨

表3为某煤种经过碎煤加压气化、变换冷却、低温甲醇洗得到的净化合成气组分及其沸点。

表4所示的净化煤气即是送入分离工段进行分离以满足表1中乙二醇合成原料气要求的合成气，原则上可采用深冷分离或变压吸附进行分离。

对于深冷分离法，由于CO2沸点过高，深冷分离过程中会产生 “结冰”现象，造成管道或换热器等堵塞，造成安全隐患，首先需采取一定的措施进一步脱除。合成气其余组分为CO、H2、烃类、N2、Ar，H2沸点最低且和CO、N2的沸点差距较大，可优先作为不凝气氛分离，并可得到组分纯净的H2;烃类和Ar作为沸点较高的组分可以在控制温度的条件下以液体状态分离出系统，得到的LNG也可以达到《液化天然气一般特性(GB/T 19204-2003)》的技术规格中的要求;但是CO的沸点和N2及CH4沸点太接近，通过深冷分离得到的CO产品气中N2和CH4的含量较高，不能满足乙二醇合成的要求。另外，实际工艺模拟结果显示深冷分离所得的H2产品气和CO产品气均不能达到乙二醇合成工艺要求，均需在深冷分离工艺之后分别增加相应的变压吸附提纯工艺。

对于变压吸附分离，根据选择的吸附剂不同以及不同组分分子在吸附剂上的吸附能力的不同进行分离。H2在任何吸附剂上吸附能力均很低且组分中H2含量最高，首先从合成气中分离可以降低后续工艺、设备的能力。然后主要组分烃类和CO吸附能力相对接近，完全分离较为困难，可选用对CO具有高选择性打的吸附剂优先分离CO，然后剩余富甲烷气体通过深冷得到LNG;或选用对烃类具有较高吸附能力的吸附剂优先分离烃类，烃类通过深冷得到LNG，剩余富CO通过CO吸附剂分离得到纯净的CO产品气。优先分离CO需要选择对CO具有高选择性打的吸附剂，成本较高。另外，由于N2、Ar及少量CO的存在，此时富甲烷气体气量大于经过提纯得到的烃类气体，此时进行深冷制取LNG需要较多的冷量。因此，首先提纯CH4并深冷制取 LNG，之后再进一步变压吸附提纯CO的方案具有更多的合理性。

经过分析可知，对于碎煤加压气化所得净化合成气的分离，无论是深冷分离还是变压吸附，仅用单一的气体分离方法均不能达到最终的分离结果。对比深冷分离+变压吸附和变压吸附+深冷分离两种不同路线，深冷分离+变压吸附路线在深冷分离之后还需增加相当于变压吸附+深冷分离处理能力的变压吸附装置，其在工艺合理性及投资上均不具备优势，因此变压吸附+深冷分离更具有合理性。

四、结论

本文选择典型的碎煤加压气化所得净化合成气作为分离对象，分析力深冷分离和变压吸附两种气体分离方法，发现单一的分离方法并不能达到最终的分离结果。同时，通过讨论和比较认为变压吸附+深冷分离工艺合理、投资有优势，因此变压吸附+深冷分离更具有合理性。

参考文献

[1]周张锋，李兆基，潘鹏斌，林凌，覃业燕，姚元根; 煤制乙二醇技术进展; 化工进展; 2010(11).

[2]王建平，杨文书，吕建宁; 合成气经草酸酯制乙二醇技术进展; 化工进展; 2009(07).

[3]陈菊枝，洪献春; 煤炭气化技术; 化学工程与装备; 2011(04).

(4)魏玺群，陈健; 变压吸附气体分离技术的应用和发展; 低温与特气; 2002(03).

[5]罗梅玉，许凯峰; 深冷分离工艺方案的选择及主要工艺参数的确定; 中国海上油气工程; 1998(05).

作者简介：荀航(1985-)，男，助理工程师，工学学士，大连理工大学，从事压力容器设计和项目工程技术管理。

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