低温甲醇洗工艺设计优化及节能探讨

低温甲醇洗工艺设计优化及节能探讨

李兴飞

陕西榆能化学材料有限公司     陕西.榆林   719302

摘要：陕西榆能化学材料有限公司煤制40万吨/年乙二醇启动项目是以煤为原料，经气化、等温变换、低温甲醇洗、PSA制氢，CO深冷分离等工艺，最终生产出乙二醇。脱硫脱碳的主要目的：（1）脱除原料气中的H2S及少量有机硫；（2）脱除CO2。脱硫脱碳主要有3种工艺：低温甲醇洗工艺、NHD和MDEA工艺。因低温甲醇洗工艺技术成熟，在工业上拥有很好的应用业绩，被广泛应用于国内外净化装置中。故对低温甲醇洗工艺设计优化及节能进行研究，以供参考。

关键词：低温甲醇洗；设计优化；节能

1低温甲醇洗系统工艺流程简介

低温甲醇洗系统包括H2S/CO2吸收塔、中压闪蒸塔、CO2解吸塔、H2S浓缩塔、常温气提塔、热再生塔、甲醇/水分离塔、CO2洗涤塔、尾气洗涤塔。变换气/未变换气中的H2S和CO2分别在H2S/CO2吸收塔的H2S吸收段和CO2吸收段被贫甲醇洗涤吸收，净化气经洗涤回收冷量后送之后续装置；完成吸收的富硫甲醇和富碳甲醇分别进入中压闪蒸塔，闪蒸出溶解的H2、CO及少量CO2、H2S等气体，经循环气压缩机增压，返回到入口原料气中，回收有效气体H2、CO；富甲醇溶液进入CO2解吸塔闪蒸出部分溶解的CO2，经压缩加压后送往气化装置；甲醇液继续进入H2S浓缩塔，通入惰性气气提，继续闪蒸出大量的CO2气体，H2S浓缩塔下部出来的甲醇液为系统中最低温度冷源;富甲醇经闪蒸和气提后去往常温气提塔，在常温气提塔内用惰性气进一步气提甲醇溶液中残留的CO2气，同时对甲醇液中的H2S进行浓缩，以降低热再生系统的负荷;经常温气提后的甲醇去往热再生塔，解吸出富硫甲醇中的H2S、CO2，塔底得到贫甲醇，塔顶得到富含H2S的气体;甲醇水分离塔为甲醇精馏塔，用以处理尾气洗涤水及系统各分离器产生的含醇冷凝液等，同时产生的废水代替脱盐水洗涤尾气；系统各点排放气送往尾气洗涤塔，经脱盐水和废水洗涤后排入大气。

2低温甲醇洗系统贫甲醇水含量的研究价值

低温甲醇洗系统水分离塔的第一个作用是对甲醇溶液含有的水分进行处理，让甲醇以及水之间可有序分离，增加贫甲醇的纯度，强化二氧化碳以及硫化氢的吸收成效，对甲醇进行回收。第二个作用是去除系统内的杂质，涉及煤灰与油污以及硫化物，塔顶存有的甲醇气是能够给热再生塔带来能量的。短时间停止运用水分离塔，基本上不会影响到系统的组成结构，长期停运的状态导致贫甲醇纯度减少，继而系统之中的甲醇会流失，阻碍净化气内硫元素与二氧化碳的总吸收量，严重情况直接降低甲醇产量。利用低温甲醇洗系统，进行酸性气体的采集，运用了氰化物与硫化氢等高压低温情况可以与甲醇溶解的理念，甲醇对气体吸收效果的影响因素有压力、贫甲醇纯度以及温度，尤其是贫甲醇纯度更多影响到甲醇对气体的吸收效率，水含量是比较重要的组成因素，低温甲醇洗系统之中贫甲醇设置的纯度大约是99.0%，在甲醇水含量在5%左右时，对应吸收水平会不断降低，对二氧化碳的吸收效率降低了12%。

3工程设计中可以优化的措施

3.1再沸器蒸汽凝液的处理

（1）利用疏水阀在连续运行的再沸器中疏水，疏水阀作为一种经常动作的阀门，较容易损坏。阀门一旦不能自动开启，凝水不能及时排出蒸汽管道之外，将会对主蒸汽管道中的蒸汽质量产生较大影响，继而影响再沸器的效果；（2）采用蒸汽分水罐，即将再沸器产生的蒸汽凝液排入蒸汽分水罐，分水罐的气相顶部出口与进再沸器的蒸汽管线联通，分水罐的底部凝液口由罐体本身的液位调节来控制出口流量。目前，因第二种方案流量稳定、可靠性高，选用的比较多，但此方案也存在一个问题，就是中压蒸汽凝液和低压蒸汽凝液的送出，一般来讲，外管中有中压蒸汽凝液和低压蒸汽凝液的管网时，两者可分别送出界区。若外管中只有低压蒸汽凝液，设计中要将中压蒸汽凝液通过液位调节阀减压后送入低压蒸汽分水罐。

3.2提升换热器内漏与分离罐分离性能

在低温甲醇洗系统的运作中，需要运用再生系统，包含水冷器与再沸器，可是两者出现内漏的情况，很有可能引出贫甲醇内水含量超标。水冷器的压力小于循环冷却压力，若生成内漏的现象，可造成吸收体系之中的水含量增加。再沸器的内漏现象，使得蒸汽流入甲醇一侧，最终的结果是出现甲醇水含量增加隐患。如果分离罐分离性能无法得到保障，水分会在工艺气的作用下和低温甲醇洗系统结合，长期积累使水含量增加，降低甲醇的吸收效率。分离罐的性能发挥受到一定因素影响，包含分离罐容积过小，再者气速指数比较高，气体会在罐内停留较多时间，没有全面分离水分的前提下水分就和低温甲醇洗系统的洗涤塔融合，所以设计过程要科学地分析分离罐尺寸，将其视作提高分离成效的基础点。甲醇水分离罐对应液位较高，或者出现了除沫器的故障，也会引出工艺气带水和洗涤塔融合，阻碍甲醇洗涤塔的运作有效性。

3.3设备运行方面

(1)一般认为，低温甲醇洗系统存在一定量的氨可以改善循环甲醇pH，使循环甲醇呈弱碱性，从而可缓解设备酸性腐蚀。但当氨含量过高时，氨会与热再生系统中的酸性物质形成各类铵盐，当这些铵盐不完全溶于甲醇时就会析出而附着在塔盘、换热器列管、管道甚至阀门密封面等处，影响热再生系统的正常运行。(2)在热再生塔中，富硫甲醇中的H

2S和氨同时被上升的甲醇蒸气气提带出热再生塔，在酸性气冷却器中冷却至常温，由于气体温度降低，氨与H2S溶解在甲醇冷凝液中后发生反应生成铵盐，堵塞换热器列管和酸性气管道，导致再沸器换热效率下降、酸性气不能正常外送，造成热再生系统工况异常，富硫甲醇再生不完全而影响低温甲醇洗效果。(3)由于循环甲醇中溶解有铵盐，在甲醇温度下降或者减压节流时，铵盐会析出形成结晶悬浮于甲醇中，遇过滤器或流速降低时便附着在过滤器滤芯上以及设备、管道上而形成阻力，造成甲醇循环量降低，进而影响系统的正常运行。

3.4热再生区的能量回收

目前，国内外低温甲醇洗工艺随着开车运行经验越来越丰富，在实践中不断地改革和完善，其换热网络已经十分完善，但根据不同工厂装置和流程的具体情况，在溶剂热再生部分，大量的能量消耗限制了该装置的经济效益，所以热再生区仍有可优化的空间。（1）塔顶酸性气需经水冷器、气气换热器和氨冷器（冷却方式可以组合）冷却至常温，再通过H2S气体分离罐分离后去硫回收单元。（2）低温甲醇洗工艺中，主要由热再生塔和水分离塔的再沸器消耗热量，而塔釜再沸器需要低压蒸汽的能量输入才能驱动热再生系统的进行，并且再沸器管程出口的甲醇蒸汽只占循环甲醇量的约20%。这部分蒸汽、循环水的消耗量是低温甲醇洗装置的能量消耗大户，因此，将塔顶酸性气的热量和塔釜消耗的热量结合到一起进行换热网络的优化，是今后研究的一个课题。

结束语

低温甲醇洗系统的使用，应及时分析水含量超标的影响因素（系统干燥处理不能达到标准、甲醇水分离塔工况变化幅度大、喷淋甲醇量不够、运用在系统内的甲醇含水量与交换器内水含量过多、换热器内漏与分离罐分离性能不佳），采取科学的优化措施进行系统运作方案的设定，全面保障工艺有序进行与设备的妥善利用，为煤化工行业的发展提供更多条件支持，提高煤化工企业的综合效益。

参考文献

[1]李春澎.低能耗低温甲醇洗工艺设计及扩产改造应用[D].大连理工大学,2020.

[2]刘莎.低温甲醇洗工艺流程优化研究[J].山东化工,2020,49(09):130-132+134.

[3]郑攀文,彭晓芳.低温甲醇洗工艺及其在煤化工中的应用[J].煤炭加工与综合利用,2020(04):53-56+59.