低溫甲醇洗工藝參數(shù)控制的探討

董文磊

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

低溫甲醇洗工藝采用甲醇做為洗滌溶劑，脫除原料氣中的酸性氣體。在這種工藝的實施過程中，需要使用冷甲醇作為洗滌溶劑來吸收酸性氣體，再通過甲醇再生對這些氣體進行處理。當前，大多的的工程化產(chǎn)業(yè)采用低溫甲醇洗工藝來進行氣體的凈化過程，由于其對于氣體的凈化能力高，另外，對于脫硫、脫酸的工藝可以有選擇、有步驟的進行，所以，深受大部分企業(yè)的青睞[1]。低溫甲醇洗投資屬于中等水平，但其耗能最低。因此，低溫甲醇洗是一種技術先進、經(jīng)濟合理的氣體凈化工藝。

1 低溫甲醇洗工作原理和工藝流程

1.1 低溫甲醇洗工作原理

利用酸性氣體溶解度在-50 ℃左右的低溫環(huán)境下明顯增大的特點，對酸性氣體進行吸收。而同等條件下，COS、H2S在甲醇中的溶解度是CO2的5倍～6倍，這就使得氣體的脫硫和脫碳可在同一塔內分段選擇性的進行。低溫甲醇洗工藝的實現(xiàn)過程遵循亨利定律[2]。根據(jù)這一定律,我們可以通過選擇性降低循環(huán)壓力、進行氮氣氣提、溶劑加熱，逐漸解吸出富甲醇中的H2S和CO2，完成甲醇再生的同時得到較高純度的H2S和CO2。

1.2 低溫甲醇洗工藝流程

原料氣中含有微量的氨，為防止氨在后續(xù)甲醇中的累積，首先用鍋爐給水在氨洗塔中洗去原料氣中的氨。原料氣經(jīng)過氨洗塔后進入甲醇洗滌塔，分段吸收原料氣中的H2S和CO2。通過洗滌塔使得原料氣中的硫降到0.1 ppm以下，CO2約2.5%左右送往下游工序。

富含H2S和CO2的富甲醇先將其吸收的少量CO和H2進行解吸，將H2S和CO2和原料氣一起進入洗滌塔回收利用。然后再降壓解吸其中的CO2，得到較高純度的CO2送往煤氣化做為載氣使用。再然后對循環(huán)甲醇進行氮氣氣提來降低富甲醇中的CO2含量。最后，對循環(huán)甲醇進行加熱，解吸出一定濃度的H2S，送往硫回收制成硫磺，既解決了環(huán)保問題，又有一定的經(jīng)濟效益。完成再生的貧甲醇通過換熱降溫后送往洗滌塔，做為洗滌溶劑循環(huán)利用。

2 低溫甲醇洗工藝優(yōu)化

在低溫甲醇洗工藝運行中，洗滌塔的壓力控制、循環(huán)甲醇流量和來氣量的匹配、循環(huán)甲醇的溫度、甲醇解吸時的壓力和氣體氮氣的用量、甲醇熱再生的溫度等都對工藝指標有較大影響。為了整個流程的穩(wěn)定和優(yōu)化運行，可以從以下幾個方面進行調節(jié)。

2.1 洗滌塔壓力的控制

氣體壓力對CO2、H2S等酸性氣體的吸收影響很大。在固定的溫度下，溶液的溶解度與氣體的壓力成正比。所以提高吸收過程中的壓力，就會使溶劑與氣體形成良好的接觸，能夠促進吸收過程的實現(xiàn)，并且提升凈化效果。在保證脫硫效果的前提下，維持壓力的平穩(wěn)，對維持出口氣體中CO2的含量非常重要，而穩(wěn)定量的CO2，能配合CO保證氫碳比的穩(wěn)定，對下游合成工序非常有利。實際操作過程中，一般低溫甲醇洗連著合成氣壓縮機，可以通過加強與合成氣壓縮機的協(xié)調配合來保證洗滌塔的壓力穩(wěn)定。

2.2 洗滌循環(huán)量的控制

在運行中，來氣氣量和循環(huán)甲醇量的對應關系為：氣量15.8萬m3/h～26.4萬m3/h～29.1 萬m3/h，對應循環(huán)量：289 t/h～446 t/h～521 t/h，甲醇循環(huán)量量應該隨氣化負荷增減作出相對應的調整，當氣化氣量小范圍波動時，或因系統(tǒng)壓力輕微波動造成氣量不穩(wěn)時，一般不需要調整循環(huán)量，因為循環(huán)量頻繁變動會造成系統(tǒng)工況更為嚴重的惡化。氣量與循環(huán)量的調節(jié)關系為：氣量增加前先提高循環(huán)量，氣量降低后再降低循環(huán)量。根據(jù)具體運行情況調整循環(huán)甲醇以及變換氣的流量，保證運行中處于最佳比例[3]。保持主循環(huán)量穩(wěn)定是維持系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵和基礎。

2.3 氨冷器換熱量的控制

隨著洗滌甲醇溫度的降低，酸性氣體在甲醇中的溶解度也會隨之增加，所以，降低洗滌溫度有利于提高凈化效果。目前來說，富甲醇深冷器工藝中第一類是原料氣洗滌塔洗滌甲醇換熱器，另一類是富甲醇閃蒸解析二氧化碳前的深冷[4]。而低溫甲醇洗系統(tǒng)最根本的冷量來源是氨冷器，所以氨冷器的正常投用是保證系統(tǒng)穩(wěn)定和低溫環(huán)境的關鍵。在保證氨壓縮機液位不高的情況下，應適當提高氨壓縮機負荷，提高氨冷卻器冷量，從而保證系統(tǒng)冷量的充足。尤其在洗滌壓力受到前后工序制約的情況下，適當提高氨冷器液位，對保證凈化氣中硫指標的控制非常重要。

2.4 甲醇解吸時的壓力和氣體氮氣量的控制

合適的解吸塔操作壓力，既有利于富甲醇中CO2的解吸，又能回收較多的冷量。在相對較高的壓力下，硫化氫壓力解吸相對較少，有利于CO2產(chǎn)品氣中硫含量的降低。但是，過高的解吸壓力，會造成CO2解吸量不夠，影響冷量的回收，進而影響到洗滌塔洗滌甲醇的溫度，影響對H2S和CO2的再吸收。同時，進入熱再生塔的富甲醇含CO2過多，會增加熱再生塔的負荷，使得甲醇無法充分再生，從而降低貧甲醇的洗滌、吸收效果。

在根據(jù)系統(tǒng)負荷兩個氣提塔的氣提氮氣量為：0.86萬m3/h～1.02萬m3/h～1.18萬m3/h、0.24萬m3/h～0.3萬m3/h～0.36萬m3/h，過高的氣提氮氣量會造成塔負荷過大，無法將尾氣中的硫組分洗滌吸收下來，過低的氣提氮氣量會造成無法充分回收系統(tǒng)冷量，使系統(tǒng)溫度升高，破壞系統(tǒng)冷量平衡。同樣的，無法充分氣提的CO2會造成熱再生塔負荷過大，使得甲醇無法充分再生，也會降低貧甲醇的洗滌、吸收效果。

在環(huán)保非常重要的今天，適當提高解吸塔壓力和合適的氣提氮氣量，能降低CO2產(chǎn)品氣和尾氣中的硫含量，對環(huán)保非常有利。

2.5 甲醇熱再生塔穩(wěn)定運行控制

熱再生塔是富甲醇再生的最后一步，保證熱再生塔的平穩(wěn)有效運行，能保證循環(huán)甲醇再次進入洗滌塔的潔凈度，保證洗滌效果。為了保證熱量的穩(wěn)定，再沸器出口壓力維持平穩(wěn)；將蒸汽閥門打到手動位置，穩(wěn)定工況下，保證蒸汽用量恒定。保證熱再生塔進甲醇量穩(wěn)定，在系統(tǒng)出現(xiàn)波動時，可適當打到手動位置對甲醇流量予以干預。熱再生塔進料及蒸汽用量穩(wěn)定，保證塔內傳質傳熱均勻、穩(wěn)定，從而實現(xiàn)循環(huán)甲醇的充分再生。再生充分對指標控制也有較大的作用。濁度較小的情況下能降低過濾器、換熱器堵塞的概率，有利于系統(tǒng)充分換熱，有利于系統(tǒng)維持系統(tǒng)冷量、熱量平衡。

2.6 甲醇水分離塔運行控制

吸收二氧化碳時所釋放的熱量與水含量成正相關，如果水含量過高，那么整個工藝過程中就會造成更多的冷量虧損，也會進一步導致甲醇的吸收水平大大減少。除此之外，含水率的升高也會導致甲醇水分離塔增高其負載能力，同時，會增加通過再沸器進入工作環(huán)境的熱量[5]。酸脫全系統(tǒng)甲醇總量在600 t左右，系統(tǒng)循環(huán)量為440 t/h，進入水分離塔進行水分分離的甲醇量只有6 t/h。要降低系統(tǒng)水指標，必須長時間范圍內保持甲醇水分離塔塔頂水含量低于系統(tǒng)水含量。較低的水含量有利于甲醇對硫化物的吸收，同時有利于系統(tǒng)降溫，對系統(tǒng)整體運行情況比較有利。

保持甲醇水分離塔負荷與系統(tǒng)總負荷匹配，同時在系統(tǒng)出現(xiàn)較小波動時盡量不要改變或破壞甲醇水分離塔物料平衡，當某一項或多項進料、塔內汽液平衡、溫度梯度等小范圍波動時不會對系統(tǒng)造成太大影響，且頻繁調節(jié)物料對系統(tǒng)平衡影響較大，不利于保持較低的水含量，在控制過程中，主要微調進再沸器蒸汽量即可，目前經(jīng)驗控制閥位每次調節(jié)控制在0.5%以下，調節(jié)效果反饋大于1 h。

3 結語

低溫甲醇洗工藝是一種成熟可靠的大型酸性氣體凈化工藝，具有吸收能力大、選擇性好、凈化度高等優(yōu)點。掌握低溫甲醇洗的工作原理和工藝流程，才能在實際操作中應對不同的工藝狀況。本文通過對操作中關鍵點具體運行參數(shù)控制的探討，來實現(xiàn)工藝的“安穩(wěn)常滿優(yōu)”運行。