低溫甲醇洗冷量消耗全局分析及優(yōu)化措施

松建寶

摘 要：文章介紹了低溫甲醇洗的工藝原理和流程，對(duì)低溫甲醇洗系統(tǒng)的冷量來(lái)源與損耗進(jìn)行說(shuō)明，并簡(jiǎn)要介紹了平衡冷量的方法。針對(duì)裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的冷量不平衡問(wèn)題并且導(dǎo)致凈化氣不合格問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，并對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到冷量的充分利用。

關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗;冷量消耗;優(yōu)化

1 低溫甲醇洗及具體工程概述

在煤化工領(lǐng)域，無(wú)論是煤的直接液化、間接液化，還是煤氣化制取化工產(chǎn)品的工藝裝置中，大多都要有氣體凈化工藝，而低溫甲醇洗工藝無(wú)疑是目前最具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力、成熟的氣體凈化技術(shù)。

低溫甲醇洗工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體（CO2、H2S、COS等）溶解度極大的優(yōu)良特性，脫除原料氣中的酸性氣體，是一種物理吸收法。低溫甲醇洗工藝是目前國(guó)內(nèi)外所公認(rèn)的最為經(jīng)濟(jì)且凈化度高的氣體凈化技術(shù)，具有其他脫硫、脫碳技術(shù)不能取代的特點(diǎn)，如：凈化氣質(zhì)量好，凈化度高，溶劑不氧化、不降解，有很好的化學(xué)熱穩(wěn)定性，溶劑不起泡，能耗低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，但甲醇有毒，對(duì)操作和維修要求嚴(yán)格，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠等。

某化工公司低溫甲醇洗工段采用林德七塔流程工藝，可分為兩個(gè)大區(qū)，即冷區(qū)和熱區(qū)。冷區(qū)由甲醇洗滌塔T1601，中壓閃蒸罐D(zhuǎn)1602、D1603，二氧化碳閃蒸塔T1602，硫化氫濃縮塔T1603，進(jìn)一步汽提CO2塔T1606組成;熱區(qū)由甲醇熱再生塔T1604，甲醇/水分離塔T1605，尾氣洗滌塔T1607組成。甲醇洗滌塔T1601分為上塔和下塔，上塔上段吸收CO2，使出塔頂?shù)膬艋瘹庵蠧O2體積分?jǐn)?shù)在2.75%～4.5%左右，總硫體積分?jǐn)?shù)在0.1ppm以下。來(lái)自甲醇貧液泵的380t/h貧甲醇依次經(jīng)過(guò)換熱冷卻，溫度降至-52℃，進(jìn)入T1601上塔。吸收CO2后的甲醇溶液溫度升高，當(dāng)T1601上塔上段甲醇溶液溫度升高到-17.6℃后抽出，在循環(huán)甲醇冷卻器E1606中被來(lái)自硫化氫濃縮塔T1603上塔底部經(jīng)E1608A～C中的冷甲醇冷卻到-38℃后，送回T1601上塔中段，再次吸收二氧化碳。當(dāng)富甲醇溫度升到-17.4℃后，再次從T1601上塔中段底部抽出，先經(jīng)丙烯冷卻器E1605，與來(lái)自冷凍工段的液態(tài)丙烯換熱至-19℃，然后進(jìn)入E1606換熱器中被冷卻到-38℃后，送回T1601上塔下段。這2次抽出冷卻的目的就是將吸收劑甲醇的溫度冷卻到最佳吸收溫度，以保證充分吸收。

T1601上塔下段底部富二氧化碳甲醇液溫度為-16.4℃，這股溶液分2部分，一部分經(jīng)甲醇換熱器E1607和丙烯冷卻器E1604換熱，溫度降至-34℃后，去循環(huán)氣閃蒸罐D(zhuǎn)1602;另一部分進(jìn)入T1601下塔底部，吸收硫化氫和二氧化碳。T1601下塔主要用來(lái)脫硫（硫化氫和二氧化碳），從下塔底部出來(lái)的富含硫化氫甲醇溶液，被來(lái)自尾氣換熱器換熱，從-16℃冷卻到-20℃，再經(jīng)甲醇換熱器換熱，冷卻到-23℃后，再與凈化氣換熱器中換熱，溫度降至-34℃，進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐D(zhuǎn)1603。中壓閃蒸氣進(jìn)入循環(huán)氣壓縮機(jī)C1601壓縮到5.6MPa（A）后，經(jīng)水冷器冷卻到35℃，送入原料氣冷卻器前的進(jìn)氣管，以回收利用氫氣和一氧化碳。

2 冷量平衡

2.1 系統(tǒng)冷量的來(lái)源

①水冷器：甲醇水冷卻器、克勞斯氣冷卻器和循環(huán)氣壓縮機(jī)水冷器，都是以循環(huán)水為介質(zhì)降低甲醇、酸性氣體和循環(huán)氣溫度以及動(dòng)設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)的熱量，是系統(tǒng)冷量的來(lái)源之一;②丙烯冷卻器：丙烯冷卻器是通過(guò)丙烯蒸發(fā)制冷，來(lái)降低循環(huán)甲醇的溫度，是低溫甲醇洗冷量的重要來(lái)源之一，其中冰機(jī)對(duì)它的控制起至關(guān)重要的作用;③解析塔（中壓閃蒸罐、二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔、進(jìn)一步汽提CO2塔）降壓閃蒸和氣提：甲醇經(jīng)洗滌原料氣中的酸性氣后，進(jìn)入各種解析塔閃蒸、氣提和熱再生塔再生利用。降壓閃蒸和氣提會(huì)將甲醇中的冷量釋放，因此降壓閃蒸過(guò)程所釋放冷量是低溫甲醇洗冷量的另一個(gè)主要來(lái)源。

2.2 冷量的損耗和平衡

低溫甲醇洗裝置的冷量損失主要在：①換熱器的換熱效果不佳，冷熱交換不充分，冷量回收率降低;②系統(tǒng)保冷效果差，跑冷現(xiàn)象較大;另外現(xiàn)場(chǎng)的跑冒滴漏等，也造成了冷量的損失;③動(dòng)設(shè)備運(yùn)行生熱，也會(huì)消耗系統(tǒng)的冷量;④出裝置區(qū)的CO2產(chǎn)品氣和放空尾氣，也會(huì)夾帶部分冷量被送出，造成的冷量損失。

冷量平衡的方法有：①降低解析裝置（中壓閃蒸罐、二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔、進(jìn)一步汽提CO2塔）的壓力，使有效氣氫氣和一氧化碳以及CO2產(chǎn)品氣最大限度地被解析出來(lái)，增強(qiáng)閃蒸制冷效果，增加系統(tǒng)冷量;②增加氣提氮?dú)獾牧髁?，使富硫化氫甲醇中的CO2，被氣提，降低再生甲醇所含的熱量，減少冷量消耗;③適當(dāng)增加丙烯壓縮機(jī)的負(fù)荷，降低丙烯的蒸發(fā)壓力，提高丙烯冷卻器的制冷效果，增加丙烯閃蒸量，為系統(tǒng)帶來(lái)更多的冷量;④設(shè)法降低貧富甲醇換熱器冷端溫度，增強(qiáng)貧富甲醇換熱器的換熱效果;⑤提高貧甲醇的純度;⑥加強(qiáng)操作，合理調(diào)節(jié)甲醇循環(huán)量。

3 裝置優(yōu)化及效果

3.1 裝置存在的問(wèn)題

冷耗大小是衡量低溫甲醇洗裝置能耗的重要指標(biāo)。隨著裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行，較大的冷量損失引發(fā)許多問(wèn)題，若不能提供足夠的冷量就會(huì)影響甲醇的吸收能力，達(dá)不到氣體所要求的凈化度，嚴(yán)重影響著低溫甲醇洗的運(yùn)行效果。現(xiàn)裝置存在的問(wèn)題有：①吸收塔出口凈化氣總硫含量超標(biāo);②水冷器換熱效果差;③尾氣帶冷較大;④冰機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，能耗較大;⑤甲醇循環(huán)量大;⑥貧富甲醇換熱器換熱能力低，冷端溫度較高（如表1所示）。

由上表可知，換熱器冷端溫度較設(shè)計(jì)值偏差較大，冷端實(shí)際溫差14.8℃而設(shè)計(jì)溫差僅為8.8℃，說(shuō)明換熱器的換熱效果差，并且整個(gè)系統(tǒng)的冷量損失也比較大。這也是直接導(dǎo)致入吸收塔的貧甲醇溫度偏高，使得吸收塔出口凈化氣S含量超標(biāo)的原因。

3.2 裝置優(yōu)化方案

為提高裝置的運(yùn)行效果，解決現(xiàn)有問(wèn)題，保證工藝氣指標(biāo)正常的同時(shí)，優(yōu)化工藝操作以增加系統(tǒng)冷量。具體措施如下：①加大水冷器的循環(huán)水量，降低酸性氣體和克勞斯氣體的溫度，帶走系統(tǒng)中的熱量;②適當(dāng)提高氣提氮?dú)饬縼?lái)提供足夠的解吸推力，使二氧化碳完全解析，降低再生塔負(fù)荷和循環(huán)甲醇的溫度;③降低中壓閃蒸罐和二氧化碳閃蒸塔的壓力，使循環(huán)氣和二氧化碳從甲醇中全部解析，將系統(tǒng)中隱藏的冷量完全釋放出來(lái)。經(jīng)過(guò)操作優(yōu)化，在丙烯壓縮機(jī)正常負(fù)荷下，系統(tǒng)冷量平衡效果明顯，但仍未達(dá)到期望效果。我們又采取增加一組列管式貧富甲醇換熱器的方法來(lái)提高換熱效率進(jìn)行工藝優(yōu)化。裝置優(yōu)化后，我們對(duì)相關(guān)溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行跟蹤對(duì)比，對(duì)比見(jiàn)表2。

經(jīng)過(guò)裝置的進(jìn)一步優(yōu)化，貧富甲醇換熱器冷端貧甲醇溫度由-26℃降低至-32.1℃，冷端溫差由14.8℃降至10.9℃，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

低溫甲醇洗裝置通過(guò)操作優(yōu)化、丙烯壓縮機(jī)調(diào)整負(fù)荷和新增貧富甲醇換熱器的技改方法，使入吸收塔的貧甲醇溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值，降低了甲醇循環(huán)量，保證了吸收塔出口凈化氣合格，尾氣帶冷現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，間接為公司節(jié)約了運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)：

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