低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)并聯(lián)改造探討

成鵬鵬

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)天溪煤制油分公司，山西 晉城 048009)

1 概述

晉煤天溪煤制油分公司在2014年技改之前因?yàn)樵鞖馐褂玫氖腔胰诰奂夹g(shù)，因此低溫甲醇洗系統(tǒng)工藝(簡(jiǎn)稱低甲系統(tǒng))的吸收分為兩部分：低壓吸收和高壓吸收，雖然分為兩部分吸收，但是整體上是一套吸收系統(tǒng)。2014年技改之后，造氣使用了最新的航天爐技術(shù)，低溫甲醇洗系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱低甲系統(tǒng))變?yōu)閱翁赘邏何障到y(tǒng)，隨著系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，在2019年技改時(shí)，新增了一套吸收系統(tǒng)，因此低甲兩套高壓吸收系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，不僅提升了整體負(fù)荷，而且系統(tǒng)的能耗有了顯著的下降。

2 低溫甲醇洗工藝流程的改進(jìn)

2.1 單套雙吸收系統(tǒng)

低壓吸收：2014年之前，由于造氣裝置和變換裝置的限制，產(chǎn)出的粗煤氣為干煤氣，氣量100 000 m3/h，其總硫體積分?jǐn)?shù)在1.2%左右，因此先經(jīng)過粗煤氣脫硫塔(E-61201)脫除，壓力為0.6 MPa，使用的是CO2閃蒸塔(E-61204)塔釜的無硫半貧液和H2S閃蒸塔塔釜(E-61205)的含硫甲醇半貧液，粗煤氣脫硫塔(E-61201)頂部出來的粗脫硫氣其中總硫質(zhì)量濃度降至500 mg/m3。見圖1。

高壓吸收：低甲粗脫硫氣進(jìn)入變換系統(tǒng)，變換系統(tǒng)出口的變換氣總硫質(zhì)量濃度為500 mg/m3，氣量100 000 m3/h，經(jīng)過變換氣脫硫塔(E-61202)和CO2吸收塔(E-61203)將煤氣中的總硫降至<0.1×10-6，壓力為3.0 MPa，使用的是熱再生塔(E-61207)塔釜的甲醇貧液，

圖1 建廠時(shí)的低溫甲醇洗工藝流程圖

2.2 單套吸收系統(tǒng)

來自變換工段壓力為3.30 MPa(G)，溫度為40 ℃的變換氣，從底部進(jìn)入變換氣脫硫塔(E-61202)進(jìn)行脫硫(H2S、COS 等)，塔頂噴淋洗滌的無硫甲醇為來自CO2吸收塔(E-61203)塔釜富含CO2的甲醇溶液；為了滿足后工序甲醇合成的需要，變換氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)需要被脫除到1.0 %左右，脫硫氣從變換氣脫硫塔(E-61202)頂部引出進(jìn)入二氧化碳吸收塔(E-61203)下部，塔頂洗滌甲醇是來自熱再生塔(E-61207)再生的貧甲醇。見圖2。

2.3 雙套高壓吸收系統(tǒng)

圖2 2014年技術(shù)改造后的低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)流程圖

在原有的雙塔吸收基礎(chǔ)上，并聯(lián)了一套吸收系統(tǒng)：分出的變換氣進(jìn)新增的洗滌塔E-612301脫硫段。新增洗滌塔脫硫與脫碳設(shè)在一個(gè)塔內(nèi)，共分四段，最下段為脫硫段，上面三段為脫碳段。在脫硫段，原料氣用從脫碳段來的部分無硫富甲醇洗滌，將硫化物洗滌至滿足要求后進(jìn)入脫碳段。脫碳段設(shè)有兩臺(tái)段間換熱器，上段甲醇經(jīng)C-612303與富甲醇換熱冷卻器冷卻，中段甲醇經(jīng)C-612302與半貧液氣提塔段間甲醇換熱冷卻。凈化氣從E-612301塔頂引出，經(jīng)C-612301與變換氣、CO2氣及氣提尾氣及換熱后送出界區(qū)。

E-612301塔的含硫富甲醇與E-61202塔富甲醇合并，E-612301塔的無硫富甲醇與E-61203塔富甲醇合并，兩股混合甲醇經(jīng)纏繞式換熱器換熱后送入后系統(tǒng)進(jìn)行減壓閃蒸。見圖3。

圖3 2017年技術(shù)改造后的低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)流程圖

3 生產(chǎn)情況綜合比較

為了更直觀體現(xiàn)系統(tǒng)改造前、后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)變化情況，現(xiàn)將一些重要指標(biāo)數(shù)據(jù)以圖形的形式進(jìn)行比較。

3.1 100%負(fù)荷下低甲系統(tǒng)改造前、后氣量對(duì)比

以2016年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，從圖4可以看出系統(tǒng)的處理氣量有了明顯上升，而且甲醇產(chǎn)量提升幅度高于氣量的提升幅度。主要因?yàn)?，有效氣成分更加穩(wěn)定，有效氣的利用率也不斷提高；副產(chǎn)CO2產(chǎn)品氣量也有一定幅度增加，說明整個(gè)低甲系統(tǒng)的吸收和閃蒸過程更加徹底，系統(tǒng)的產(chǎn)能得到了進(jìn)一步的釋放。

3.2 100%負(fù)荷下低甲系統(tǒng)改造前、后循環(huán)量對(duì)比

從圖5可以看出，低甲系統(tǒng)在改造后，在滿負(fù)荷情況下，甲醇貧液總量有了明顯的降低，改造前滿負(fù)荷需要420 m3/h的貧液流量，改造后僅需要360 m3/h，利用更少的循環(huán)量，處理了更多的凈化氣。主要由于，并聯(lián)系統(tǒng)后貧液分為兩股進(jìn)行吸收操作，在新系統(tǒng)使用了一股半貧液進(jìn)行吸收操作，甲醇吸收的利用率提高，更加徹底地發(fā)揮了甲醇選擇性吸收的特點(diǎn)，與此同時(shí)，甲醇富液流量和脫硫塔吸收液也有了明顯的降低，節(jié)省了大量的動(dòng)力消耗。

圖4 技改前、后氣量對(duì)比圖

圖5 技改前、后甲醇洗滌量對(duì)比圖

3.3 100%負(fù)荷下低甲系統(tǒng)改造前后溫度對(duì)比

從圖6可以看到在第一次技改后，系統(tǒng)隨著負(fù)荷的增加，工藝的變換，對(duì)冷量重新平衡后，溫度都有較大幅度的下降，保證了高負(fù)荷生產(chǎn)的工藝需要；在第二次技改后，甲醇貧液和富液的溫度雖然有所升高，但是在滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)低溫甲醇洗的各項(xiàng)生產(chǎn)工藝指標(biāo)并沒有超標(biāo)，全年指標(biāo)合格。由此可見，雙吸收系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化作用明顯。

3.4 100%負(fù)荷下系統(tǒng)改造前、后物料消耗對(duì)比

從圖7可以看出系統(tǒng)在第一次改造后，由于系統(tǒng)負(fù)荷提升，氣量大幅度增加，為保證再生甲醇的品質(zhì)，消耗的低壓蒸汽增加，但是氣量增加后，在CO2閃蒸塔和H2S閃蒸塔減壓閃蒸的氣量增加，造成解析熱的增加，使得甲醇在后系統(tǒng)中溫度下降較多，用氨量反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。第二次改造后，低甲冷量和熱量有了新的平衡狀態(tài)，消耗的低壓蒸汽也有明顯降低，噸醇的蒸汽消耗有小幅度降低；由于排放氣冷量的回收更加徹底，新增的塔器對(duì)甲醇的閃蒸效果良好，系統(tǒng)的內(nèi)部冷量利用率提高，因此使用的來自外部的冷量有一定程度的減小，液氨使用量繼續(xù)下降。由于這次改造新增加了三個(gè)塔器和一臺(tái)高壓泵，整體電量消耗有所增加，由45.5 kWh/t(醇)漲至47.4 kWh/t(醇)，但與此同時(shí)，隨著產(chǎn)量的增加，電耗的增加在接受范圍內(nèi)，隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定噸醇的電耗也基本穩(wěn)定。

圖6 技改前、后甲醇溫度的對(duì)比圖

圖7 技改前、后低溫甲醇洗的消耗對(duì)比圖

4 結(jié)語

天溪公司低溫甲醇洗系統(tǒng)技術(shù)改造后，目前各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)和產(chǎn)能已基本達(dá)到改造前的預(yù)想值，單日甲醇最高產(chǎn)量由改造前的1 046.11 t上漲至1 327.3 t，日產(chǎn)增幅281.19 t。同時(shí)，改造后冷量回收更加徹底，有效氣利用率提高，各項(xiàng)能耗均有所下降。系統(tǒng)回收的CO2氣也由原來的16 000 m3/h增加至18 000 m3/h，同時(shí)，將甲醇中吸收的硫化氫全部進(jìn)行回收，減少了硫化物的排放，增加了硫回收的產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)，也大量減少了碳排放，減輕了環(huán)保壓力。

兩次改造是結(jié)合甲醇低溫吸收特性，增加吸收塔、換熱器等設(shè)備，充分回收冷量，在低能耗的情況下完成系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)。對(duì)選用以航天爐為代表的氣流床氣化技術(shù)，配套相應(yīng)的脫硫脫碳裝置改造具有明顯的應(yīng)用價(jià)值，此次的并聯(lián)應(yīng)用，以期能為希望提效擴(kuò)能的企業(yè)提供一定的參考。