吴洁
（西安明时工程技术有限公司，陕西 西安710075）
［摘 要］某600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗系统采用五塔（甲醇洗涤塔+H2S浓缩塔+热再生塔+甲醇水分离塔+尾气洗涤塔）流程，为减少低温甲醇洗过程中CO的损失并满足对原有系统改动较小的要求，借助Aspen Plus，采用相关模型及物性方法对本低温甲醇洗工艺进行模拟研究，验证了相关模型对关键组分气液平衡计算的准确性；结合工业装置实际情况，通过模拟分析低温甲醇洗系统各塔内温度、组分分布特性及操作参数，提出一种降低本低温甲醇洗系统CO2尾气中CO含量的工艺流程改进方案——富甲醇二级闪蒸+半贫甲醇（无硫半贫甲醇、含硫半贫甲醇）洗涤，经模拟计算，可使低温甲醇洗系统CO2尾气中CO含量由0.44%（设计值）降至约0.16%。此技术方案可有效减少CO的损失，实施难度较小，且不会显著改变低温甲醇洗系统各塔的工况、不消耗额外的冷量，是既有系统降低CO2尾气中CO含量的切实可行的方案，利于企业的节能减排、增产增效。
［关键词］低温甲醇洗系统；工艺流程模拟；Aspen Plus；CPA状态方程；CO2尾气；CO回收方案；富甲醇二级闪蒸回收CO方案
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）02-0041-05
0 引 言
低温甲醇洗工艺利用物理吸收法脱除变换气中的H2S、COS、CO2等有害杂质，为合成系统提供合格的原料气。在脱除酸性气的同时，也存在着CO和H2的溶解与解吸过程，该过程不可避免地造成CO和H2的损失，CO的损失尤为明显，由此造成CO2尾气中CO含量高。而CO2尾气中CO含量过高，不仅造成有效气浪费，还会造成其他危害，主要有三个方面：一是资源浪费，以600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗系统为例，CO年损失量高达约3.5×106 m3（标态，下同）；二是职业健康风险，CO有毒，环境空气中CO浓度超标会严重危及操作人员身心健康；三是环保压力，工业尾气或烟气中的CO含量虽暂未有明确的国家标准或行业标准，但部分地方标准中已将锅炉烟气中的CO含量纳入限制指标，如广东省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》（DB 44/765—2019）中规定锅炉烟气CO排放限值为200 mg/m3，预计业内相关排放标准最终会提上日程。
为降低某600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗系统CO2尾气中的CO含量[CO含量＞0.3%（摩尔分数），下同]，需对其工艺流程进行改造。据了解，某新建煤基甲醇装置低温甲醇洗系统采用闪蒸+洗涤方案回收CO[1]，CO2尾气中CO含量仅为0.19%，但其与该600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗系统之流程存在显著差异，若简单套用新流程对现有系统进行改造，会明显改变原系统中H2S浓缩塔与热再生塔的工况，意味着原有系统需进行较大改动。为减少低温甲醇洗过程中CO的损失并满足对原有系统改动较小的要求，借助Aspen Plus，结合实际生产情况，对该600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗过程进行模拟与工艺改进分析，提出一种降低CO2尾气中CO含量的工艺流程方案——富甲醇二级闪蒸回收CO方案，该方案可有效减少CO的损失，且不会显著改变低温甲醇洗系统各塔的工况，其在既有系统中实施难度较小。以下对有关情况作一分析与探讨。
1 背景情况
该600 kt/a煤基甲醇装置低温甲醇洗系统原采用五塔（甲醇洗涤塔+H2S浓缩塔+热再生塔+甲醇水分离塔+尾气洗涤塔）流程，实际运行中CO2尾气中CO含量＞0.3%，虽低于设计值0.44%，但仍有明显的资源浪费。
使用Aspen Plus并参照该低温甲醇洗系统工艺流程建立模型，基于模型计算得到的结果与工艺包数据十分接近。运用该模型分析CO在低温甲醇洗系统中的溶解与解吸规律，在保持对原系统最小影响的原则下，提出有针对性的优化方案，可为既有系统降低CO2尾气中CO含量的优化改进工作提供理论支持与工程参考。
2 原低温甲醇洗工艺流程模拟
2.1 工艺原理
甲醇属极性溶剂，而CO2、H2S等酸性气也具有一定的极性。据相似相溶原理，变换气中的各种气体在低温甲醇中的溶解度差异显著，1体积甲醇可溶解约40体积的CO2，而H2S在甲醇中的溶解度更高（约为CO2的5～6倍）；其他H2、N2、CH4等非极性气体在甲醇中的溶解度极低，酸性气吸收过程中非极性气体几乎不被吸收，故可利用该特性高效分离变换气中的酸性气[2]。吸收了酸性气的“富甲醇”需通过解吸再生后循环使用，系统甲醇损失极小。
2.2 物性方法的选择
通常低温甲醇洗系统操作压力为0.12～6.0 MPa（A）、操作温度-60～100 ℃，变换气中含有CH3OH、CO2、H2S、CO、H2O等组分，属于低温高压体系，体系内含氢键缔合能，且属强极性系统；因活度系数方程适用于低压条件下的物性体系，而一般状态方程没有考虑氢键缔合能，若用于该体系其计算误差会偏大。CPA（Cubic Plus Association）热力学方程不仅具有一般立方型状态方程关于分子之间的引力和斥力的计算，还增加了关于缔合能的计算，故CPA热力学方程能很好地描述低温甲醇洗体系。采用由立方型状态方程（如SRK或PR方程）与缔合项结合而成的CPA状态方程作为核心热力学模型，通过引入分子间氢键缔合作用的描述，特别适用于含极性组分（如甲醇、水）的体系。
NRTL方程是以局部组成为概念的活度系数模型，它通过建立活度系数与组成、温度的关系，预测溶液的蒸气压、沸点、溶解度等关键性质，广泛应用于蒸馏、萃取、吸收等分离工艺的设计与模拟。尤其适用于极性物质混合体系（如醇-水、电解质溶液、部分互溶体系等），用于描述常压下甲醇与水的分离较为准确[3]。
总之，甲醇洗涤塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇闪蒸罐等设备对应的工艺过程模拟选用CPA状态方程，甲醇水分离塔对应的工艺过程模拟选用NRTL方程。
2.3 低温甲醇洗工艺流程及其模拟
更多内容详见《中氮肥》2026年第2期