低溫甲醇洗技術(shù)在16 萬(wàn)噸/年煤制油裝置中的應(yīng)用

齊亞平，張培忠，于化龍

（內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

低溫甲醇洗（Rectisol）工藝是20 世紀(jì)50年代初由德國(guó)林德（Linde）公司和魯奇（Lurgi）公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種用于高濃度酸性氣體的凈化工藝。與聚乙二醇二甲醚法（Selexol）、N-甲基吡咯烷酮法（Purisol）等酸性氣物理吸收工藝相比，采用低溫甲醇洗工藝具有氣體凈化度高、選擇性好，并且可濃縮H2S 氣體做為克勞斯（Claus）硫回收原料氣同時(shí)副產(chǎn)高純度CO2氣體等特點(diǎn)[1-2]。1953年，在南非Sasol 建成第一個(gè)用于處理魯奇（Lurgi）加壓氣化制煤氣的工業(yè)規(guī)模示范裝置。20 世紀(jì)70年代末，我國(guó)引進(jìn)了三套由林德（Linde）設(shè)計(jì)的低溫甲醇洗裝置。隨著工藝的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，低溫甲醇洗工藝被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外合成氨、城市煤氣、工業(yè)制氫、甲醇合成、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制油等氣體凈化裝置中[3-4]。隨著我國(guó)現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，低溫甲醇洗工藝裝置逐漸向大型化、節(jié)約化，環(huán)境友好型發(fā)展，成為現(xiàn)代新型煤化工特別是大型煤化工裝置的首選凈化工藝。

內(nèi)蒙古伊泰煤制油有限責(zé)任公司16 萬(wàn)噸/年煤間接液化示范項(xiàng)目于2006年5月開(kāi)工建設(shè)，2009年3月20日首次投料試車成功，打通了全部流程，2009年3月27 日順利產(chǎn)出我國(guó)煤間接液化工業(yè)化第一桶合格成品油。主要工藝過(guò)程為：以煤為原料，水煤漿加壓氣化產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)中溫耐硫變換單元部分變換，調(diào)節(jié)H2/CO比后，經(jīng)低溫甲醇洗裝置脫除酸性氣后，送至油品合成單元合成油品。至今，通過(guò)多次工藝優(yōu)化和調(diào)整，已達(dá)到滿負(fù)荷、長(zhǎng)周期、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。低溫甲醇洗裝置在煤間接液化示范裝置中起著至關(guān)重要的作用，其對(duì)合成氣凈化程度的高低以及其運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接影響油品合成單元的正常生產(chǎn)和催化劑的使用壽命。幾年來(lái)，對(duì)低溫甲醇洗工藝進(jìn)行了若干次技術(shù)優(yōu)化，達(dá)到了良好的效果，完全滿足煤間接液化對(duì)凈化合成氣的要求。

1 低溫甲醇洗工藝流程簡(jiǎn)介

伊泰16 萬(wàn)噸/年煤制油低溫甲醇洗工藝流程見(jiàn)圖1。

1.1 原料氣的預(yù)冷

變換氣基本參數(shù)如下：流量178000m3/h，溫度40℃，壓力3.5MPa（A）；組成為28.36%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）CO2和0.034%H2S。

來(lái)自變換單元的變換氣，經(jīng)過(guò)原料氣/凈化氣換熱、原料氣深冷氣，將原料氣冷卻至10℃左右進(jìn)入氨洗滌塔以降低NH3和HCN 含量，原料氣出氨洗滌塔塔頂與循環(huán)氣混合后，噴入由CO2吸收塔進(jìn)料泵來(lái)的小流量甲醇液體防止水低溫結(jié)冰。最后，原料氣經(jīng)終冷換熱器進(jìn)一步冷卻，通過(guò)氣液分離器，分離后的氣體（-21.0℃，3.43MPa）進(jìn)入H2S吸收塔底部預(yù)洗段。

1.2 原料氣H2S/CO2 吸收

原料氣進(jìn)入H2S 吸收塔下部預(yù)洗段，在此微量的組分如NH3和HCN 等被一股來(lái)自H2S 吸收塔進(jìn)料冷卻器的小流量-50℃過(guò)冷富甲醇液洗滌。預(yù)洗甲醇通過(guò)H2S 吸收塔塔底液位閥控制離開(kāi)，進(jìn)入預(yù)洗甲醇閃蒸加熱器換熱后溫度升至10℃，在預(yù)洗閃蒸罐閃蒸再生。

經(jīng)過(guò)預(yù)洗的氣體通過(guò)升氣管進(jìn)入H2S 吸收塔上部主洗段。來(lái)自CO2吸收塔塔底的CO2飽和甲醇在H2S 吸收塔主洗段洗滌H2S 和COS。來(lái)自CO2吸收塔塔底的部分富CO2甲醇溶液經(jīng)過(guò)H2S 吸收塔進(jìn)料冷卻器換熱至-50℃，通過(guò)正比于原料氣流量的流量比例控制加入至H2S 吸收塔的頂部。富H2S 甲醇溶液通過(guò)液位閥控制離開(kāi)H2S 吸收塔主洗段集液槽，送至中壓閃蒸塔閃蒸再生?？偭蚝康陀?0μL/L 脫硫氣體離開(kāi)H2S 吸收塔塔頂進(jìn)入CO2吸收塔下部的CO2洗滌冷卻段。

CO2吸收塔中，氣體吸收采用再吸收塔來(lái)的閃蒸再生的-53℃冷甲醇作為主洗甲醇，熱再生塔來(lái)的熱再生的-48.6℃冷甲醇作為精洗甲醇。精洗甲醇通過(guò)正比于氣體流量的流量比例控制加入至CO2吸收塔塔頂。

CO2吸收塔塔頂凈化氣（CO2≤0.064%，H2S +COS≤10μL/L）在原料氣終冷換熱器和原料氣/凈化氣換熱器復(fù)熱，回收冷量后凈化產(chǎn)品氣[30℃，3.3MPa（A）]送出界區(qū)。酸性氣脫除主要工藝指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1 伊泰16 萬(wàn)噸/年煤制油低溫甲醇洗工藝流程簡(jiǎn)圖

表1 酸性氣脫除主要工藝指標(biāo)

2 低溫甲醇洗裝置運(yùn)行情況

2.1 基本情況

16 萬(wàn)噸/年煤間接液化示范項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置于2009年3月底試車成功，達(dá)到50%負(fù)荷，2009年12月，達(dá)到100%負(fù)荷。從2011年7月開(kāi)始至今一直以105%以上的高負(fù)荷運(yùn)行，平均日產(chǎn)各類油品500 噸。

2.2 存在問(wèn)題

（1）再吸收塔在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：再吸收塔二段甲醇進(jìn)料口和CO2產(chǎn)品氣出口幾乎在同一標(biāo)高。這樣，在實(shí)際生產(chǎn)中，高速流動(dòng)的CO2會(huì)夾帶著大量的甲醇來(lái)不及破沫沉降，并且超過(guò)了氣相出口除沫器能力，造成大量的甲醇消耗，影響裝置的正常生產(chǎn)；再吸收塔三段設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題：甲醇進(jìn)料口和尾氣放空口的凈高度為250mm。在生產(chǎn)負(fù)荷100%時(shí)，塔板的液層厚度約100～250mm，加上泡沫層高度，實(shí)際操作中已經(jīng)十分接近氣相出口的下沿，會(huì)存在嚴(yán)重的氣液夾帶現(xiàn)象，造成甲醇消耗增加，甚至影響裝置的正常運(yùn)行。

（2）原工藝流程中，變換氣經(jīng)洗氨塔后直接進(jìn)入H2S 吸收塔，這樣變換氣會(huì)夾帶大量水汽進(jìn)入甲醇循環(huán)系統(tǒng)，從而引起貧甲醇中水含量增加，影響對(duì)H2S 和CO2的吸收，同時(shí)增加冷量的消耗。

（3）2014年4月，在日常分析數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)貧甲醇中NH3含量增大。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的分析排除，找到了貧甲醇中NH3含量超標(biāo)的原因，是低溫甲醇洗裝置中氨過(guò)冷器發(fā)生泄漏，造成甲醇循環(huán)系統(tǒng)NH3含量增高，因氨過(guò)冷器沒(méi)有副線，無(wú)法切出在線檢修消漏。

3 技術(shù)改進(jìn)措施及效果

3.1 再吸收塔改造

在再吸收塔二段原CO2氣出口的百葉窗前增設(shè)遮擋板，改變氣體的流向。同時(shí)，避免高速流動(dòng)CO2氣體直接進(jìn)入百葉窗，進(jìn)而防止帶走更多的 甲醇。

將再吸收塔三段中第93 塊至第89 塊塔板去掉，每塊塔板的板間距為430mm，增加2150mm的空間；將尾氣洗滌甲醇的分布器分別通過(guò)第93 塊至第89 塊塔板引至第88 塊塔盤上，在第93 塊塔板橫梁上新增絲網(wǎng)除沫器，尾氣出口原有除沫器 保留。

對(duì)再吸收塔進(jìn)行了技術(shù)改造和優(yōu)化，每噸油甲醇消耗控制在6.06kg，即1.12kg/m3（凈化氣）遠(yuǎn)低于同類型低溫甲醇洗裝置甲醇消耗量1.19kg/m3（凈化氣）[6]的指標(biāo)。

3.2 降低甲醇循環(huán)中水含量改造

在洗氨塔和H2S 吸收塔之間，增設(shè)氣液分離器，并將氣液分離器分離下的溶液引至熱再生塔回流罐，由熱再生回流泵打到熱再生塔頂部，流經(jīng)塔盤后在熱再生塔底部通過(guò)再沸器實(shí)現(xiàn)甲醇中水的濃縮，再生塔底部的液體送到精餾塔進(jìn)行甲醇/水的精餾，脫除部分水分。為了進(jìn)一步降低貧甲醇中水含量，減少甲醇循環(huán)量，減少冷量損失，又進(jìn)行了第二次改造，將甲醇水分離器分離下的溶液直接引至甲醇水分離塔，進(jìn)行處理。通過(guò)技術(shù)改造，有效防止了低溫甲醇洗系統(tǒng)中的水含量長(zhǎng)時(shí)間超標(biāo)。從而避免了設(shè)備腐蝕。同時(shí)也降低了熱再生塔的熱量 消耗。

3.3 氨過(guò)冷器和再冷卻器加副線

在2014年的大檢修中，對(duì)低溫甲醇洗裝置中氨過(guò)冷器和再冷卻器增加了副線，以便在氨過(guò)冷器和再冷卻器發(fā)生泄漏時(shí)，可在線隔離檢修，避免引起甲醇循環(huán)系統(tǒng)中NH3含量超標(biāo)甚至發(fā)生NH3結(jié)晶，從而引起非計(jì)劃停車。檢修后系統(tǒng)貧甲醇中NH3含量恢復(fù)到小于30mg/L 的水平。

4 煤間接液化低溫甲醇洗的技術(shù)特點(diǎn)

4.1 甲醇消耗低

甲醇有很強(qiáng)的吸收能力，這就意味的甲醇循環(huán)量和再生量較少。甲醇對(duì)H2S、CO2等酸性氣體有很強(qiáng)的吸收能力，而對(duì)N2、CO 及CH4等氣體的吸收能力較小，如表2 所示。相比于合成氨裝置，要求凈化氣中的CO2濃度小于20～30μL/L；煤制油裝置中低溫甲醇洗裝置凈化后的合成氣是用于油品合成，凈化氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)保證值只要小于1%即可，因而本低溫甲醇洗裝置，可用較小的貧甲醇流量即可達(dá)到CO2吸收要求。

表2 氣體在-40℃甲醇中的相對(duì)溶解度[5]

同時(shí)對(duì)再吸收塔進(jìn)行了技術(shù)改造和優(yōu)化，甲醇消耗控制在6.06kg/t 油，即1.13kg/m3（標(biāo)況下，凈化氣）遠(yuǎn)低于同類低溫甲醇洗甲醇消耗1.19kg/m3（標(biāo)況下，凈化氣）[6]指標(biāo)。

4.2 甲醇循環(huán)系統(tǒng)中水含量低

甲醇循環(huán)系統(tǒng)中貧甲醇中的水含量由改造前1%左右，降到改造后小于0.5%，極大地降低了甲醇循環(huán)系統(tǒng)中的水含量，進(jìn)而減少了冷量消耗，降低了低溫甲醇洗系統(tǒng)中的甲醇循環(huán)量。

4.3 蒸汽消耗低

甲醇的沸點(diǎn)溫度為64.7℃，甲醇再生消耗的熱量少，同時(shí)本低溫甲醇洗裝置采用熱變換氣作為熱再生再沸熱源，從而極大地減少低壓蒸汽的用量，只在開(kāi)停車過(guò)程中使用低壓蒸汽，從而進(jìn)一步減少了低壓蒸汽的用量。在正常工況下，節(jié)省低壓蒸汽用量7585kg/h，年節(jié)約蒸汽用量60680t，按30 元/t計(jì)，每年節(jié)省運(yùn)行成本182 萬(wàn)元。

5 結(jié) 語(yǔ)

低溫甲醇洗技術(shù)作為大型新型煤化工項(xiàng)目首選 的酸性氣脫除技術(shù)，在伊泰16 萬(wàn)噸/年煤制油示范項(xiàng)目已經(jīng)歷5年多的運(yùn)行，雖然存在一些問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化后達(dá)到了較好的效果，即：甲醇消耗控制在1.13kg/m3（凈化氣）；甲醇循環(huán)系統(tǒng)中的水含量降低至0.5%以下；用變換氣代替低壓蒸汽每年節(jié)約蒸汽用量60680t。實(shí)踐證明低溫甲醇洗技術(shù)是可以滿足油品合成需要的，其在煤間接液化示范裝置中應(yīng)用是成功的，為未來(lái)大規(guī)模煤間接液化項(xiàng)目的建設(shè)積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、提供了有力的技術(shù)保證和支持。

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