論如何降低低溫甲醇洗裝置甲醇損耗

陳晨，袁野(國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014000)

0 引言

當下化工企業日漸發展，低溫甲醇洗工藝日漸成熟，工藝和技術的進步給化工企業創造了巨大的效益。但在工業標準日漸提升的同時，很多化工企業的低溫甲醇洗工藝暴露出一定弊端，在未來仍有巨大的發展空間。尤其是部分化工企業的低溫甲醇洗裝置運行中，由于各種因素造成的甲醇損耗，難以保持裝置的可靠運轉，增大企業的發展壓力。因此，未來的發展中，化工企業要結合低溫甲醇洗裝置甲醇損耗的現狀，采取有針對性的改進和優化策略。

1 工藝概述

以某化工企業的煤制氫裝置低溫甲醇洗工藝裝置分析，在此裝置的運行過程中，變換工序有變換氣和未變換氣兩股原料氣，這兩種原料氣在運行時，進入了低溫甲醇洗裝置洗滌塔來進入了洗氣環節。伴隨著工藝流程的實施，變換氣中的硫化物在洗滌塔的下塔部位脫除，變換氣內的CO2在洗滌塔上塔脫除，也就可以滿足相應的工藝要求。吸收液在經由中、低壓解吸并氣提以后，也就得到了尾氣，尾氣回收冷量經由水洗回收甲醇后放空，吸收液在熱再生塔內實現再生循環，可實現對H2S含量在30%以上酸性氣體的回收，且在其回收后將其送入硫回收裝置中。在該工藝流程執行中，出界區各項物料中甲醇含量如表1所示。

表1 出界區各項物料中甲醇含量

2 影響甲醇損耗的原因

2.1 凈化氣夾帶

在該化工企業的低溫甲醇洗裝置運行過程中，因為其工藝流程的特殊性，當凈化氣出塔時，溫度和壓力對甲醇飽和蒸汽壓的干擾非常大。如果保持其他生產要素和條件不變，甲醇蒸汽壓是溫度參數的函數，當凈化氣的溫度變高 ，也就意味著此時的甲醇蒸汽壓也相對較大，凈化氣中夾帶的甲醇量也相對偏高，如果長時間維持這種情況，對低溫甲醇洗裝置造成的甲醇損耗將異常嚴重[1]。

2.2 尾氣、CO2夾帶

在此裝置的運行過程中，根據其運行經驗，當裝置處于100%負荷運行條件下，此時的尾氣、CO2排放量分別為96 000 m3/h、34 000 m3/h，總體的氣量排放偏大，超出了正常限值，過大的排氣量使得在排放的同時也夾帶有大量的飽和甲醇蒸汽，引起裝置中的甲醇損耗，尤其是在當低溫甲醇洗裝置的運行工況不穩時，尾氣和CO2的夾帶將更為嚴重。

2.3 酸性氣夾帶

為保持該裝置正常的工藝流程實施，此裝置熱再生塔中所形成的酸性氣一般要率先進行冷卻處理。冷卻處理時，酸性氣溫度應在-32 ℃以下，在達到氣液的完全分離以后，再復熱到常溫條件將其送回到硫回收裝置。如果裝置運行中，酸性氣的冷卻溫度達不到相應的標準，如冷卻溫度不夠低、氣液分離罐液位過高除沫器損壞的情況，就會出現甲醇的過度損耗[2]。此外，該裝置進料氣中的NH3在甲醇內長期積累，對洗滌塔的洗氣、循環甲醇再生等流程造成了一定的干擾。針對這種情況，在裝置運行的過程中，往往要不定期進行酸性氣的排放，以有效排出其中的NH3。因為這一排放工作是在冷卻處理之前進行的，在排放時酸性氣溫度高，就會攜帶更多的甲醇。

2.4 外排廢水殘留甲醇

在低溫甲醇洗裝置的運行中，甲醇水分離塔的容積偏小，結合對裝置運行中的相關數據分析，發現再沸器加熱蒸汽為1.1 MPa左右.當裝置運行出現了工況不穩定的情況時，塔釜液位和溫度也將同步出現巨大的變化，裝置操作和運行難以保持在穩定條件，使甲醇水的分離效果不佳，塔底外排廢水中也存在著一定的甲醇殘留。

3 低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的控制

3.1 對設備加以改進和優化

根據低溫甲醇洗裝置中的甲醇損耗情況，發現出界區氣相中的甲醇夾帶，是引起損耗的重要原因。針對這一問題，就需要盡可能減少氣液夾帶的情況。可在裝置中的CO2吸收塔安裝旋流板和絲網除沫器，并確保凈化氣出口與塔板之間的氣液分離空間足夠，減少氣液夾帶，將氣相中的甲醇含量控制在正常標準內。對于低溫甲醇洗裝置，其塔頂氣液分離的空間過小時，氣相就會處于高速流動的狀態，甲醇夾帶則難以避免。這些夾帶的甲醇無法在極短的時間內完成破沫沉降，若超出了氣相絲網除沫器除沫能力，甲醇損耗嚴重。一旦裝置處于高負荷的運行條件，甲醇夾帶現象將明顯增強。國內的一些化工企業，其低溫甲醇洗裝置在開車以后，凈化氣的甲醇夾帶問題突出，在保持塔筒體結構不變的情況下，通過在塔頂進行旋流板的安裝，可有效實現對甲醇損耗的控制[3]。當然，在條件允許的情況下，也可以在凈化氣出界區之前安裝1個氣液分離器，利用分離罐液位判定塔內氣液兩相分離情況、有無氣液夾帶情況。

3.2 設置尾氣水洗塔

為有效實現對低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的控制，可以回收氣相中的微量甲醇。在裝置運行的過程中，若尾氣中的甲醇含量超出正常標準，就可以在低溫甲醇洗單元中設置1個尾氣水洗塔。在相應的裝置內設置一個φ3 200 mm×15 000 mm、內設4 m高規整填料或16塊塔板的水洗塔。根據調查，該設備的投資大約在140萬元左右，在水洗滌尾氣夾帶甲醇的處理和控制中十分有效。實際運行時，洗滌液是甲醇水分離塔的進料，也就可以使得尾氣中的甲醇摩爾分數大大降低，實現對甲醇的有效回收。

3.3 設置污甲醇收集系統

低溫甲醇洗裝置的運行中，對于低溫甲醇洗單元系統而言，甲醇溶液是其中的關鍵性介質。在裝置的運行過程中，應科學控制甲醇損耗，避免甲醇過度損耗引起環境污染等問題，可將生產系統管路各點的低點導淋、設備反洗和故障檢修時設備、部分管路中的甲醇溶液統一排放，并將這些部位的甲醇溶液統一排放到地下污甲醇罐內。隨后經由對甲醇含水量的具體情況分析，利用污甲醇泵將這些甲醇溶液送熱再生塔或者甲醇水分離塔內實現進一步的處理，回收溶液中的甲醇[4]。

3.4 加強工藝路線的優化

工藝路線的優化同樣是低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗控制的有效策略，在該化工企業的甲醇洗工藝下，如果進行相應的工藝調整，凈化氣中總的硫摩爾分數、CO2體積都可進一步提升，但如果要實現高效生產，在工藝優化的過程中，還需在原有基礎上進行深入的工藝優化，以脫除CO、Ar等各種殘余組分。在低溫甲醇洗裝置運行時，后續工藝中采用是液氮洗或者深冷分離工藝，凈化氣中CO+CO2的體積分數顯著下降，配氮過程在正常實施的同時，也可對凈化氣中的微量甲醇加以回收，使得甲醇損耗總量得以減少[5]。凈化氣在進入該裝置以后，首先進入分子篩，而分子篩的特殊功能使得其中的微量CO2和CH3OH會被其所吸附，分子篩再生時，這些前期所吸附的CO2和CH3OH會隨著再生氮氣進入到甲醇洗單元中，作為氣提氮進入氣提CO2解吸塔。這種工藝路線設計下，甲醇節約效果明顯。

3.5 降低原料氣中的氨含量

低溫甲醇洗裝置的運行中，原料氣中往往會伴隨著很多的微量元素存在，如NH3、HCN、Ar等，如果在工藝的運行過程中NH3過度積累，為保持正常的生產作業，裝置就需要定期進行甲醇排放，以平衡微量元素的含量。雖然適量的NH3能夠使得系統的pH值保持在7～8之間，使酸性氣的吸收更有效，實現設備防腐，但系統中NH3的過度積累也會生成新的物質，尤其是在積累超出正常限值的情況下，生成的新產物勢必會引起管道、換熱器的嚴重堵塞，甲醇循環量增多。但如果在裝置運行時原料氣的NH3摩爾分數為40×10-6，為了有效在生產的過程中控制系統熱再生塔回流甲醇、熱再生甲醇里的NH3含量，就需要從熱再生塔塔頂回流的甲醇中進行適當的甲醇排放，以降低NH3含量，將這一含量指標控制在正常范圍內。根據實際的甲醇控制經驗，當在這一裝置下，每2～4周開展1次的排放任務，且每次的排放量保持在5 ～10 m3時，每年的甲醇損耗量將達到100 t，這部分甲醇可作為燃料被回收利用，從經濟性的角度來分析，對這部分甲醇損耗的控制應降低原料氣中的氨含量，將生成的氨在進入系統之前就移走。

4 結語

低溫甲醇洗裝置在運行的過程中，面臨的一個突出問題就是其甲醇損耗嚴重，為有效實現對裝置甲醇損耗的控制，應從引起甲醇損耗的原因出發，采取相應的優化和改進措施，提升低溫甲醇洗裝置的運行效率和效益。