低溫甲醇洗尾氣換熱系統優化

徐立龍任靜(.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅 蘭州 730060；.蘭州石化職業技術學院， 甘肅 蘭州 730060)

低溫甲醇洗尾氣換熱系統優化

徐立龍1任靜2(1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司， 甘肅 蘭州 730060；2.蘭州石化職業技術學院， 甘肅 蘭州 730060)

介紹低溫甲醇洗尾氣換熱系統，針對某廠尾氣換熱后溫度過低，導致系統運行不穩定的問題，提出多種切實可行的解決方案，通過PROII和HTRI軟件聯合使用比較，得到最經濟可行的方案。

低溫甲醇洗；尾氣；換熱器

低溫甲醇洗(Rectisol)工藝是由德國的林德公司(linde)和魯奇公司(lurgi)在20世紀50年代共同開發的一種高效的氣體凈化工藝[1]，它是采用冷甲醇作為溶劑吸收原料氣中的CO2、H2S等酸性氣體，該工藝具有氣體凈化度高，選擇性好，溶劑消耗少，能耗低等顯著特點[2]。近年來，低溫甲醇洗工藝在流程優化、節能降耗、降低投資、提高裝置操作靈活性等方面都在不斷的改進。

本文針對某工廠低溫甲醇洗裝置運行中尾氣水洗塔進塔尾氣溫度過低的問題，在分析低溫甲醇洗尾氣循環換熱系統的基礎上，提出了多種解決方案，并尋求最佳解決方案。

1 低溫甲醇洗尾氣換熱系統

某廠采用大連理工大學七塔工藝流程，其中氣提二氧化碳解吸塔產生溫度較低的尾氣，為充分利用尾氣所帶冷量，將其分成三股，一股用來冷卻來自液氮洗的氣提氮，另兩股用來冷卻熱再生塔塔頂酸性氣，完成換熱后的三股尾氣混合后進入尾氣水洗塔，用脫鹽水洗滌回收尾氣中夾帶甲醇。(圖1)

2 尾氣換熱系統存在問題及對策

2.1 運行問題分析

某廠經一段時間運行后，出現以下問題：現有的低溫甲醇洗裝置按設計工況進尾氣水洗塔的尾氣溫度范圍應為20～40℃，而經一段時間的穩定運行后，進尾氣水洗塔的尾氣實際溫度較低，最低時可達-5℃，導致尾氣水洗塔內結冰，分析其原因有以下幾個方面：

(1)尾氣加熱器規格偏小，設計工況可將尾氣加熱至40℃左右，而實際運行過程中因換熱量不夠，導致幾股尾氣混合后溫度偏低。(2)原設計來自液氮洗的氣提氮溫度為40℃，而現場實際供應的氣提氮溫度為18℃，從而使尾氣經氮氣冷卻器后溫度偏低。(3)在液氮洗分子篩再生過程中，進入系統的氣提氮溫度下降，持續時間約為2h，溫度最低可降至-60℃以下，從而導致進入系統中的氣提氮溫度可降至-22℃左右，使氮氣冷卻器可為尾氣提供的熱量減少，換熱器出口尾氣溫度過低，它與其它尾氣直接混合，導致混合后尾氣溫度偏低。

2.2 處理方案

原工藝流程存在一定的瓶頸，為控制酸性氣中甲醇夾帶量，使甲醇徹底分離，需控制酸性氣/尾氣換熱器出口酸性氣溫度[3-5]，在此基礎上再保證進尾氣水洗塔的尾氣溫度，使系統穩定運行。

在分析原工藝流程的基礎上，提出以下方案：(1)不改變原工藝流程，在保證酸性氣/尾氣換熱器出口酸性氣溫度的基礎上，增大尾氣加熱器進口尾氣量，使尾氣溫度提高。(2)不改變原工藝流程，加大尾氣加熱器規格，增大換熱面積，使尾氣加熱器出口溫度升高。(3)改變原工藝流程，把出氣提二氧化碳解吸塔的尾氣分成兩股，一股與來自液氮洗的氣提氮換熱，一股與熱再生塔頂酸性氣換熱，換熱升溫后的尾氣混合后進入尾氣加熱器，經進一步加熱升溫后進尾氣水洗塔。(圖2)

2.3 方案分析

在考慮流程與控制的基礎上，對提出的方案進行分析：

(1)尾氣加熱器規格較小，換熱器所留裕度較低，增大換熱器入口尾氣量，極易造成尾氣系統憋壓，影響正常操作，也達不到提高尾氣混合后溫度的作用，此方案可予以排除。

圖1 尾氣循環換熱流程圖

(2)增大尾氣加熱器規格，可提高尾氣混合后溫度。但液氮洗分子篩再生的過程中，進入系統的氮氣溫度不斷變化，引起混合后尾氣溫度相應變化，此時系統中應增加一自控閥，以調節尾氣加熱器入口尾氣量，這種調節必然導致酸性氣/尾氣換熱器出口酸性氣溫度隨之變化，必須增加一連鎖點，在整個分子篩再生的過程中，自控閥不斷調節，導致系統運行的不穩定。

在增大尾氣加熱器規格而其它設備規格不變的前提下，使用PROII軟件模擬某廠出現的尾氣混合后溫度過低問題，模擬后各控制點溫度見表1。

表1 各控制點溫度比較

相對某廠原設備，只改變尾氣換熱器規格，在保證進入氣提二氧化碳解吸塔的氣提氮溫度、氮氣冷卻器規格不變的前提下，減少<2>的流量，增加<3>的流量，通過尾氣加熱器換熱后可提高尾氣混合后溫度，依此通過PROII和HTRI軟件聯合計算可得到尾氣加熱器規格。

將增大后尾氣加熱器規格與原加熱器規格做一比較：

表2 尾氣加熱器規格比較

(3)改變工藝流程，尾氣先經酸性氣/尾氣換熱器換熱，由于尾氣量的增加，可進一步降低酸性氣中甲醇攜帶量，且換熱器出口溫度降低有利于換熱器傳熱；在輸入氮氣溫度變化的過程中，只需加一閘閥調節尾氣加熱器進口流量分配，即可調節尾氣混合后溫度，使尾氣混合溫度在一定范圍內波動，而不影響系統的其它溫度點。

在增大尾氣加熱器規格與方案<2>一致后，改變工藝流程，而其它設備規格不變的前提下，用PROII軟件模擬尾氣循環換熱過程，各控制點溫度見表3。

表3 方案3控制點溫度比較

2.4 經濟效益分析

方案2與方案3的比較見表4。

表4 方案比較

方案2需增大尾氣加熱器規格，增加一自控閥，此時尾氣加熱器出口酸性氣量溫度降低，可節約熱再生塔塔頂冷凝器循環水用量；方案3需增大尾氣加熱器規格，增加一閘閥，此時尾氣加熱器入口溫度為-11.69℃，出口溫度為2.62℃，則尾氣加熱器管程材料可改用Q245R替代原有的09MnNiDR+0Cr18Ni10Ti，換熱管可用20#鋼替代原有的S30403，同時具有方案(2)節約循環水用量的特點，經濟效益明顯。

3 結語

伴隨液氮洗分子篩再生過程的氮氣溫度降低，引起輸入尾氣水洗塔的尾氣溫度偏低，導致系統運行不穩定的問題。通過增大尾氣加熱器規格，增加閘閥，改變工藝流程等技術改造，以最經濟的投入，可達到控制尾氣溫度，維持系統穩定運行的目的。

[1]汪家銘.低溫甲醇洗工藝技術進展及應用[J].石化技術,2007,14(4):48-51.

[2]唐宏青.低溫甲醇洗凈化技術[J].中氮肥,2008,(1):1-7.

[3]任軍平.低溫甲醇洗裝置酸性氣體甲醇超標原因及對策[J].大氮肥.2008.31(4):238-240.

[4]劉偉.降低低溫甲醇洗工藝的甲醇消耗[J].小氮肥.2010.38(10):16-17.

[5]徐先榮.低溫甲醇洗工藝甲醇消耗高的問題探討[J].氮肥技術.2009.30(3):22-25.