低溫甲醇洗CO2 產(chǎn)品氣中夾帶甲醇的問題及改造

李 猛

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017317）

中煤鄂爾多斯能源化工有限公司（簡稱中煤圖克）年產(chǎn) 200 萬 t 合成氨、350 萬 t 尿素項(xiàng)目一期工程（100 萬 t/a 合成氨、175 萬 t/a 尿素）于 2014 年 2 月打通全流程，并產(chǎn)出合格大顆粒尿素，是目前國內(nèi)最大的尿素生產(chǎn)裝置。項(xiàng)目配套的低溫甲醇洗裝置采用賽鼎工程有限公司工藝技術(shù)，單系列可處理粗煤氣量274 048 m3/h。低溫甲醇洗裝置中CO2吸收及再生系統(tǒng)是將粗煤氣中的CO2用甲醇吸收后進(jìn)行再生，在閃蒸系統(tǒng)中通過減壓閃蒸，將溶解在甲醇中的CO2提出，送至尿素裝置，作為尿素合成原料氣。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，存在因CO2產(chǎn)品氣產(chǎn)出量超出設(shè)計值20%而導(dǎo)致產(chǎn)品氣中夾帶的甲醇超標(biāo)，最終造成甲醇消耗增加及下游裝置運(yùn)行困難等問題。經(jīng)原因查找發(fā)現(xiàn)，CO2閃蒸塔Ⅲ段甲醇含量高是造成CO2產(chǎn)品氣甲醇含量高的原因；后增設(shè)高效除沫器解決了這一問題?，F(xiàn)將相關(guān)情況介紹如下，為類似問題解決提供參考。

1 CO2 吸收及再生系統(tǒng)工藝流程及存在問題

CO2吸收及再生系統(tǒng)工藝流程示意圖如圖1 所示(云線部分為改造后新增部分)。自前系統(tǒng)來的粗煤氣經(jīng)冷卻后進(jìn)入H2S 吸收塔，脫除氣體中殘余的水，洗滌掉粗苯、HCN、部分有機(jī)硫、高分子化合物以及H2S后，得到H2S 體積分?jǐn)?shù)小于1×10-6的脫硫氣。脫硫氣進(jìn)入CO2吸收塔，在CO2吸收塔中脫硫氣中CO2均被甲醇吸收，之后甲醇進(jìn)入CO2閃蒸塔。進(jìn)入CO2閃蒸塔的甲醇中溶解有大量的 CO2、少量的 H2S、COS、CO、H2、CH4以及一些高分子碳?xì)浠衔?。在CO2閃蒸塔中，甲醇在5 個閃蒸段中分級閃蒸再生，大量的溶解氣被解吸出來，閃蒸再生的甲醇半貧液大部分返回CO2吸收塔的主洗段，循環(huán)使用。在CO2閃蒸塔Ⅰ段大部分被吸收的有用氣體(CO、H2、CH4和高分子碳?xì)浠衔铮╅W蒸解吸出來，進(jìn)行回收再利用，液體進(jìn)入CO2閃蒸塔Ⅱ段。在Ⅱ段中甲醇液在0.4 MPa(G)的壓力下閃蒸，閃蒸氣大部分為CO2及Ⅰ段未閃蒸出來的CH4和高分子碳?xì)浠衔?，氣體經(jīng)冷量回收及洗滌后排放至大氣中，液態(tài)甲醇進(jìn)入CO2閃蒸塔Ⅲ段。在Ⅲ段中氣體在0.04 MPa(G)壓力下進(jìn)行閃蒸再生，最終純度為99.8%的CO2產(chǎn)品氣經(jīng)冷量回收后入產(chǎn)品氣管網(wǎng)。自CO2閃蒸塔Ⅲ段出來富CO2甲醇液依次進(jìn)入CO2閃蒸塔Ⅳ、Ⅴ段，Ⅳ、Ⅴ段采用真空鼓風(fēng)機(jī)抽成真空，以得到高純度CO2產(chǎn)品氣，并與Ⅲ段閃蒸的CO2產(chǎn)品氣匯總后，送出界區(qū)。

低溫甲醇洗裝置自運(yùn)行以來，負(fù)荷一直保持在110%左右。CO2產(chǎn)品氣中甲醇體積分?jǐn)?shù)長期超出設(shè)計值要求的≤300×10-6，在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到2 300×10-6左右。CO2產(chǎn)品氣中甲醇含量超標(biāo)會導(dǎo)致下游尿素裝置脫硫、脫氫系統(tǒng)失效而引發(fā)的經(jīng)濟(jì)損失及運(yùn)行安全風(fēng)險增加，同時也導(dǎo)致大量的甲醇損耗且無法回收利用，經(jīng)計算，低溫甲醇洗系統(tǒng)單系列每月多損失甲醇70 t 左右，致使生產(chǎn)運(yùn)行成本大幅增加。

圖1 CO2 吸收及再生系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 原因分析及改造方法

在實(shí)際運(yùn)行中，為提升尿素產(chǎn)量，減少CO2氣的排放量，通過工藝調(diào)整，將CO2產(chǎn)品氣產(chǎn)量由設(shè)計值45 000 m3/h 提升至56 000 m3/h，高出設(shè)計值20%以上。該工藝調(diào)整使氣體自塔內(nèi)閃蒸出時流速增加，甲醇飽和度降低，最終使CO2產(chǎn)品氣中夾帶的甲醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2 300×10-6左右。經(jīng)過對CO2閃蒸塔各段取樣分析，發(fā)現(xiàn)CO2閃蒸塔Ⅳ、Ⅴ段中甲醇體積分?jǐn)?shù)均在設(shè)計范圍內(nèi)（＜300×10-6），而CO2閃蒸塔Ⅲ段中甲醇體積分?jǐn)?shù)高達(dá)4 000×10-6（CO2閃蒸塔Ⅲ段產(chǎn)品氣工藝參數(shù)見表1），說明造成CO2產(chǎn)品氣中甲醇超標(biāo)的部位為CO2閃蒸塔Ⅲ段，故僅需在CO2閃蒸塔Ⅲ段增設(shè)甲醇回收裝置，以達(dá)到將CO2產(chǎn)品氣中甲醇含量降至設(shè)計值的目的。

表1 CO2 閃蒸塔Ⅲ段產(chǎn)品氣工藝參數(shù)

目前同行業(yè)中類似問題常見解決措施有采用旋風(fēng)分離、后系統(tǒng)增設(shè)焚燒轉(zhuǎn)化裝置、脫鹽水洗滌等，但是鑒于中煤圖克項(xiàng)目工藝特性，要求CO2產(chǎn)品氣中不得有水存在，故首先排除噴水或水洗類方案；而其他措施（旋風(fēng)分離、焚燒轉(zhuǎn)化裝置）投資較大；另外由于目前使用的傳統(tǒng)除沫網(wǎng)無法對產(chǎn)品氣中夾帶的甲醇進(jìn)行攔截，決定采用增設(shè)新型高效除沫器的方式來回收甲醇。

鑒于目前無法對氣體中甲醇粒徑進(jìn)行測量，而理論上CO2產(chǎn)品氣中夾帶甲醇粒徑約200 μm，經(jīng)計算當(dāng)前工況下CO2產(chǎn)品氣中甲醇粒徑約300 μm，而傳統(tǒng)除沫網(wǎng)僅對粒徑在300 μm 以上液體顆粒能進(jìn)行有效攔截，為此需采用高效葉片式分離器來回收甲醇。相對傳統(tǒng)除沫網(wǎng)，該新型高效除沫器利用動能碰撞、液滴吸附聚結(jié)和重力沉降的原理進(jìn)行氣液分離，從而實(shí)現(xiàn)更高的氣液分離效率、更低的操作壓降以及更寬的操作彈性范圍。夾帶液滴的氣體一旦進(jìn)入高效分離葉片的通道，將被葉片立即分隔成多個區(qū)域。氣體在通過各個區(qū)域的過程中，被葉片強(qiáng)制進(jìn)行多次快速的流向轉(zhuǎn)變。在離心力作用下，液滴將與葉片發(fā)生多次動能碰撞。液滴附著在葉片表面后，通過液滴間的聚結(jié)效應(yīng)，形成液膜。附著在葉片表面的液膜在自身重力、液體表面張力和氣體動能的聯(lián)合作用下，被推入葉片夾層，在夾層中匯流成股，并在重力作用下流入葉片下方的積液槽中進(jìn)行收集。在運(yùn)行中，分離器可以100%移除直徑≥8 μm 的液滴，可以實(shí)現(xiàn)在最大設(shè)計處理能力條件下，分離器出口甲醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到設(shè)計值≤300×10-6。

通過技術(shù)改造，將新型高效除沫器增設(shè)在CO2閃蒸塔Ⅲ段氣相出口管道上，除沫器分離的液體引入CO2閃蒸塔Ⅴ段再吸收液泵入口管道上（見圖1 中云線部分），即可達(dá)到CO2產(chǎn)品氣中甲醇攔截、回收、再利用的目的。改造實(shí)施后，CO2產(chǎn)品氣中甲醇體積分?jǐn)?shù)降至300×10-6左右，雙系列低溫甲醇洗裝置年可降低甲醇消耗1 680 t，按甲醇價格1 650 元/t 計算，年可節(jié)省甲醇費(fèi)用約300 萬元，同時可確保為下游工段提供合格的CO2產(chǎn)品氣。

3 結(jié) 語

通過增設(shè)新型高效除沫器，解決了中煤圖克因低溫甲醇洗裝置CO2產(chǎn)品氣中甲醇含量超標(biāo)而引發(fā)的尿素裝置運(yùn)行異常，及因甲醇消耗增加而造成的經(jīng)濟(jì)損失問題。經(jīng)計算，改造雙系列低溫甲醇洗裝置年可節(jié)省甲醇費(fèi)用約300 萬元，同時在工藝參數(shù)不改變的情況下，該技術(shù)的運(yùn)用可確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。