論如何降低低溫甲醇洗裝置甲醇損耗

陳晨，袁野(國(guó)能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

0 引言

當(dāng)下化工企業(yè)日漸發(fā)展，低溫甲醇洗工藝日漸成熟，工藝和技術(shù)的進(jìn)步給化工企業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。但在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)日漸提升的同時(shí)，很多化工企業(yè)的低溫甲醇洗工藝暴露出一定弊端，在未來仍有巨大的發(fā)展空間。尤其是部分化工企業(yè)的低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中，由于各種因素造成的甲醇損耗，難以保持裝置的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，增大企業(yè)的發(fā)展壓力。因此，未來的發(fā)展中，化工企業(yè)要結(jié)合低溫甲醇洗裝置甲醇損耗的現(xiàn)狀，采取有針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化策略。

1 工藝概述

以某化工企業(yè)的煤制氫裝置低溫甲醇洗工藝裝置分析，在此裝置的運(yùn)行過程中，變換工序有變換氣和未變換氣兩股原料氣，這兩種原料氣在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入了低溫甲醇洗裝置洗滌塔來進(jìn)入了洗氣環(huán)節(jié)。伴隨著工藝流程的實(shí)施，變換氣中的硫化物在洗滌塔的下塔部位脫除，變換氣內(nèi)的CO2在洗滌塔上塔脫除，也就可以滿足相應(yīng)的工藝要求。吸收液在經(jīng)由中、低壓解吸并氣提以后，也就得到了尾氣，尾氣回收冷量經(jīng)由水洗回收甲醇后放空，吸收液在熱再生塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)H2S含量在30%以上酸性氣體的回收，且在其回收后將其送入硫回收裝置中。在該工藝流程執(zhí)行中，出界區(qū)各項(xiàng)物料中甲醇含量如表1所示。

表1 出界區(qū)各項(xiàng)物料中甲醇含量

2 影響甲醇損耗的原因

2.1 凈化氣夾帶

在該化工企業(yè)的低溫甲醇洗裝置運(yùn)行過程中，因?yàn)槠涔に嚵鞒痰奶厥庑?，?dāng)凈化氣出塔時(shí)，溫度和壓力對(duì)甲醇飽和蒸汽壓的干擾非常大。如果保持其他生產(chǎn)要素和條件不變，甲醇蒸汽壓是溫度參數(shù)的函數(shù)，當(dāng)凈化氣的溫度變高 ，也就意味著此時(shí)的甲醇蒸汽壓也相對(duì)較大，凈化氣中夾帶的甲醇量也相對(duì)偏高，如果長(zhǎng)時(shí)間維持這種情況，對(duì)低溫甲醇洗裝置造成的甲醇損耗將異常嚴(yán)重[1]。

2.2 尾氣、CO2夾帶

在此裝置的運(yùn)行過程中，根據(jù)其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)裝置處于100%負(fù)荷運(yùn)行條件下，此時(shí)的尾氣、CO2排放量分別為96 000 m3/h、34 000 m3/h，總體的氣量排放偏大，超出了正常限值，過大的排氣量使得在排放的同時(shí)也夾帶有大量的飽和甲醇蒸汽，引起裝置中的甲醇損耗，尤其是在當(dāng)?shù)蜏丶状枷囱b置的運(yùn)行工況不穩(wěn)時(shí)，尾氣和CO2的夾帶將更為嚴(yán)重。

2.3 酸性氣夾帶

為保持該裝置正常的工藝流程實(shí)施，此裝置熱再生塔中所形成的酸性氣一般要率先進(jìn)行冷卻處理。冷卻處理時(shí)，酸性氣溫度應(yīng)在-32 ℃以下，在達(dá)到氣液的完全分離以后，再?gòu)?fù)熱到常溫條件將其送回到硫回收裝置。如果裝置運(yùn)行中，酸性氣的冷卻溫度達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如冷卻溫度不夠低、氣液分離罐液位過高除沫器損壞的情況，就會(huì)出現(xiàn)甲醇的過度損耗[2]。此外，該裝置進(jìn)料氣中的NH3在甲醇內(nèi)長(zhǎng)期積累，對(duì)洗滌塔的洗氣、循環(huán)甲醇再生等流程造成了一定的干擾。針對(duì)這種情況，在裝置運(yùn)行的過程中，往往要不定期進(jìn)行酸性氣的排放，以有效排出其中的NH3。因?yàn)檫@一排放工作是在冷卻處理之前進(jìn)行的，在排放時(shí)酸性氣溫度高，就會(huì)攜帶更多的甲醇。

2.4 外排廢水殘留甲醇

在低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行中，甲醇水分離塔的容積偏小，結(jié)合對(duì)裝置運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)再沸器加熱蒸汽為1.1 MPa左右.當(dāng)裝置運(yùn)行出現(xiàn)了工況不穩(wěn)定的情況時(shí)，塔釜液位和溫度也將同步出現(xiàn)巨大的變化，裝置操作和運(yùn)行難以保持在穩(wěn)定條件，使甲醇水的分離效果不佳，塔底外排廢水中也存在著一定的甲醇?xì)埩簟?/p>

3 低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的控制

3.1 對(duì)設(shè)備加以改進(jìn)和優(yōu)化

根據(jù)低溫甲醇洗裝置中的甲醇損耗情況，發(fā)現(xiàn)出界區(qū)氣相中的甲醇夾帶，是引起損耗的重要原因。針對(duì)這一問題，就需要盡可能減少氣液夾帶的情況?？稍谘b置中的CO2吸收塔安裝旋流板和絲網(wǎng)除沫器，并確保凈化氣出口與塔板之間的氣液分離空間足夠，減少氣液夾帶，將氣相中的甲醇含量控制在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。對(duì)于低溫甲醇洗裝置，其塔頂氣液分離的空間過小時(shí)，氣相就會(huì)處于高速流動(dòng)的狀態(tài)，甲醇夾帶則難以避免。這些夾帶的甲醇無法在極短的時(shí)間內(nèi)完成破沫沉降，若超出了氣相絲網(wǎng)除沫器除沫能力，甲醇損耗嚴(yán)重。一旦裝置處于高負(fù)荷的運(yùn)行條件，甲醇夾帶現(xiàn)象將明顯增強(qiáng)。國(guó)內(nèi)的一些化工企業(yè)，其低溫甲醇洗裝置在開車以后，凈化氣的甲醇夾帶問題突出，在保持塔筒體結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過在塔頂進(jìn)行旋流板的安裝，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇損耗的控制[3]。當(dāng)然，在條件允許的情況下，也可以在凈化氣出界區(qū)之前安裝1個(gè)氣液分離器，利用分離罐液位判定塔內(nèi)氣液兩相分離情況、有無氣液夾帶情況。

3.2 設(shè)置尾氣水洗塔

為有效實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗的控制，可以回收氣相中的微量甲醇。在裝置運(yùn)行的過程中，若尾氣中的甲醇含量超出正常標(biāo)準(zhǔn)，就可以在低溫甲醇洗單元中設(shè)置1個(gè)尾氣水洗塔。在相應(yīng)的裝置內(nèi)設(shè)置一個(gè)φ3 200 mm×15 000 mm、內(nèi)設(shè)4 m高規(guī)整填料或16塊塔板的水洗塔。根據(jù)調(diào)查，該設(shè)備的投資大約在140萬元左右，在水洗滌尾氣夾帶甲醇的處理和控制中十分有效。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，洗滌液是甲醇水分離塔的進(jìn)料，也就可以使得尾氣中的甲醇摩爾分?jǐn)?shù)大大降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的有效回收。

3.3 設(shè)置污甲醇收集系統(tǒng)

低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行中，對(duì)于低溫甲醇洗單元系統(tǒng)而言，甲醇溶液是其中的關(guān)鍵性介質(zhì)。在裝置的運(yùn)行過程中，應(yīng)科學(xué)控制甲醇損耗，避免甲醇過度損耗引起環(huán)境污染等問題，可將生產(chǎn)系統(tǒng)管路各點(diǎn)的低點(diǎn)導(dǎo)淋、設(shè)備反洗和故障檢修時(shí)設(shè)備、部分管路中的甲醇溶液統(tǒng)一排放，并將這些部位的甲醇溶液統(tǒng)一排放到地下污甲醇罐內(nèi)。隨后經(jīng)由對(duì)甲醇含水量的具體情況分析，利用污甲醇泵將這些甲醇溶液送熱再生塔或者甲醇水分離塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的處理，回收溶液中的甲醇[4]。

3.4 加強(qiáng)工藝路線的優(yōu)化

工藝路線的優(yōu)化同樣是低溫甲醇洗裝置中甲醇損耗控制的有效策略，在該化工企業(yè)的甲醇洗工藝下，如果進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整，凈化氣中總的硫摩爾分?jǐn)?shù)、CO2體積都可進(jìn)一步提升，但如果要實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，在工藝優(yōu)化的過程中，還需在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的工藝優(yōu)化，以脫除CO、Ar等各種殘余組分。在低溫甲醇洗裝置運(yùn)行時(shí)，后續(xù)工藝中采用是液氮洗或者深冷分離工藝，凈化氣中CO+CO2的體積分?jǐn)?shù)顯著下降，配氮過程在正常實(shí)施的同時(shí)，也可對(duì)凈化氣中的微量甲醇加以回收，使得甲醇損耗總量得以減少[5]。凈化氣在進(jìn)入該裝置以后，首先進(jìn)入分子篩，而分子篩的特殊功能使得其中的微量CO2和CH3OH會(huì)被其所吸附，分子篩再生時(shí)，這些前期所吸附的CO2和CH3OH會(huì)隨著再生氮?dú)膺M(jìn)入到甲醇洗單元中，作為氣提氮進(jìn)入氣提CO2解吸塔。這種工藝路線設(shè)計(jì)下，甲醇節(jié)約效果明顯。

3.5 降低原料氣中的氨含量

低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行中，原料氣中往往會(huì)伴隨著很多的微量元素存在，如NH3、HCN、Ar等，如果在工藝的運(yùn)行過程中NH3過度積累，為保持正常的生產(chǎn)作業(yè)，裝置就需要定期進(jìn)行甲醇排放，以平衡微量元素的含量。雖然適量的NH3能夠使得系統(tǒng)的pH值保持在7～8之間，使酸性氣的吸收更有效，實(shí)現(xiàn)設(shè)備防腐，但系統(tǒng)中NH3的過度積累也會(huì)生成新的物質(zhì)，尤其是在積累超出正常限值的情況下，生成的新產(chǎn)物勢(shì)必會(huì)引起管道、換熱器的嚴(yán)重堵塞，甲醇循環(huán)量增多。但如果在裝置運(yùn)行時(shí)原料氣的NH3摩爾分?jǐn)?shù)為40×10-6，為了有效在生產(chǎn)的過程中控制系統(tǒng)熱再生塔回流甲醇、熱再生甲醇里的NH3含量，就需要從熱再生塔塔頂回流的甲醇中進(jìn)行適當(dāng)?shù)募状寂欧?，以降低NH3含量，將這一含量指標(biāo)控制在正常范圍內(nèi)。根據(jù)實(shí)際的甲醇控制經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)在這一裝置下，每2～4周開展1次的排放任務(wù)，且每次的排放量保持在5 ～10 m3時(shí)，每年的甲醇損耗量將達(dá)到100 t，這部分甲醇可作為燃料被回收利用，從經(jīng)濟(jì)性的角度來分析，對(duì)這部分甲醇損耗的控制應(yīng)降低原料氣中的氨含量，將生成的氨在進(jìn)入系統(tǒng)之前就移走。

4 結(jié)語

低溫甲醇洗裝置在運(yùn)行的過程中，面臨的一個(gè)突出問題就是其甲醇損耗嚴(yán)重，為有效實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置甲醇損耗的控制，應(yīng)從引起甲醇損耗的原因出發(fā)，采取相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)措施，提升低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行效率和效益。