兩種低溫甲醇洗工藝及操作對比

夏祖虎

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

低溫甲醇洗工藝?yán)肏2、H2S、COS 和CO2等氣體在低溫甲醇中溶解度不同的特點(diǎn)來進(jìn)行凈化，國內(nèi)外煤化工裝置廣泛運(yùn)用的有魯奇工藝及林德工藝。兩種工藝技術(shù)有著氣體凈化度高，選擇性好，溶劑損耗低等共同點(diǎn)，工藝流程及換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上略有不同，其操作及調(diào)整也相應(yīng)存有差異[1]。

1 工藝原理

低溫甲醇洗利用H2、H2S、COS 和CO2等氣體在低溫甲醇中溶解度的不同，用低溫甲醇來吸收脫除變換氣中的酸性氣(H2S、CO2和COS 等),從而得到凈化氣，凈化氣中CO2含量低于20ppm(v/v)，總S 含量低于0.1ppm(v/v)。低溫甲醇洗原料氣與粗氫氣組成對比如表1。

表1 低溫甲醇洗原料氣與粗氫氣體積組成對比

2 工藝流程區(qū)別

魯奇及林德低溫甲醇洗主工藝流程類似，但在細(xì)節(jié)流程設(shè)計上各具特點(diǎn)。

(1)原料氣冷卻。魯奇工藝原料氣冷卻流程為：常溫的變換氣經(jīng)氨洗塔脫氨后經(jīng)一級冷卻至15℃左右，送至原料氣分液罐，液相凝液出裝置，氣相與噴淋甲醇混合經(jīng)二級冷卻至-7℃去到吸收塔。林德工藝原料氣冷卻流程為：常溫的變換氣經(jīng)氨洗塔脫氨后與噴淋甲醇混合經(jīng)冷卻至-10℃去到原料氣分液罐，液相經(jīng)換熱器復(fù)熱后去到甲醇水分離塔，氣相去到吸收塔。

(2)中壓閃蒸。魯奇工藝中無硫甲醇及含硫甲醇分別去到中壓閃蒸塔上塔及下塔，上塔與下塔的閃蒸氣經(jīng)再吸收塔底來的富H2S 甲醇吸收CO2后送至閃蒸氣壓縮機(jī)入口，經(jīng)壓縮后返回至原料氣二級冷卻器前，從而盡可能降低壓縮機(jī)功耗。林德工藝未設(shè)置中壓閃蒸塔，無硫甲醇及含硫甲醇分別經(jīng)換熱器冷卻后去到中壓閃蒸罐，兩股閃蒸氣匯合送至閃蒸氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回至原料氣冷卻器前。

(3)熱再生部分。魯奇工藝中，熱再生塔分為熱閃蒸段、氣提段及水富集段。其中，熱閃蒸段為獨(dú)立容器，置于熱再生塔頂部，經(jīng)閃蒸后的富甲醇靠重力流至氣提段，氣提段設(shè)置積液箱，再生后的貧甲醇大部分從積液箱抽出經(jīng)多級冷卻后送至吸收塔，小部分的貧甲醇送至水富集段。對比魯奇，林德工藝中熱再生塔無熱閃蒸段，H2S 富集塔塔底富甲醇經(jīng)復(fù)熱后送至熱閃蒸罐，閃蒸后的富甲醇泵入熱再生塔，再生后的貧甲醇送至甲醇收集罐，再經(jīng)多級冷卻后送至吸收塔，熱再生塔底設(shè)置隔板，水富集段位于一側(cè)。

(4)吸收溶劑。魯奇工藝設(shè)置兩股吸收劑，分別為貧甲醇及半貧甲醇，兩股吸收劑分別抽出一小股作為噴淋甲醇，且互為備用。林德流程吸收劑僅貧甲醇，噴淋甲醇從多臺貧/富甲醇換熱器中貧甲醇側(cè)常溫部位抽出。

(5)克勞斯氣系統(tǒng)。魯奇工藝中，原料氣經(jīng)一級冷卻后分液罐凝液外排，從而去除了部分NH3，循環(huán)系統(tǒng)中NH3累積量較少，因此克勞斯冷卻器未設(shè)置副線。對比魯奇，林德工藝中原料氣分液罐中甲醇水溶液送至甲醇水分離塔，溶解的NH3在系統(tǒng)中富集，因此克勞斯氣冷卻器設(shè)置副線，目的是為了防止銨鹽結(jié)晶。

(6)換熱網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)魯奇流程換熱器為普通列管式換熱器，由于換熱量大，主回路換熱器體積較為龐大。林德工藝使用多臺專利設(shè)備—繞管換熱器，可進(jìn)行多股物料同時換熱，其換熱面積大、效率高、體積小、能耗低，較魯奇換熱流程有著不小的優(yōu)勢。近些年魯奇流程也廣泛使用繞管換熱器，盡可能降低裝置能耗[2]。

3 工藝操作說明

(1)控穩(wěn)系統(tǒng)壓力。氣體在甲醇中溶解度隨壓力降低而降低，壓力過低可能導(dǎo)致吸收塔塔頂凈化氣不合格；壓力波動將引起各塔液位紊亂，若局部液位低聯(lián)鎖停泵，將導(dǎo)致甲醇循環(huán)中斷，嚴(yán)重時造成裝置停車。因此，為保證低溫甲醇洗平穩(wěn)運(yùn)行，必須控穩(wěn)系統(tǒng)壓力。

(2)保證冷量供應(yīng)。氣體在甲醇中溶解度隨溫度升高而降低，若系統(tǒng)冷量供應(yīng)不足，將導(dǎo)致酸性氣體吸收不完全，吸收塔塔頂凈化氣不合格。為保證冷量供應(yīng)，應(yīng)密切關(guān)注制冷系統(tǒng)工作狀況，并及時調(diào)整深冷器液位。

(3)維持甲醇循環(huán)。貧甲醇經(jīng)多級冷卻后去到吸收塔塔頂吸收酸性氣體，溶解有酸性氣體的富甲醇經(jīng)中壓閃蒸、低壓閃蒸、氮?dú)鈿馓峒盁嵩偕笤俅纬蔀槲談纬砷]環(huán)回路。維持甲醇循環(huán)是低溫甲醇洗運(yùn)行的首要條件，因此在操作中應(yīng)密切關(guān)注甲醇泵尤其是高壓貧甲醇泵的工作狀況，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時切換備用泵運(yùn)行，同時控穩(wěn)各塔液位，避免液位低聯(lián)鎖停泵。

(4)確保再生效果。貧甲醇的質(zhì)量將直接影響酸性氣體的脫除效果。若貧甲醇中水含量超標(biāo)，將導(dǎo)致甲醇吸收能力下降，系統(tǒng)負(fù)荷加不上去，同時會加劇CO2、H2S 等對設(shè)備及管道的腐蝕，產(chǎn)生固體雜質(zhì)，使甲醇變臟，堵塞設(shè)備和管線，使系統(tǒng)工況惡化。若貧甲醇中氨含量超標(biāo)，將生成硫氨，在吸收塔頂部分解造成凈化氣中硫化氫超標(biāo)。因此，低溫甲醇洗在操作過程中應(yīng)關(guān)注貧甲醇采樣分析數(shù)據(jù)，根據(jù)分析數(shù)據(jù)及時調(diào)整氣提氮?dú)饬?、熱再生塔及甲醇水分離塔負(fù)荷，確保再生后的貧甲醇合格[3]。

4 工藝操作細(xì)節(jié)區(qū)別

(1)循環(huán)中斷處理。魯奇工藝中吸收劑有兩路，貧甲醇及半貧甲醇，若半貧甲醇中斷，可通過提高貧甲醇量來緩解，若貧甲醇中斷，可通過降低負(fù)荷，提高半貧甲醇量短暫維持；林德工藝僅一路吸收劑，若貧甲醇中斷將導(dǎo)致裝置停車。

(2)熱再生液位控制。魯奇工藝熱再生塔氣提段設(shè)置積液箱，若熱閃蒸段進(jìn)料中斷，積液箱從正常液位降至聯(lián)鎖停泵液位緩沖時間一般為5～7min，因此正常操作過程中，熱再生塔氣提段宜維持較高液位；林德工藝貧甲醇從熱再生塔抽出后去到甲醇收集罐，收集罐從正常液位降至聯(lián)鎖停泵液位緩沖時間一般為25～30min，因此正常操作過程中，熱再生塔無需維持高液位。

(3)噴淋甲醇中斷處理。魯奇工藝噴淋甲醇有兩路，分別來自貧甲醇泵及半貧甲醇泵出口，若在用噴淋甲醇中斷，可及時切換至備用線；林德工藝噴淋甲醇僅一路，來自貧甲醇泵出口，若非停泵導(dǎo)致噴淋甲醇中斷而短期內(nèi)無法投用，將導(dǎo)致裝置停車。

(4)甲醇水分離塔腐蝕。魯奇工藝原料氣分液罐液相為酸性水，送出裝置，甲醇水分離塔進(jìn)料部分為熱再生塔水富集段來的甲醇水溶液及尾氣洗滌塔來的含CO2甲醇水溶液，塔壁及內(nèi)件為均勻腐蝕；林德工藝甲醇水分離塔進(jìn)料除與魯奇工藝相同的兩路進(jìn)料以外，原料氣分液罐底部液相組分也來到甲醇水分離塔，由于該股液相含H2S、HCN 等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，導(dǎo)致甲醇水分離塔長期運(yùn)行后該股液相進(jìn)塔管口處腐蝕穿孔，影響裝置安全生產(chǎn)。

(5)系統(tǒng)氨氮累積。魯奇工藝原料氣分液罐外送的酸性水中已含部分氨氮，且熱再生塔回流泵出口設(shè)置含氨甲醇外排線，因此循環(huán)甲醇中氨含量超標(biāo)可能性不大；林德工藝中變換氣中的氨氮組分全部進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，其熱再生塔型式及操作條件有別于魯奇工藝，通過蒸汽氣提的方式將氨氮從克勞斯氣中排出，若再生塔操作不當(dāng)，克勞斯氣換熱器易發(fā)生銨鹽結(jié)晶，系統(tǒng)氨氮累積量亦有超標(biāo)可能[4]。

5 結(jié)語

低溫甲醇洗技術(shù)為魯奇及林德共同開發(fā)，兩種工藝主體流程及操作原則一致，細(xì)節(jié)方面各有所長。魯奇工藝設(shè)置兩股吸收劑及噴淋甲醇，若甲醇中斷尚有時間處理，避免非計劃停工；原料氣分液罐液相送出裝置，熱再生塔回流泵出口設(shè)置外排含氨甲醇管線，可有效避免氨氮累積；甲醇水分離塔操作安全，管口不會出現(xiàn)腐蝕穿孔風(fēng)險。林德工藝廣泛使用繞管換熱器，系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)更加合理，冷量消耗低；設(shè)置貧甲醇收集罐，緩沖時間長，便于控穩(wěn)系統(tǒng)液位[5]。