Lurgi低溫甲醇洗熱再生塔冷凝回流系統工藝優化

張幸磊(河南龍宇煤化工有限公司 河南 476600)

一、工藝概述

河南龍宇煤化工有限公司建有50萬噸/年甲醇裝置一套，該裝置于2008年4月投產，配套氣體凈化單元采用Lurgi低溫甲醇洗工藝，設計處理能力為 211693 Nm3/h（干基），其操作彈性范圍為50-110%。

該工藝原理是以拉烏爾定律和亨利定律為基礎，依據低溫狀態下的甲醇具有對H2S和CO2等酸性氣體的溶解吸收性大、而對H2和CO溶解吸收性小的這種選擇性，來脫除粗合成氣中的H2S、CO2等酸性氣體和NH3、HCN、HCl、羰基化合物等微量組分，從而達到凈化粗變換氣的目的。該過程在吸收塔內實現，吸收后的甲醇經過減壓后送至熱再生塔，徹底釋放出CO2、H2S氣體。

二、熱再生系統存在的問題

熱再生冷凝回流系統系統包含熱再生塔C04，酸氣冷卻,冷凝器 E01、E02、E03、E04，回流槽 T01，回流泵 P01，分離槽 S01 等設備，見圖1。

吸收過H2S和CO2的富甲醇，經降壓閃蒸后進入熱再生塔C04，再次閃蒸后的甲醇經液位控制進入熱再生段，通過與來自塔底的熱甲醇蒸氣進行傳質過程，徹底釋放出甲醇中吸收的H2S和CO2及其他微量組分，再生后的甲醇經過冷卻后重新回到吸收塔吸收粗煤氣中雜質氣體。

釋放出的含有甲醇蒸汽的氣體混合物稱為酸性氣，溫度約為89℃，依次進入E01殼程、E02殼程，冷卻至55-60℃，一部分甲醇被冷凝下來，進入回流槽T01分離，酸性氣經E03、E04進一步冷卻至-20℃左右后，進入分離器S01中，在此甲醇冷凝液被收集并送回到回流槽T01，出分離器的酸性氣經復熱后送界區。回流槽T01中收集的甲醇，通過回流泵P01加壓后，大部分返回到熱再生塔C04的頂部作回流用，一小部分被引出至界區，以防微量組份在系統中有累積。

該系統運行至今已超過5年，期間經過技術管理人員不斷的改進和優化，使得工藝逐步完善，運行更加穩定。運行中的問題主要有以下幾點：

1、酸性氣溫度過高：在滿足再生后貧甲醇質量要求的前提下，出再生塔C04的酸性氣溫度過高，導致最終送至界外的酸性氣溫度過高。

2、回流泵頻繁氣蝕：回流泵P01頻繁出現氣蝕，導致運行泵與備用泵頻繁切換檢修。

3、閃蒸氣量過大：熱再生塔頂閃蒸氣量過大，高負荷時甚至導致塔頂超壓。

這些問題在一段時間內都嚴重影響了熱再生系統的運行和管理難度。

三、原因分析和應對措施

1、酸性氣溫度過高問題：

出界區的酸性氣，設計溫度為25℃，被送至硫回收裝置用以回收其中的含S氣體，生產工業硫磺，變廢為寶。在運行初期，在滿足再生后貧甲醇純度的前提下，出界區的酸性氣體經常在40℃以上，這導致出界區酸性氣中夾帶過多甲醇，進入硫回收裝置后，甲醇在燃燒爐內不完全燃燒而析碳，附著在管道和設備內，導致硫回收裝置經常發生管道堵塞而檢修，現場環境較差。另一方面也使低溫甲醇洗裝置甲醇消耗達到設計值的近十倍。

分析原因，其一是系統熱量輸入較設計值有所增加。由于粗煤氣中微量組分較設計值偏高，導致再生所需的熱量增加。針對該情況，經過平衡計算，繪制不同情況下系統熱量需求曲線，用于指導操作，確保在滿足再生需求時，盡量減少熱量輸入，降低冷凝系統移熱負荷。其二是冷凝系統換熱器設計負荷過小，導致熱量移出不夠。主要表現在水冷器E02，由于安裝位置較高，換熱面積不足，導致出水冷器酸氣溫度高出設計值20℃。后更換換熱器，并通過冷介質重新分配，增大進入E04換熱器的冷介質流量，最終增大冷凝系統移熱能力，使出界區酸氣溫度降至-20℃左右，確保了后系統硫回收裝置穩定運行，降低甲醇消耗至設計指標以內。

2、回流泵頻繁氣蝕問題：

在上述問題解決后，熱再生系統回流經常出現氣蝕現象，導致回流液不能外送，系統需緊急向地下儲槽排放甲醇。同時回流泵頻繁切換，也導致泵機械密封滲漏現象頻繁，滲漏的甲醇含有H2S、雜醇及其他微量組分，惡臭味較大，對現場環境及操作工人身健康造成潛在威脅。

分析原因，由于回流槽T01內部為中空結構（見圖1），自S01來的冷甲醇在T01底部流動至P01入口，自E02來的熱酸氣在T01頂部流動至出口去E03，兩者同向流動。由于冷甲醇溫度較低（-25℃左右），在S01中重新吸收了一定量的酸性氣，而進入T01后由于冷態密度較大，在其底部平流，至P01入口處，由于葉輪做功升溫而析出部分氣體，導致在葉輪處發生氣蝕。現場兩點顯現可以驗證，其一是泵入口管線結霜與氣蝕同步出現；其二是當排空T01內液位至很低時，泵氣蝕現象很大程度緩解（此時冷甲醇與熱酸氣接觸換熱，析出酸氣）。

針對上述情況進行改造，其一，對T01內部進行改造（見圖2），將來自S01的冷甲醇進口管線加長并設置分布器，分布器開口向上，使冷甲醇向上噴出與熱酸氣充分接觸換熱，既能使冷甲醇充分加熱釋放吸收的酸氣，又能在一定程度上降低酸氣溫度。其二，交換酸氣進出口，使兩者改為逆流接觸，充分換熱。其三，將P01由離心泵改為屏蔽泵，徹底杜絕機封泄漏問題。通過改造，徹底解決了回流泵P01的氣蝕想象，杜絕了滲漏，改善現場環境。

3、閃蒸氣量過大問題：

隨著低溫甲醇洗達標達產及運行負荷的逐步提高，熱再生塔T01頂部閃蒸氣量逐漸增大，壓力調節閥經常需要打開副線來調節壓力，以避免系統超壓。分析原因，主要是輸送至熱再生塔T04的甲醇中氣體含量過多，同時壓力調節閥口徑過小，導致閃蒸氣輸送量受限。

針對上述情況進行改造，其一是降低前系統閃蒸塔T02、T03的操作壓力，維持在接近操作下線范圍。其二是增加壓力調節閥閥芯套筒開孔數，增大閃蒸氣輸送量。通過改造，確保了壓力調節閥開度在50%左右，同時也減小了熱再生負荷，確保系統運行穩定。

結束語

通過上述幾項改造及其他一些改造，影響我公司低溫甲醇洗裝置熱再生系統運行的因素基本消除，裝置現場操作及檢修工作量大幅減小，裝置管理難度也顯著降低，運行穩定可靠，在今年更是連續穩定運行超過300天后，隨造氣裝置一同計劃停車檢修。