低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝?yán)淞繐p失及優(yōu)化措施

高云艷

（陜西精益化工有限公司，陜西榆林 719000）

陜西精益化工有限公司煤焦油深加工多聯(lián)產(chǎn)綜合利用項(xiàng)目，其中的煤制氫項(xiàng)目主要產(chǎn)品為甲醇和氫氣，氫氣送往煤焦油加氫項(xiàng)目進(jìn)行加氫反應(yīng)，因此低溫甲醇洗裝置采用雙塔洗滌共用一套再生裝置的工藝流程。來(lái)自變換的制氫變換氣和制甲醇變換氣進(jìn)入低溫甲醇洗的兩個(gè)洗滌塔，所得到的富氫氣送往PSA 裝置，合成氣送往甲醇合成裝置。

本文針對(duì)低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝?yán)淞繐p失做出了詳細(xì)的分析，并提出相應(yīng)的調(diào)整措施，及雙塔洗滌的冷量分配的方法，為低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝?yán)淞康膬?yōu)化提供借鑒。

1 系統(tǒng)氣相冷量分配概述

1.1 凈化氣冷量分配

洗滌塔Ⅰ（T1601）凈化氣（-50℃）與塔底富硫甲醇換熱后，再與制氫變換氣進(jìn)行換熱，換熱后溫度為26℃，制氫凈化氣冷量回收后，送往PSA 裝置。洗滌塔Ⅱ（T1602）凈化氣（-50℃）與塔中部富碳甲醇換熱后，再與制甲醇變換氣進(jìn)行換熱，換熱后溫度為25℃，制甲醇凈化氣冷量回收后，送往甲醇合成裝置。

1.2 尾氣冷量分配

H2S 濃縮塔（T1603）尾氣共分為2股，一股來(lái)自上塔閃蒸罐，氣量約19928m3/h，溫度-64℃；一股來(lái)自下塔頂部，氣量約49741m3/h，溫度-66℃。上塔尾氣分別送往T1601/T1602塔的原料氣冷卻器（E1601/E1621），分配氣量由現(xiàn)場(chǎng)尾氣蝶閥控制；下塔尾氣與洗滌塔Ⅱ（T1602）中部富碳甲醇換熱后，再分別送往T1601/T1602塔的原料氣冷卻器（E1601/E1621），尾氣冷量回收后，溫度約27℃，匯合后送往尾氣洗滌塔，流程如圖1所示。

圖1 氣相冷量分配圖

2 低溫甲醇洗裝置的冷量來(lái)源

丙烯蒸發(fā)制冷（E1603/E1604/E1605/E1622/E1623/E1624/E1613），這是主要的外來(lái)冷源。

富甲醇降壓解析制冷，氣提解析制冷（T1603）屬于系統(tǒng)內(nèi)部的冷源，也是冷量的主要來(lái)源，還有部分來(lái)源于循環(huán)冷卻水（E1612，E1618）。

3 低溫甲醇洗冷損原因分析及措施

根據(jù)文獻(xiàn)[1-2]對(duì)低溫甲醇洗系統(tǒng)全局分析得出，補(bǔ)入低溫甲醇洗系統(tǒng)的冷量主要用于平衡帶入系統(tǒng)的熱量、平衡輸入系統(tǒng)的泵功率以及平衡進(jìn)出界區(qū)物料釋放的熱量三個(gè)方面，并且通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，用于平衡帶入系統(tǒng)熱量的冷量約占80.14%，用于平衡輸入系統(tǒng)泵功率的冷量約占16.33%，用于平衡進(jìn)出物料焓差的冷量約占3.53%。

3.1 系統(tǒng)的跑冷現(xiàn)象

塔、罐、換熱器等由于保溫材料的損壞造成的冷量損失；因?yàn)榕苊暗温┈F(xiàn)象，造成低溫甲醇持續(xù)排放地下槽造成的冷損。當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)跑冷現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)迅速排查跑冒滴漏原因，做相應(yīng)處理。對(duì)因排查管線而破壞的保冷材料，應(yīng)重新做保冷處理。

3.2 換熱器工況異常，換熱效率下降

由于設(shè)備泄漏導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)惡化，造成換熱器內(nèi)壁結(jié)垢（E1614，E1618），傳熱系數(shù)下降，造成冷損。針對(duì)這種情況，應(yīng)利用高壓水槍進(jìn)行清洗，如果效果不明顯，可以采用化學(xué)清洗。

3.3 冷泵加壓造成的冷損

冷泵（P1601、P1602、P1603、P1609）加壓做功，造成低溫甲醇溶液的溫升帶來(lái)的冷量損失。這部分冷量損失是不可以避免的，需通過(guò)外來(lái)冷量進(jìn)行平衡。

3.4 尾氣放空造成的冷損

T1603塔釋放出的尾氣在經(jīng)過(guò)一系列換熱回收冷量后，到達(dá)尾氣吸收塔T1606的溫度控制在28℃左右，如果尾氣分配不合理，到達(dá)尾氣洗滌塔溫度偏度，這部分的冷量隨著尾氣排放到大氣中，造成冷量損失。解決此問(wèn)題，通過(guò)調(diào)節(jié)尾氣蝶閥，合理分配尾氣冷量。

3.5 CO2解析效果差造成冷量損失

CO2解析制冷是低溫甲醇洗的主要冷源，冷區(qū)解析量的大小直接影響到冷量平衡。為提高CO2解析效果，除了盡可能降低閃蒸壓力外，要保證適當(dāng)?shù)臍馓岬獨(dú)饬俊Ｈ绻麣馓岬窟^(guò)大，將導(dǎo)致過(guò)多H2S 被氣提出，造成尾氣不合格，同時(shí)導(dǎo)致冷量從尾氣系統(tǒng)排出，造成冷量的損失和氮?dú)獾睦速M(fèi)。解決此問(wèn)題的方法是盡可能降低T1603塔的閃蒸壓力。

如果氣提氮?dú)饬窟^(guò)小，CO2不能充分解析出來(lái)，系統(tǒng)的冷量不足，同時(shí)也會(huì)將過(guò)多的CO2帶入到甲醇熱再生系統(tǒng)中，使熱再生塔T1604的負(fù)荷加大，增加熱量向系統(tǒng)的輸入，其解析熱是靠熱再生塔的再沸器供給的，這部分解析熱是不能通過(guò)換熱器抵償?shù)模瞬糠值睦鋼p要靠系統(tǒng)外的冷量補(bǔ)償，加大丙烯制冷裝置的負(fù)荷，增大能耗，所以盡可能不要造成CO2負(fù)荷后移的現(xiàn)象。解決此問(wèn)題的方法是保證適當(dāng)?shù)臍馓岬獨(dú)饬浚峁┳銐虻慕馕鐾苿?dòng)力。

3.6 丙烯制冷能力下降

丙烯制冷裝置是低溫甲醇洗外來(lái)冷量的主要來(lái)源，由于公司循環(huán)冷卻水水質(zhì)一直不是很理想，經(jīng)常造成丙烯水冷器換熱效果差，導(dǎo)致丙烯氣不能冷凝，造成丙烯壓縮機(jī)的一段入口溫度和二段出口壓力增大。特別是在炎熱的夏季，在投用噴淋水的情況下仍然不能滿足工藝需求，導(dǎo)致丙烯制冷能力下降。遇到這種情況的處理方法是檢修高壓沖洗水冷凝器列管，除去管程沉積的雜質(zhì)，提高傳熱系數(shù)，增大換熱效率。高壓查漏并堵死已漏列管。

3.7 循環(huán)甲醇中氣阻

在甲醇循環(huán)過(guò)程中，由于氣阻造成甲醇循環(huán)不暢，甲醇循環(huán)有困難，這種情況主要出現(xiàn)在管線形成倒U 彎的地方，常見(jiàn)的現(xiàn)象就是溫度倒掛。解決方法是分多次從換熱器頂端排氣，直至溫度調(diào)過(guò)來(lái)。

3.8 循環(huán)甲醇用量

如果循環(huán)甲醇量過(guò)高，雖然有利于吸收，但是也會(huì)帶來(lái)不利的因素。首先當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷一定時(shí)，系統(tǒng)所具備的冷量基本一定，甲醇循環(huán)量高，單位體積甲醇得到的冷量就少，溫度就會(huì)升高。另外循環(huán)量大，由于換熱器換熱效率的問(wèn)題，使冷量損失增大。針對(duì)這種情況，在日常操作中，在保證凈化氣凈化度的要求下，盡可能降低甲醇循環(huán)量。

系統(tǒng)負(fù)荷一定時(shí)，甲醇循環(huán)量增大，降低了CO2在甲醇中的飽和度，使得CO2在T1603塔解析量減少，大量CO2氣體被帶入到T1604塔，造成CO2負(fù)荷后移，增大熱量向系統(tǒng)的輸入，造成冷量損失。但是甲醇循環(huán)量過(guò)小，雖增大了CO2在甲醇液中的飽和度，但嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成T1601/T1602塔頂氣體中的CO2超標(biāo)，甚至總硫超標(biāo)。解決方法是投用半貧甲醇泵，在泵性能允許的情況下，盡可能增加半貧甲醇量，達(dá)到減少貧甲醇循環(huán)量的目的，同時(shí)投用半貧甲醇也可以降低系統(tǒng)能耗。

3.9 貧甲醇的質(zhì)量

貧甲醇的純度和水含量，直接影響到吸收能力。為了達(dá)到凈化氣凈化度的要求，就會(huì)加大循環(huán)量或是降低貧甲醇溫度，導(dǎo)致能耗增加。甲醇循環(huán)量的增加不僅會(huì)帶來(lái)因CO2負(fù)荷后移造成的冷損，還有因換熱器效率及冷泵功耗增大帶來(lái)的冷損，而且水含量增加，也會(huì)帶來(lái)設(shè)備的腐蝕。針對(duì)這種情況，日常操作中，不僅要保證T1604塔再生甲醇的再生度，使貧甲醇中的硫含量及氨含量在指標(biāo)范圍內(nèi)，還要嚴(yán)格控制T1605塔的溫度在合適的范圍內(nèi)，塔自上而下形成一定的溫度梯度，既要保證甲醇蒸汽中水含量低，又要保證排放的廢水合格。可以通過(guò)加大回流降低甲醇蒸汽中的水含量。

此外，貧甲醇不僅要嚴(yán)格控制純度和水含量，還必須加強(qiáng)過(guò)濾，因?yàn)楦g產(chǎn)物會(huì)沉積在換熱器上，造成換熱效率下降，冷量損失。所以腐蝕產(chǎn)物也是造成冷量損失不可忽視的因素。解決方法是可以在原有的基礎(chǔ)上增加過(guò)濾器，比如在熱再生塔底貧甲醇出口處添加甲醇過(guò)濾器，除去腐蝕產(chǎn)物。

3.10 熱再生塔壓力

在設(shè)備、工藝條件允許的情況下，盡可能降低甲醇熱再生塔再生壓力，由于操作壓力降低使得甲醇沸點(diǎn)降低，從而減少塔底再沸器低壓蒸汽的投入量，減少系統(tǒng)熱量的輸入，降低冷量損失。

3.11 H2S濃縮

在保證克勞斯氣體濃度的情況下，盡量減少酸氣返回T1603塔，因?yàn)樗嵝詺怏w返回T1603的量越多，需要系統(tǒng)補(bǔ)充的冷量越多。一般在原料煤硫含量較低時(shí)，才會(huì)采用此方法保證克勞斯氣體中的H2S 濃度。

3.12 檢修時(shí)空氣的影響

這是一個(gè)比較容易忽視的因素，甲醇溶液中有水和溶解的硫化氫，如果塔壁上附著著氫氣，氧氣都會(huì)加劇系統(tǒng)的腐蝕。空氣長(zhǎng)時(shí)間作用于塔壁，造成塔壁上致密的FeS 膜轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻难趸F膜，當(dāng)重新開(kāi)車后，隨著酸性氣體的進(jìn)入，疏松的Fe2O3膜與之反應(yīng)脫落，而且這種腐蝕產(chǎn)物顆粒非常小，且腐蝕產(chǎn)物是造成冷量損失不可忽視的因素。處理方法是在檢修前應(yīng)嚴(yán)格對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行工藝處理，不能因?yàn)榭s短時(shí)間，減少系統(tǒng)水循環(huán)后用氮?dú)鈱?duì)系統(tǒng)的干燥時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析可知，在現(xiàn)有設(shè)備、工藝條件限制下，有些冷量損失是不可避免的，比如冷泵加壓做功、尾氣放空、因循環(huán)水質(zhì)惡化造成的換熱器的換熱效率下降等因素，但是也有一些冷量損失可以避免，如循環(huán)甲醇量的控制，貧甲醇的質(zhì)量等。所以為保證低溫甲醇洗系統(tǒng)長(zhǎng)周期、低能耗穩(wěn)定的運(yùn)行，在日常操作中應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)甲醇的循環(huán)量、貧甲醇的純度及水含量、氣提氮?dú)獾牧俊胴毤状佳h(huán)比例以及加強(qiáng)丙烯制冷裝置的操作等。