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(shù)是煤化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)類型，該技術(shù)類型進行煤氣化生產(chǎn)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(yōu)勢。從技術(shù)實現(xiàn)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(huán)節(jié)以環(huán)保工作為核心，與甲醇洗工藝關(guān)系并不密切，但是會影響到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。為了進一步探討魯奇低溫甲醇洗工藝技術(shù)的操作模式與裝置改善策略，現(xiàn)就低溫甲醇洗工藝技術(shù)的基本概念與相關(guān)內(nèi)容進行分析。

1 低溫甲醇洗工藝技術(shù)概述

低溫甲醇洗工藝技術(shù)是現(xiàn)階段煤化工生產(chǎn)中普遍的應(yīng)用技術(shù)，根據(jù)工藝設(shè)備設(shè)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(chǎn)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(huán)節(jié)，兩者在原料氣的洗滌與再生循環(huán)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(tǒng)洗滌模式。林德工藝中利用富硫化氫甲醇過濾設(shè)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(chǎn)工藝具有一些特征。另外，魯奇工藝主洗塔應(yīng)用預(yù)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(huán)用料進行換熱處理，魯奇工藝則采取90℃精甲醇循環(huán)給料的模式，不需要進行循環(huán)水換熱器的專門設(shè)置。在實際應(yīng)用過程中，兩種低溫甲醇洗工藝技術(shù)在實際生產(chǎn)工藝條件差別不大，但是在冷量供應(yīng)、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(yīng)用過程中，具有投資成本低、應(yīng)用難度小等優(yōu)勢，借助于該優(yōu)勢進行技術(shù)升級能夠滿足低溫甲醇洗工藝技術(shù)基本需求，同時獲得顯著的經(jīng)濟效益。得益于近幾年煤化工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，低溫甲醇洗工藝技術(shù)不斷完善，魯奇和林德的工藝發(fā)展至今已經(jīng)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(shù)應(yīng)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(chǔ)，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(shè)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(guān)系，包括溫度、壓力以及甲醇循環(huán)流量等。在該生產(chǎn)過程中，富甲醇會經(jīng)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(shè)備給系統(tǒng)提供外來冷量以維持系統(tǒng)溫度在設(shè)計溫度范圍內(nèi)。閃蒸氣經(jīng)過循環(huán)壓縮后達到循環(huán)損耗量控制的效果，同時可以持續(xù)循環(huán)到吸收塔內(nèi)部，保持損耗量得到合理性控制。甲醇的水分分離機構(gòu)則主要用于解決甲醇循環(huán)過程中的水平衡問題。尾氣洗滌設(shè)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(huán)保要求。

在生產(chǎn)過程中，裝置低溫甲醇洗工藝技術(shù)需要滿足吸收塔脫硫、脫碳的技術(shù)要求。吸收塔從上而下被分為脫碳段、脫硫段以及預(yù)洗段，變換氣經(jīng)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(yù)洗段，脫除HCN等微量組分，預(yù)洗后甲醇離開吸收塔底去閃蒸再生。預(yù)洗后的變換氣進入吸收塔脫硫段，經(jīng)過富載CO2甲醇洗滌，脫除H2S、COS，洗滌后的富載H2S甲醇經(jīng)過閃蒸、汽提、加熱達到循環(huán)再生的效果，再生后的貧甲醇則可以經(jīng)過循環(huán)流量泵加壓處理的方式進入吸收塔當中，達到循環(huán)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(jīng)過換熱冷卻后回到吸收塔繼續(xù)吸收CO2。洗滌后的富載CO2甲醇經(jīng)過閃蒸后由循環(huán)泵加壓送回吸收塔進行主洗甲醇循環(huán)。

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(zhì)量主要操作參數(shù)。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(tǒng)內(nèi)部匹配專用丙烯制冷設(shè)備來滿足冷量的需要，通過尾氣閃蒸處理技術(shù)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(huán)溫度的因素包括丙烯冷凍系統(tǒng)、氣提氮氣流量以及甲醇循環(huán)流量等。

（2）壓力

壓力的平穩(wěn)與否直接影響到凈化氣的質(zhì)量、系統(tǒng)的熱（冷）平衡和物料平衡，甚至威脅到裝置的安全生產(chǎn)。在操作中壓力不能作為日常調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的手段，應(yīng)保持恒定為好。在對塔壓進行調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)，使操作平穩(wěn)，當需要借助塔頂容器的排氣閥來調(diào)節(jié)塔壓時要緩慢進行，不要猛開猛關(guān)，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(tǒng)物料平衡操作的集中表現(xiàn)，各塔液位的高低將不同程度地影響產(chǎn)品質(zhì)量及操作平衡及甲醇泵運轉(zhuǎn)，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(guān)系到甲醇的吸收能力、產(chǎn)品氣的質(zhì)量以及設(shè)備腐蝕等問題，所以貧甲醇的再生效果在實際生產(chǎn)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(chǎn)控制的重要技術(shù)指標，該指標影響系統(tǒng)生產(chǎn)的多個環(huán)節(jié)。一般來說，魯奇低溫甲醇洗工藝過程中要求系統(tǒng)的含水量控制在1%以內(nèi)。一旦出現(xiàn)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(gòu)成腐蝕環(huán)境，對設(shè)備造成嚴重的腐蝕影響。為了保證甲醇的再生質(zhì)量，熱再生系統(tǒng)的壓力、溫度、頂回流需根據(jù)裝置負荷以及樣品分析數(shù)據(jù)及時調(diào)整，同時利用甲醇水分離塔實現(xiàn)水分離控制，做好溶液系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)中的累積，過多的NH3累積將導(dǎo)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(dǎo)致凈化氣質(zhì)量不合格。熱再生塔頂氣相系統(tǒng)中高濃度的氨還會堵塞冷換設(shè)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(yīng)低于20mg/L，出工段的克勞斯酸性氣中硫化氫含量應(yīng)該不低于30%。結(jié)合目前的工況，雖然低溫甲醇洗能基本滿足生產(chǎn)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(dǎo)致甲醇損耗量大等問題，所以如何優(yōu)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(jié)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(chǎn)的實際需求，通過技術(shù)工藝對比，該生產(chǎn)模式在工藝穩(wěn)定性、投資回報比率方面都具有不錯的優(yōu)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(yīng)用效果與整體效益，為促進行業(yè)穩(wěn)定高速發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。