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低温甲醇洗工艺自20世纪50年代以来,凭借着高选择性、高净化度和低能耗的优点,在煤化工气体净化领域中占据重要地位。该物理吸收工艺利用甲醇的特性,脱除CO2、H2S和COS等杂质气体,回收H2、CO和CH4等有用气体,具有极高的应用价值。同时,随着原料气的不断变化,适应于不同工艺条件的低温甲醇洗工艺开发在国内也取得了长足的进步。本文中的原料气为未变换气,其CO2含量仅为常规原料气中CO2含量的一半左右。因为富甲醇溶液的CO2气体解吸过程是低温甲醇洗工艺的主要冷量来源之一,所以CO2含量过低必然导致系统内部温度偏高,无法维持气体净化所必须的低温条件,进而导致净化气无法满足净化要求且工艺能量耗损严重。为了解决该问题,本工艺以Aspen Plus软件平台为依托,在林德公司的一步法低温甲醇洗工艺流程基础上进行开发。首先,选定净化工艺的物性方法为PSRK,并结合实际情况局部改良物性方法,选取合适的单元模块;随后,利用设计规定和灵敏度分析等方法优化设备参数,开发采用丙烯压缩制冷的低温甲醇洗工艺I和采用CO2/NH3复叠式压缩制冷的低温甲醇洗工艺II,在满足工艺要求的同时降低能耗及生产成本;继而,模拟对比采用不同制冷剂的制冷模块所能提供的冷量数据及制冷性能,并以此为基础,利用夹点设计法实现两套工艺流程的换热网络匹配;最后,对两套工艺的净化能力及能耗状况进行了比较分析。通过原理分析及过程模拟,本文首次实现了未变换气低温甲醇洗净化工艺设计,成功开发了两套满足工艺要求的未变换气低温甲醇洗净化流程。不同于目前解决系统内部温度偏高问题所普遍采取的优化设备结构的方法,首次从改变制冷剂种类的角度出发,确保系统内部的低温运行。同时,研究数据表明,采用CO2/NH3复叠式压缩制冷的低温甲醇洗工艺II比工艺I具有更好的气体净化能力及节能降耗效果。本文开发完成的两套工艺,均成功突破了低温甲醇洗净化工艺中原料气CO2含量偏低、系统内部温度偏高等问题的局限,为实际工业应用提供了合理可行的理论依据,具有良好的应用前景。