低溫甲醇洗熱再生系統(tǒng)存在的問題及解決措施

馬 偉，程 偉，劉克存

（國能榆林化工有限公司，陜西 榆林 719302）

國能榆林化工有限公司（簡稱榆林化工）一期一階段60 萬t/a 聚烯烴項目于2015年12月建成投產(chǎn)，二階段項目為年產(chǎn)186 萬t 煤制甲醇（MTO 級）聯(lián)產(chǎn)40 萬t 合成氣制乙二醇，其中煤制甲醇裝置于2020年12月投產(chǎn)。MTO 級甲醇合成工藝以煤為原料，采用GE 水煤漿加壓氣化制取粗煤氣，經(jīng)過部分粗煤氣耐硫變換、低溫甲醇洗氣體凈化制備合格的合成氣，再經(jīng)過甲醇合成生產(chǎn)MTO 級甲醇，送往下游生產(chǎn)聚丙烯。榆林化工煤制甲醇裝置投料試車1 個多月以來，低溫甲醇洗裝置熱再生塔頂冷凝器換熱效率低，導(dǎo)致貧甲醇再生不合格，凈化氣總硫不達標(biāo)，酸性氣夾帶甲醇，致使貧甲醇中水含量、廢水中甲醇含量一直超指標(biāo)，嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。榆林化工針對這些問題進行了原因分析，并采取了針對性的改進措施，現(xiàn)介紹如下。

1 低溫甲醇洗工藝運行中存在的問題

榆林化工酸性氣體脫除裝置由低溫甲醇洗單元、CO 深冷分離單元、高壓PSA 單元、冷凍站單元組成，其中低溫甲醇洗單元采用魯奇（Lurgi）專利技術(shù)，目前系全球首套單系列最大工藝，處理變換氣量52.76×104m3/h 、未變換氣量44.98×104m3/h ，主要任務(wù)是接收氣化變換裝置的變換氣和未變換氣，將其中的CO2、H2S、COS 等酸性氣體脫除，得到氫碳比（摩爾比）略大于2 且總硫體積分?jǐn)?shù)＜0.1×10-6的凈化合成氣，作為甲醇合成單元原料氣；送出10.37×104m3/h未變換凈化氣至CO 深冷分離單元，生產(chǎn)CO 產(chǎn)品氣；送出9.88×104m3/h 富氫氣至高壓PSA 單元，生產(chǎn)H2產(chǎn)品氣；送出H2S 體積分?jǐn)?shù)大于35%的富H2S 氣體至硫回收單元，生產(chǎn)硫磺產(chǎn)品。CO 產(chǎn)品氣、H2產(chǎn)品氣作為原料氣送至乙二醇裝置。

1.1 熱再生塔頂冷凝器（E-119）換熱效率低

2020年12月26日，系統(tǒng)開車投用熱再生塔（C-105）再沸器以來，E-119 殼程出口溫度（TI-1314）一直緩慢上漲，從40 ℃漲至78 ℃，高于設(shè)計指標(biāo)（40 ℃），對系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的影響。首先，熱再生塔回流溫度高，使貧甲醇再生不合格，貧甲醇中總硫體積分?jǐn)?shù)50×10-6，高于設(shè)計值（20×10-6），導(dǎo)致合成氣總硫超指標(biāo)，體積分?jǐn)?shù)達0.22×10-6（設(shè)計值為小于0.1×10-6），影響合成單元脫硫保護劑的使用壽命；其次，酸性氣溫度45 ℃，超過設(shè)計值（25 ℃），導(dǎo)致酸性氣夾帶甲醇，影響硫回收單元的穩(wěn)定運行以及硫磺品質(zhì)，同時損失一定量的甲醇。

1.2 貧甲醇中水含量高、廢水COD 頻繁超標(biāo)

從2020年12月26日系統(tǒng)開車以來，貧甲醇中的含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高值1.58%，最低值0.84%，平均值1.12%，而設(shè)計指標(biāo)為小于0.50%，一直處于超標(biāo)運行，且貧甲醇顏色呈灰暗色。貧甲醇系統(tǒng)水含量高，一方面影響吸收效率，另一方面加劇了設(shè)備、管道腐蝕，存在安全隱患。

廢水中甲醇含量高，導(dǎo)致COD 頻繁超標(biāo)，COD 最高值2700 mg/L，而控制指標(biāo)要求小于1000 mg/L。廢水中COD 超標(biāo)，一方面影響污水處理單元的穩(wěn)定運行，另一方面增加了系統(tǒng)的甲醇消耗。

2 原因分析

2.1 E-119 換熱效率低的原因分析

E-119 換熱效率低的可能因素有：換熱器設(shè)計換熱面積偏小、換熱器結(jié)垢、進口閥節(jié)流、出口閥節(jié)流、雜物堵塞管板等。

2.1.1 確定影響因素

（1）測量E-119 循環(huán)水流量

2021年2月7日，使用超聲波流量計測量E-119上水流量，值為190 m3/h。為了驗證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，用其測量冷凍站循環(huán)水總管流量，測量值與安裝在管道上的正式流量計顯示值相差2.1%，由此推斷，超聲波流量計測量值基本真實。測量的循環(huán)水流量（190 m3/h）僅達到設(shè)計流量的17.2%，遠(yuǎn)小于設(shè)計值，因此排除換熱器設(shè)計面積偏小的因素。（2）測量E-119 循環(huán)水壓力

2021年2月8日，使用同一塊壓力表對E-119 上水閥前后、回水閥前后4 處壓力進行測量。上水閥前后壓力均為0.31 MPa，回水閥前后壓力均為0.15 MPa。因此排除進、出口閥節(jié)流因素。（3）壓差對比

丙烯冷凝器E-402A/B 位于框架4 層平臺，距離地面31.5 m，循環(huán)水側(cè)進出口壓差分別是0.09 MPa、0.10 MPa。E-119 位于框架3 層平臺，距離地面20.4 m，循環(huán)水側(cè)進出口壓差0.16 MPa，與E-402A/B 循環(huán)水相比壓差較大，因此推測多種因素中，E-119 管程堵塞的可能性最大。

2.1.2 堵塞原因分析

2021年2月8日，在測量E-119 上水閥后壓力時，將盲蓋拆除后，發(fā)現(xiàn)一小片黑色填料（直徑約4 cm），經(jīng)確認(rèn)為供水單元涼水塔填料。于是將E-119上水閥后導(dǎo)淋全開1 min，沖出許多黑色填料。

由此推斷，E-119 管程被供水單元涼水塔填料堵塞的可能性最大。

2.2 貧甲醇水含量高、廢水COD 頻繁超標(biāo)的原因分析

2.2.1 工藝流程問題

2021年2月8日，經(jīng)過全面排查，發(fā)現(xiàn)噴淋甲醇水閃蒸罐（V-123）至熱再生回流罐（V-103）液相管線有流量，經(jīng)確認(rèn)閥門內(nèi)漏。正常工況下，V-103 液相送至醇水分離塔（C-106）上塔，在C-106 切出情況下，將V-123 液相輸送至V-103。V-123 液相含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計值65%，若部分送至V-103，V123 液相將被直接送至熱再生塔（C-105），不僅將水帶入貧甲醇中，而且將部分雜質(zhì)帶入貧甲醇中。

2.2.2 靈敏板溫度控制問題

C-106 塔靈敏板溫度（TI-1323）設(shè)計值118 ℃，系統(tǒng)開車以來，靈敏板溫度波動非常大，最高128 ℃，最低102 ℃，且波動周期頻繁。TI-1323 若高，整個塔盤溫度梯度上升，重組分上移，則C-106 塔頂甲醇蒸汽水含量高，導(dǎo)致貧甲醇水含量高；TI-1323 若低，整個塔盤溫度梯度降低，輕組分下移，則C-106 廢水中甲醇含量高。TI-1323 波動主要有兩個原因：其一，低壓蒸汽管網(wǎng)壓力波動，最高1.53 MPa，最低1.41 MPa，導(dǎo)致醇水分離塔再沸器E-116A/B 熱負(fù)荷變化；其二，C-106 塔靈敏板控制點（TIC-1323）與再沸器蒸汽流量不能實現(xiàn)串級控制，手動調(diào)節(jié)滯后，調(diào)節(jié)幅度難以控制。

3 采取的措施及效果

3.1 E-119 換熱效率低的處理措施

在E-119 進口循環(huán)水管線上帶壓開孔，增加反沖洗管線。2021年2月16日完成了在線帶壓開孔，進行了兩次反沖洗，沖出大量填料與沙子。反沖洗后效果明顯，E-119 循環(huán)水量增至1440 m3/h，TI-1314 降低至35 ℃，控制在設(shè)計值（40 ℃）內(nèi)，低溫甲醇洗工況好轉(zhuǎn)，甲醇再生合格，合成氣總硫控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，酸性氣溫度控制在指標(biāo)范圍內(nèi)、且不再夾帶甲醇。

3.2 貧甲醇水含量高、廢水COD 頻繁超標(biāo)的處理措施

3.2.1 工藝流程改進

更換V-123 至V-103 液相管線的內(nèi)漏閥門，并加盲板隔離。逐漸開大C-106 頂部甲醇蒸汽流量控制閥（FV-1309），確保C-106 上塔至下塔液相溫度（TI-1338）控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。

3.2.2 優(yōu)化TI-1323 控制指標(biāo)

調(diào)整過程中，首先確保環(huán)保指標(biāo)合格，其次降低貧甲醇中的水含量，即先控制TI-1323 在較高值，確保廢水中COD 合格，然后再嘗試逐漸降低TI-1323，從而降低貧甲醇中的水含量。調(diào)整過程中TI-1323 與C-106 塔分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 TI-1323 與C-106 塔分析數(shù)據(jù)

由表1 可知，2021年2月10日，將TI-1323 控制在123 ℃，廢水中甲醇含量合格，C-106 塔頂甲醇蒸汽水含量和貧甲醇水含量超標(biāo)；逐漸降低TI-1323 至113 ℃，廢水中甲醇含量、C-106 塔頂甲醇蒸汽中水含量、貧甲醇水含量均合格：貧甲醇含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)連續(xù)取樣分析12 次，均達到＜0.50%的控制指標(biāo)，貧甲醇液清澈透明；廢水中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)連續(xù)取樣分析12次，均達到＜500×10-6的控制指標(biāo)；COD 連續(xù)7 d 合格。

2021年2月14日—19日，進行TIC-1323 的PID參數(shù)整定。2月19日，將TIC-1323 與E-116A 蒸汽流量串級控制，E-116B 蒸汽流量手動控制。PID 參數(shù)整定后效果明顯，C-106 塔靈敏板溫度TI-1323 波動大幅度減少，由21 ℃降低至4 ℃，滿足工藝需求，低溫甲醇洗系統(tǒng)逐漸好轉(zhuǎn)。

3.3 改造后系統(tǒng)運行情況

優(yōu)化改造完成后，低溫甲醇洗系統(tǒng)運行穩(wěn)定，經(jīng)過4 個多月的運行，貧甲醇中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均0.35%，達標(biāo)率100%；廢水中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均3×10-6，COD 40 mg/L，達標(biāo)率100%；同時系統(tǒng)蒸汽消耗顯著降低，節(jié)約1.1 MPa 過熱蒸汽1.2 t/h。