低溫甲醇洗水分離塔異常工況的處理

張利娟，劉 斌，平寒銳

（河南開祥精細化工有限公司，河南義馬 472300）

河南開祥精細化工有限公司低溫甲醇洗裝置采用大連理工大學專利技術，設計處理變換氣量為11.589×104m3/h，產出合格凈化氣為7.457 3萬m3（標）/h，低溫甲醇洗主要作用是脫除變換氣中H2S和多余的CO2，其中影響凈化氣總硫和CO2吸收的重要因素之一是貧甲醇的純度，貧甲醇中的水分主要為變換氣中攜帶，隨后通過水分離塔對噴淋甲醇中水分進行脫除，以此提高貧甲醇純度，增加甲醇吸收效果，所以水分離塔是否能夠正常運行決定了整個低溫甲醇洗的脫硫脫碳效果。

1 低溫甲醇洗水分離塔工藝流程

通過變換后的原料氣先在水洗滌中使用鍋爐給水進行噴淋洗滌，以降低其中的NH3含量。進入低溫甲醇洗后為防止原料氣在冷卻器E15201中結冰，堵塞換熱器和管道，在進入E15201前噴入貧甲醇以除去變換氣中的水分。氣液混合物進入E15201殼程，被三股流體（合成氣、CO2氣、放空尾氣）冷卻至-22℃后進入變換氣分離器V15201，出V15201的氣體進入甲醇洗滌塔C15201底部，在塔頂用貧甲醇液通過四段洗滌后，產出合格的凈化氣。分離出的甲醇/水混合物經C15205進料加熱器加熱后，進入C15205第20塊塔板處作為水分離塔的進料，來自熱再生塔C15204右室，經泵加壓、過濾后的一小部分甲醇液再經換熱后溫度降至61.2℃進入水分離塔頂作為塔頂的回流液。水分離塔塔頂純度較高的甲醇蒸汽進入熱再生塔回收，水分離塔塔底設有再沸器，也可通過直補蒸汽進入水分離塔，塔底的廢水送入生化處理工段。

2 甲醇水分離塔作用和貧甲醇中水含量的意義

低溫甲醇洗裝置設置水分離塔的主要作用：一是處理甲醇溶液中所夾帶的水分，實現甲醇和水的分離，提高貧甲醇純度，增加其吸收CO2和H2S的效果，并回收甲醇。二是脫除系統的雜質，包括羰基鐵、煤灰、硫化物、油污等，塔頂甲醇氣為熱再生塔提供能量。水分離塔短時間停用，對系統影響不大，長時間停運會導致貧甲醇純度降低，系統內甲醇流失，影響凈化氣中總硫和CO2的吸收，嚴重時將減低負荷影響甲醇產量。

低溫甲醇洗滌法脫除氣體中的酸性氣是在相當低的溫度下，利用甲醇的物理吸收來實現的。它是利用二氧化碳、硫化氫、有機硫化物、氰化物和不飽和烴類在高壓低溫下能高度溶解于甲醇的原理。影響甲醇對氣體吸收的因素有三個：壓力、溫度、貧甲醇純度，其中貧甲醇純度的高低對吸收影響較大，其中水含量是主要的因素。系統內貧甲醇設計純度為99.88%，當甲醇中水含量達到5%時，吸收能力將會下降，其對CO2的吸收能力大約下降12%。

3 水分離塔異常工況描述及處理措施

2020年3月甲醇裝置進行了年度大修工作，大修前凈化水分離塔運行正常，大修期間對水分離塔內部檢查發現部分塔盤變形和脫落，塔底再沸器列管內部有煤粉、油污等雜質，其他未見異常。系統檢修結束后于4月3日開車，開車后水分離塔運行正常，由于大修期間對熱再生及水分離塔進行煮塔，導致系統內甲醇純度偏低（94%），隨著系統運行純度逐步上升，塔頂甲醇純度為98.5%，截止到4月9日貧甲醇純度已升至96.5%，12：30，水分離塔塔身溫度梯度出現異常，進料口第20層塔盤處溫度由54℃升至120℃，水分離塔壓差也漲至200kPa（正常為90kPa），隨后對水分離塔塔頂取樣分析，發現塔頂甲醇蒸汽純度下降至93.5%，正常運行期間進料口塔盤溫度在40～60℃，溫度上升說明塔內熱量平衡被打破，引起重組分上移，水分被帶至塔頂，導致塔頂甲醇純度下降。此前也曾出現進料口塔盤溫度上漲現象，根據以往操作經驗，可能有部分雜質堵塞浮閥導致塔盤積液，不能進行正常氣液熱量交換，引起塔頂純度下降。隨后對水分離塔蒸汽進行了停用，加大塔頂回流和噴淋甲醇的進料量，對水分離塔內部塔盤整體進行沖洗，以降低整體塔內溫度，塔底物料暫時排至地下槽儲存。待水分離塔整體溫度下降，進料口溫度降至30℃左右后，重新投用蒸汽，蒸汽加入過程中采取少量多次的方法，防止塔身溫度上升過快，同時減少噴淋甲醇量，適當增加回流量，減少水分離塔的運行負荷，通過一周時間的調節，水分離塔頂純度為90%～94%，進料口第20塊塔盤溫度仍居高不下，溫度維持在110℃左右，水分離塔整體梯度仍不正常，貧甲醇純度也由原來96.5%降至93%，已經影響到了凈化氣總硫和CO2的吸收。通過分析討論，并翻閱水分離塔設備圖紙后，一致判定工藝操作上不存在問題，引起進料口溫度異常的主要原因是進口位置塔盤積液，液體不能通過降液管回至塔底，熱量在此積聚，正常運行期間進料溫度在10～20℃，如塔盤不存在積液，第20塊塔盤溫度應該在40～60℃。為保證系統甲醇純度，決定對水分離塔進行隔離拆檢。

4 水分離塔拆檢情況

為不影響整體低溫甲醇洗運行，制定了水分離塔檢修專項方案，計劃24h內完成水分離塔的拆檢工作，如檢修時間過長，系統中水分含量會越來越高，另外再生塔沒有了水分離塔過來的熱的甲醇蒸汽，這樣可能會造成再生塔的熱量不足，影響熱再生塔再生效果，導致塔底甲醇H2S含量升高。

4月18日22：00開始停用水分離塔，首先，把原料氣氣液分離罐中的液位控制降至30%，清空地下槽中的污甲醇，這樣做的目的是，在檢修期間由于噴淋甲醇不能停止，以便存儲更多的甲醇，為檢修爭取時間。第二，做好水分離塔隔離工作，關閉與另外系統連接的管線閥門，關閉塔頂去熱再生塔的閥門增加盲板，關閉來自熱再生塔的回流管線閥門增加盲板，關閉來自原料氣氣液分離罐甲醇管線的閥門增加盲板，關閉水分離塔直補蒸汽閥門增加盲板，關閉進入水分離塔堿液管線閥門增加盲板，關閉再沸器蒸汽自調閥及前后截止閥，打開閥間導淋。第三，適當地增加熱再生塔的蒸汽，保證熱再生塔的塔底溫度。第四，根據檢修的情況，對水分離進行排液，氮氣置換，利用除鹽水進行沖洗降溫，置換降溫合格后打開人孔通風，待分析塔內氧含量≥18%，可燃有毒氣體為0后開始進入作業。

本次檢修對整體塔內進行了綜合檢查，打開水分離塔四個人孔，分段對1～51層塔盤進行了檢查，檢查發現第4、第5、第6層塔盤和降液內有較多的煤泥和鐵銹，堵塞了降液通道，導致塔頂液體不能順利流至塔底，塔壓差增大，造成液泛，另外檢查發現第21、22塔盤脫落，23層塔盤物料直接降至20層塔盤進料口處。水分離塔檢修工作于19日20：00結束，將水分離塔人孔及相連管線復位后投用，重新投用后水分離塔整體壓差和塔身溫度梯度恢復正常，塔頂甲醇純度恢復至96.5%，由于系統內甲醇純度已降至92%（回流純度），所以塔頂純度偏低，低溫甲醇洗內甲醇儲量在400t左右，整體純度提升需要一個緩慢過程，截止到5月10日貧甲醇純度已升至98.5%。

5 結束語

水分離塔是整個低溫甲醇洗裝置中的關鍵設備，系統內水含量高低直接決定了脫硫脫碳的效果，對甲醇產量和合成催化劑壽命有一定的影響。當水分離塔出現異常情況時，要根據各項工藝運行參數，采取有效措施，在不影響系統運行的情況下，對問題進行分析處理，達到系統長周期穩定運行的目的。