低溫甲醇洗系統(tǒng)環(huán)?？刂埔c(diǎn)及工藝優(yōu)化

李建峰

（新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司，河南 獲嘉 453800）

1 概 述

新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司200kt／a煤制甲醇項(xiàng)目于2011年9月投產(chǎn)，200kt／a煤制乙二醇裝置于2012年3月投產(chǎn)試運(yùn)行。北京航天長征化學(xué)工程股份有限公司蘭州分公司承擔(dān)整套甲醇裝置的詳細(xì)工程設(shè)計(jì)，其粉煤氣化系統(tǒng)（廢鍋流程）采用中國航天科技集團(tuán)自主研發(fā)的航天爐（HT-L爐），設(shè)計(jì)單臺航天爐投煤量為750 t／d，2臺爐（3臺航天爐采用兩開一備的運(yùn)行模式）合計(jì)煤氣（干基）產(chǎn)量達(dá)95000m3／h；變換系統(tǒng)采用的是低水氣比變換工藝；凈化系統(tǒng)采用的是大連理工大學(xué)的低溫甲醇洗工藝，設(shè)計(jì)處理變換氣量158000m3／h，操作彈性（負(fù)荷范圍）為60%～110%。低溫甲醇洗系統(tǒng)生產(chǎn)的凈化氣一部分送甲醇合成系統(tǒng)生產(chǎn)甲醇，另一部分送變壓吸附系統(tǒng)分離提純出CO和H2后送乙二醇系統(tǒng)；含H2S的酸性氣送克勞斯硫回收系統(tǒng)生產(chǎn)硫磺，CO2產(chǎn)品氣則經(jīng)壓縮機(jī)增壓后送氣化裝置輸煤系統(tǒng)使用。

航天爐來的粗煤氣，經(jīng)變換后送低溫甲醇洗系統(tǒng)凈化，由于變換氣中含有大量的CO2、H2S和少量的有機(jī)硫、HCN以及微量的煤泥、催化劑粉塵等雜質(zhì)，其中的硫化物、HCN等雜質(zhì)帶入甲醇合成系統(tǒng)會導(dǎo)致甲醇合成催化劑活性降低或永久失活，因此必須予以清除。低溫甲醇洗系統(tǒng)通過甲醇洗滌脫除變換氣中的CO2和H2S等雜質(zhì)，使氣體得到凈化，被洗滌甲醇吸收的硫化物在甲醇再生過程中富集與濃縮后送硫回收系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

2 系統(tǒng)生產(chǎn)中存在的問題及優(yōu)化措施

2.1 環(huán)保方面

2.1.1 富甲醇取樣點(diǎn)改造

富甲醇取樣點(diǎn)在取樣過程中易產(chǎn)生異味（有害氣體逃逸），取樣過程環(huán)?？刂齐y度很大。為此，通過增設(shè)取樣置換管線（至地下槽管線），對預(yù)洗甲醇、熱再生塔（C-2205）塔底、甲醇水分離塔（C-2206）塔頂取樣點(diǎn)進(jìn)行改造，即采用密相取樣的方式消除取樣置換過程異味逃逸的可能，避免了環(huán)境污染，同時(shí)也提高了取樣的準(zhǔn)確性。

2.1.2 槽罐放空管線改造

地下槽、新鮮甲醇罐及污甲醇貯罐的呼吸閥放空設(shè)計(jì)為就地排放，由于系統(tǒng)排出的甲醇或多或少含有CO2、H2S等酸性氣，尤其是H2S的溢出對空氣的污染較為嚴(yán)重（人體對H2S可感知的濃度僅為0.063×10-6）。為此，在地下槽、新鮮甲醇罐、污甲醇貯罐的放空管線上增設(shè)去循環(huán)流化床鍋爐焚燒的管線，并在就地放空管線增加活性炭過濾器，正常生產(chǎn)期間放空氣隨硫回收系統(tǒng)尾氣送至鍋爐焚燒，系統(tǒng)檢修時(shí)切換為就地放空，依靠就地放空管線上的活性炭過濾器去除H2S等酸性氣，對異味起到很好的控制作用。此項(xiàng)改造措施已在河南能源化工集團(tuán)成員企業(yè)中進(jìn)行了推廣，濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司、河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司已成功實(shí)施了類似改造。

2.1.3 熱再生塔回流泵排氣管線改造

由于熱再生塔回流液（以甲醇為主）中H2S與NH3含量通常在8000～10000mg／L，在回流泵備泵排氣時(shí)，現(xiàn)場排放的污甲醇?xì)馕逗艽螅瑢χ苓叚h(huán)境的影響很大。為徹底消除備泵過程中污甲醇?xì)馕兜挠绊?，將熱再生塔回流泵排氣管線改為密相排放，引至地下管網(wǎng)。改造后，回流泵備泵排氣時(shí)現(xiàn)場氣味得到有效控制。

2.1.4 酸性氣取樣點(diǎn)改造

原設(shè)計(jì)酸性氣取樣點(diǎn)位于酸性氣外送管線上，但在系統(tǒng)開車初期，酸性氣濃度偏低，無法滿足硫回收系統(tǒng)接氣要求，酸性氣外送管線上取樣點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映酸性氣提濃階段H2S的濃度，即酸性氣取樣點(diǎn)位置設(shè)置不合理。為此，在酸性氣分離器出口酸性氣提濃管線上增設(shè)酸性氣取樣點(diǎn)（取樣分析酸性氣中的H2S含量）。改造后，取樣的準(zhǔn)確性大大提高，低溫甲醇洗系統(tǒng)有關(guān)工藝指標(biāo)的調(diào)控更為有效。

2.1.5 系統(tǒng)內(nèi)管廊增設(shè)霧化噴淋水系統(tǒng)

在日常的設(shè)備檢維修、工藝處理作業(yè)過程中，難免會出現(xiàn)富含CO2、H2S氣體的甲醇暴露于空氣中，而H2S等氣體的閃蒸會造成現(xiàn)場異味。為此，系統(tǒng)內(nèi)管廊增設(shè)霧化噴淋水系統(tǒng)。改造后，設(shè)備檢維修、工藝處理等過程中的氣味得到有效控制，現(xiàn)場工作環(huán)境得到很大改善。

2.1.6 熱再生塔回流泵改用屏蔽泵

熱再生回流泵原設(shè)計(jì)為離心泵，其運(yùn)行比較穩(wěn)定，對介質(zhì)的潔凈度要求不高，但機(jī)封泄漏問題一直困擾著我們（機(jī)封處異味難以消除）。此處甲醇中的雜質(zhì)性氣體（H2S、NH3）濃度最高，微量的泄漏都會導(dǎo)致異味擴(kuò)散至數(shù)公里以外。為徹底解決此問題，將熱再生回流泵改為屏蔽泵，且在開車初期和系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)優(yōu)先使用原離心泵，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后再投用屏蔽泵（原離心泵長期處于備用狀態(tài)），以確保屏蔽泵的長周期運(yùn)行。改造后的運(yùn)行實(shí)踐表明，屏蔽泵運(yùn)行狀況較好，異味問題得到徹底解決。

2.2 工藝方面

2.2.1 CO2解吸系統(tǒng)改造

系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行后，CO2解吸塔（C-2204）氣提不充分，造成富甲醇中殘留過多的CO2氣，進(jìn)而導(dǎo)致熱再生塔負(fù)荷過大，再生甲醇品質(zhì)無法保證。為此，對系統(tǒng)進(jìn)行了如下常溫氣提改造。

將貧富甲醇換熱器（EA-2206L～E）常溫處的富甲醇引出后進(jìn)行二次氮?dú)鈿馓?，控制操作壓?.5MPa，氣提氣回解吸塔的下段上部，氣提后的甲醇經(jīng)泵增壓后回原系統(tǒng)。從CO2解吸塔（C-2204）塔底出來的富甲醇中含有一定量的CO2，富甲醇中含有的CO2量越多，則酸性氣產(chǎn)品氣中H2S濃度越低。增設(shè)氮?dú)鈿馓崴–-2208）后，經(jīng)貧富甲醇換熱器（EA-2206L～E）換熱的常溫富甲醇（來自EA-2206E出口）進(jìn)入氮?dú)鈿馓崴–-2208），用少量氮?dú)膺M(jìn)行氣提，使富甲醇中的CO2進(jìn)一步解吸，氮?dú)鈿馓崴–-2208）塔底富甲醇用泵（P-2212）升壓，進(jìn)入貧富甲醇換熱器（EA-2206D）的富甲醇入口，繼續(xù)經(jīng)貧富甲醇換熱器（EA-2206D～A）換熱后送至熱再生塔（C-2205）進(jìn)行熱再生。氮?dú)鈿馓崴–-2208）塔頂?shù)臍怏w，通過1臺酸性氣冷卻器（EA-2211B）與部分尾氣換熱，然后送往CO2解吸塔（C-2204），與原循環(huán)提濃管線氣體合并入塔。因增設(shè)常溫氣提塔（C-2208）后循環(huán)酸性氣量減少，循環(huán)酸性氣只經(jīng)酸性氣冷卻器（EA-2211A）冷卻即可，同時(shí)由于原提濃管線內(nèi)基本沒有流量，將其作為氮?dú)鈿馓崴–-2208）塔頂氣體返回CO2解吸塔（C-2204）的管線。

改造后，熱再生塔負(fù)荷降低30%左右，系統(tǒng)蒸汽和循環(huán)水用量均有減少；熱再生效果更好，再生甲醇純度高，有助于凈化指標(biāo)的保證；不用開循環(huán)提濃線即可使酸性氣濃度達(dá)30%以上，不會因大量酸性氣循環(huán)影響熱再生效果及熱再生塔（C-2205）再吸收效果。

2.2.2 硫回收系統(tǒng)快速開車的改造

硫回收系統(tǒng)烘爐、反應(yīng)器升溫時(shí)間長，不能按時(shí)接收酸性氣開車，這對酸性氣、凈化氣以及尾氣的總硫指標(biāo)控制造成很大的難度。硫回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)用甲醇合成系統(tǒng)弛放氣作為燃料氣進(jìn)行升溫，而開車過程中，低溫甲醇洗系統(tǒng)接氣到甲醇合成系統(tǒng)產(chǎn)出甲醇，僅低溫甲醇洗系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整就需要近3h，為盡早讓硫回收系統(tǒng)燃燒爐點(diǎn)火升溫，增設(shè)了凈化氣去甲醇合成系統(tǒng)弛放氣管線，如此不僅硫回收系統(tǒng)引氣開車時(shí)間得以縮短，而且還能滿足開車期間氣化熱風(fēng)爐原料氣的供應(yīng)。

2.2.3 熱再生塔工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

熱再生塔的運(yùn)行狀況好壞直接影響再生甲醇的品質(zhì)，蒸汽消耗過多或過少均不能保證熱再生效果。蒸汽用量過多，會導(dǎo)致熱再生塔塔頂溫度偏高，進(jìn)而引起酸性氣帶醇量大和濃縮酸性氣帶醇而造成大量冷量的損失；蒸汽用量過少，會導(dǎo)致富甲醇中的氣體解吸不徹底，影響洗滌甲醇的吸收效果，造成凈化氣和CO2產(chǎn)品氣中硫含量超標(biāo)。

通過收集甲醇熱再生系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)（見表1）并結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)，找到了系統(tǒng)運(yùn)行中各工藝參數(shù)控制的平衡點(diǎn)，即酸性氣進(jìn)酸性氣分離器的溫度一旦高于-25℃，酸性氣中的醇含量就會明顯升高，控制在-30℃以下時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)較為理想，既能滿足對再生甲醇的質(zhì)量要求，又能控制酸性氣帶醇量在200×10-6以內(nèi)，同時(shí)系統(tǒng)冷量損失也不是很大，還能控制CO2解吸塔氣提段出口甲醇最低溫度在-60℃。

表1 甲醇熱再生系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)

2.2.4 凈化氣中CO2含量過低或過高的對策

通常情況下，凈化氣中的CO2含量控制在2.5%～3.0%，凈化氣中CO2含量過低或過高，都會造成甲醇合成系統(tǒng)粗醇中乙醇含量偏高。低溫甲醇洗系統(tǒng)指標(biāo)控制的關(guān)鍵就是物料之間的平衡，一旦平衡被打破，工藝指標(biāo)控制難度更大。如凈化氣中CO2含量、甲醇循環(huán)量及系統(tǒng)溫度就是一個(gè)互相制約的關(guān)系，在系統(tǒng)負(fù)荷一定的情況下，只有控制相對穩(wěn)定的甲醇循環(huán)量，才能保證各項(xiàng)工藝指標(biāo)的穩(wěn)定。凈化氣中CO2含量與粗甲醇中乙醇含量的關(guān)系見表2。

表2 凈化氣中CO2含量與粗甲醇中乙醇含量的關(guān)系

2.2.5 開停車過程中上、下游系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合

過去，開停車過程中上、下游系統(tǒng)之間銜接不好，開車時(shí)甲醇裝置的各單元工藝氣調(diào)整合格后才送往下游系統(tǒng)，造成資源浪費(fèi)并存在安全隱患。為此，采取了如下優(yōu)化措施。

（1）CO2壓縮機(jī)根據(jù)氣化用氣要求啟動(dòng)（開車階段氣化系統(tǒng)粉煤載氣用氮?dú)廨斔停到y(tǒng)運(yùn)行正常后載氣用CO2），由于為間歇性用氣，需控制好機(jī)組負(fù)荷和四段出口壓力，以防止系統(tǒng)超壓；當(dāng)?shù)蜏丶状枷聪到y(tǒng)產(chǎn)出穩(wěn)定量的CO2產(chǎn)品氣后即引入CO2壓縮機(jī)，以盡快降低粗煤氣中的N2含量，以利于低溫甲醇洗系統(tǒng)循環(huán)甲醇溫度的降低。

（2）變換系統(tǒng)開車控制好變換爐床層溫度，在熱點(diǎn)溫度超過470℃要請示調(diào)度后投微量高壓氮?dú)猓刂坪米儞Q爐床層溫度，嚴(yán)防床層溫度過高；同時(shí)，調(diào)大低溫甲醇洗系統(tǒng)前、后的放空量，以盡快將變換系統(tǒng)內(nèi)的熱量移出。

（3）低溫甲醇洗系統(tǒng)開車接氣后要第一時(shí)間建立弛放氣管網(wǎng)流量，供硫回收系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)使用，同時(shí)將此管網(wǎng)壓力交由合成崗位控制，以保證硫回收系統(tǒng)開車燃燒爐烘爐穩(wěn)步升溫，防止因弛放氣壓力波動(dòng)將燃燒爐吹滅。具體措施如下：①酸性氣全部通過提濃管線上流量調(diào)節(jié)閥（FV-22017）控制其流量，將其回流至CO2解吸塔（C-2204）塔進(jìn)行酸性氣濃縮，并加強(qiáng)其成分分析，在酸性氣濃度達(dá)到20%后通知硫回收崗位接氣開車；②凈化氣在2次分析合格后投用精脫硫槽（V-2213）向甲醇合成系統(tǒng)送氣，送氣后仍然要分析精脫硫槽（V-2213）前、后的氣體成分［精脫硫槽（V-2213）進(jìn)口只分析總硫含量，精脫硫槽（V-2213）出口進(jìn)行全分析］，以便于對工況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；③加強(qiáng)尾氣總硫含量分析，據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整氣提氮?dú)庥昧?，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)束語

低溫甲醇洗系統(tǒng)作為煤化工裝置尤其是甲醇裝置中工藝流程最長、控制點(diǎn)多、涉及上下游崗位最多的一個(gè)單元，無論是工藝參數(shù)的調(diào)整，還是環(huán)保方面的管控，難度都很大。作為生產(chǎn)操作人員，需抓住工藝主線，不斷積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，找準(zhǔn)適宜的物料和冷量平衡點(diǎn)，確保系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，這樣各項(xiàng)工藝指標(biāo)尤其是凈化氣總硫、尾氣總硫等關(guān)鍵指標(biāo)的控制將不再是難題。