低溫甲醇洗工藝分析

陳佳匯

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

低溫甲醇洗工藝技術是煤化工生產中應用最為廣泛的技術類型，該技術類型進行煤氣化生產不但可以有效提升氣體的凈化度，同時具有選擇性好、脫硫脫碳成果突出等優勢。從技術實現角度上來看，劃分為甲醇洗滌、富甲醇閃蒸再生、硫化氫濃縮以及甲醇水分分離等多個方面，特別的，尾氣的處理環節以環保工作為核心，與甲醇洗工藝關系并不密切，但是會影響到生產的各個環節。為了進一步探討魯奇低溫甲醇洗工藝技術的操作模式與裝置改善策略，現就低溫甲醇洗工藝技術的基本概念與相關內容進行分析。

1 低溫甲醇洗工藝技術概述

低溫甲醇洗工藝技術是現階段煤化工生產中普遍的應用技術，根據工藝設備設置的特征進行分類，可以劃分為魯奇工藝、林德工藝兩種類型。在生產過程中，無論是林德工藝還是魯奇工藝，基本都包括了硫化氫濃縮、甲醇水分離、富甲醇閃蒸等基本環節，兩者在原料氣的洗滌與再生循環方面早期存在一定的差別。魯奇工藝多采用中壓洗滌模式，而林德工藝則采取傳統洗滌模式。林德工藝中利用富硫化氫甲醇過濾設備進行過濾，同時添加原料氣水分離器進行原料氣的過濾，相比于魯奇生產工藝具有一些特征。另外，魯奇工藝主洗塔應用預洗甲醇的處理模式，林德則是采取貧甲醇由上到下進行原料氣洗滌的工藝。林德工藝當中再生精甲醇會作為循環用料進行換熱處理，魯奇工藝則采取90℃精甲醇循環給料的模式，不需要進行循環水換熱器的專門設置。在實際應用過程中，兩種低溫甲醇洗工藝技術在實際生產工藝條件差別不大，但是在冷量供應、工藝冷損以及含水率等方面還是存在不小的差異。在具體應用過程中，具有投資成本低、應用難度小等優勢，借助于該優勢進行技術升級能夠滿足低溫甲醇洗工藝技術基本需求，同時獲得顯著的經濟效益。得益于近幾年煤化工產業的高速發展，低溫甲醇洗工藝技術不斷完善，魯奇和林德的工藝發展至今已經大同小異。

2 魯奇低溫甲醇洗工藝原理與工藝流程特征

在低溫甲醇洗工藝技術應用過程中，安裝凈化裝置的主要目的是去除掉大量的酸性氣體，該過程本身屬于物理過程，其原理以亨利定律和拉烏爾定律為基礎，采取甲醇作為吸收劑，低溫高壓下吸收，高溫低壓下解吸。在本案例中，選擇設計溫度為-56℃，此時甲醇具有溶解大量酸性氣體的能力，針對二氧化碳、硫化氫等酸性氣體具有良好的溶解選擇性。吸收過程需要涉及多個控制因素關系，包括溫度、壓力以及甲醇循環流量等。在該生產過程中，富甲醇會經過閃蒸與氣提工藝獲取冷量，隨后由其提供主要冷卻作用，同時配套的丙烯制冷設備給系統提供外來冷量以維持系統溫度在設計溫度范圍內。閃蒸氣經過循環壓縮后達到循環損耗量控制的效果，同時可以持續循環到吸收塔內部，保持損耗量得到合理性控制。甲醇的水分分離機構則主要用于解決甲醇循環過程中的水平衡問題。尾氣洗滌設備采用尾氣洗滌處理的方式來控制尾氣中的甲醇損耗量，將其控制在最低限度的損耗同時滿足尾氣排放的環保要求。

在生產過程中，裝置低溫甲醇洗工藝技術需要滿足吸收塔脫硫、脫碳的技術要求。吸收塔從上而下被分為脫碳段、脫硫段以及預洗段，變換氣經過氨洗塔洗滌與二氧化碳、尾氣、粗氫等換熱后進入變換氣吸收塔的預洗段，脫除HCN等微量組分，預洗后甲醇離開吸收塔底去閃蒸再生。預洗后的變換氣進入吸收塔脫硫段，經過富載CO2甲醇洗滌，脫除H2S、COS，洗滌后的富載H2S甲醇經過閃蒸、汽提、加熱達到循環再生的效果，再生后的貧甲醇則可以經過循環流量泵加壓處理的方式進入吸收塔當中，達到循環控制的要求。脫硫后變換氣進入吸收塔脫碳段，在此段變換氣中CO2含量被閃蒸冷甲醇、熱再生冷甲醇洗滌降低，在洗滌吸收過程中，甲醇被吸收熱加熱，溫度顯著升高，因此甲醇在吸收塔由上向下洗滌過程中，從中抽出經過換熱冷卻后回到吸收塔繼續吸收CO2。洗滌后的富載CO2甲醇經過閃蒸后由循環泵加壓送回吸收塔進行主洗甲醇循環。

3 魯奇低溫甲醇洗工藝操作要點與裝置改善策略

3.1 魯奇低溫甲醇洗工藝操作要點

（1）溫度

溫度是熱（冷）平衡和物料平衡的主要因素，是決定吸收效果和凈化氣質量主要操作參數。酸性氣體在甲醇中的溶解度隨著溫度降低而增大，尤其是從-30℃降到-60℃以下時，溶解度急劇增加。在系統內部匹配專用丙烯制冷設備來滿足冷量的需要，通過尾氣閃蒸處理技術來滿足操作溫度的實際控制要求。綜合工藝過程，涉及到甲醇循環溫度的因素包括丙烯冷凍系統、氣提氮氣流量以及甲醇循環流量等。

（2）壓力

壓力的平穩與否直接影響到凈化氣的質量、系統的熱（冷）平衡和物料平衡，甚至威脅到裝置的安全生產。在操作中壓力不能作為日常調節產品質量的手段，應保持恒定為好。在對塔壓進行調節時，要進行全面而周密的分析，盡力找出影響塔壓的主要因素進行準確而合理的調節，使操作平穩，當需要借助塔頂容器的排氣閥來調節塔壓時要緩慢進行，不要猛開猛關，也不要隨便改變控制的給定值，以免造成大幅度的液位波動或沖塔事故。

（3）液位

液位是系統物料平衡操作的集中表現，各塔液位的高低將不同程度地影響產品質量及操作平衡及甲醇泵運轉，所以平衡好各塔液位尤為重要。

3.2 魯奇低溫甲醇洗工藝控制目標與改進方向

貧甲醇的再生效果直接關系到甲醇的吸收能力、產品氣的質量以及設備腐蝕等問題，所以貧甲醇的再生效果在實際生產過程中是極其重要的工藝控制目標。貧甲醇當中水含量是生產控制的重要技術指標，該指標影響系統生產的多個環節。一般來說，魯奇低溫甲醇洗工藝過程中要求系統的含水量控制在1%以內。一旦出現含水量較高的情況，不但會嚴重影響甲醇的吸收效果，同時也容易構成腐蝕環境，對設備造成嚴重的腐蝕影響。為了保證甲醇的再生質量，熱再生系統的壓力、溫度、頂回流需根據裝置負荷以及樣品分析數據及時調整，同時利用甲醇水分離塔實現水分離控制，做好溶液系統內部的水平衡管理。在進行貧甲醇含水量的控制時，需要做好貧甲醇總硫含量的控制與管理工作。此外還需注意NH3在系統中的累積，過多的NH3累積將導致熱再生塔主汽提段中汽提H2S的甲醇蒸汽無法在頂部將NH3汽提出來，NH3最終將在熱再生甲醇中以（NH4）2S的形式存在。這些氨的硫化物會隨著貧甲醇進入吸收塔頂部，在此分解再次釋放H2S導致凈化氣質量不合格。熱再生塔頂氣相系統中高濃度的氨還會堵塞冷換設備，一般要求熱再生塔的回流罐當中NH3含量為5～10g/L，再生甲醇中的NH3含量應低于20mg/L，出工段的克勞斯酸性氣中硫化氫含量應該不低于30%。結合目前的工況，雖然低溫甲醇洗能基本滿足生產需求，但也存在克勞斯氣中的硫化氫含量時常偏低、含氨甲醇外排導致甲醇損耗量大等問題，所以如何優化工藝流程及操作提濃克勞斯氣、有效改善甲醇損耗將是未來的研究方向。

4 結語

綜上所述，魯奇低溫甲醇洗工藝能夠很好地滿足煤氣化生產的實際需求，通過技術工藝對比，該生產模式在工藝穩定性、投資回報比率方面都具有不錯的優勢，通過明確魯奇低溫甲醇洗工藝操作的流程以及控制目標，做好工藝改進管理工作，可以顯著提升魯奇低溫甲醇洗工藝的應用效果與整體效益，為促進行業穩定高速發展創造良好的條件。