低溫甲醇洗系統(tǒng)貧甲醇水含量超標原因與優(yōu)化

李 俠

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030）

低溫甲醇洗系統(tǒng)主要是促使甲醇在低溫環(huán)境中發(fā)揮吸收性能，對原料氣內(nèi)的硫化氫氣體與二氧化碳氣體進行脫除，提高資源利用率。結(jié)合實際低溫甲醇洗系統(tǒng)運用過程，時常出現(xiàn)貧甲醇水含量超標的情況，關(guān)聯(lián)現(xiàn)有的生產(chǎn)經(jīng)驗與工藝要點加以具體化研究，有相關(guān)影響因素，如系統(tǒng)干燥不能達標或者噴淋甲醇量比較少等，為此應(yīng)具體研究低溫甲醇洗系統(tǒng)運作中甲醇水含量超標的原因，制定切合實際的優(yōu)化措施針對性處理問題，目的是增強系統(tǒng)運作效率，給化工企業(yè)帶來較多的經(jīng)濟效益。

1 低溫甲醇洗系統(tǒng)貧甲醇水含量的研究價值

低溫甲醇洗系統(tǒng)水分離塔的第一個作用是對甲醇溶液含有的水分進行處理，讓甲醇以及水之間可有序分離，增加貧甲醇的純度，強化二氧化碳以及硫化氫的吸收成效，對甲醇進行回收[1]。第二個作用是去除系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)，涉及煤灰與油污以及硫化物，塔頂存有的甲醇氣是能夠給熱再生塔帶來能量的。短時間停止運用水分離塔，基本上不會影響到系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，長期停運的狀態(tài)導(dǎo)致貧甲醇純度減少，繼而系統(tǒng)之中的甲醇會流失，阻礙凈化氣內(nèi)硫元素與二氧化碳的總吸收量，嚴重情況直接降低甲醇產(chǎn)量。利用低溫甲醇洗系統(tǒng)，進行酸性氣體的采集，運用了氰化物與硫化氫等高壓低溫情況可以與甲醇溶解的理念，甲醇對氣體吸收效果的影響因素有壓力、貧甲醇純度以及溫度，尤其是貧甲醇純度更多影響到甲醇對氣體的吸收效率，水含量是比較重要的組成因素，低溫甲醇洗系統(tǒng)之中貧甲醇設(shè)置的純度大約是99.0%，在甲醇水含量在5%左右時，對應(yīng)吸收水平會不斷降低，對二氧化碳的吸收效率降低了12%[2]。

2 低溫甲醇洗系統(tǒng)貧甲醇水含量超標原因概述

低溫甲醇洗系統(tǒng)是20世紀50年代提倡的，來源于德國林德以及魯奇公司共同創(chuàng)作，此種工藝主要是保持高壓的環(huán)境，通過低溫甲醇系統(tǒng)的良好性能排除材料中的酸性氣體，接下來酸性氣體在汽提與解吸等流程中吸出甲醇富液，得到高純度的二氧化碳產(chǎn)品，讓尾氣的排放以及廢水的排放都可以滿足一定標準[3]。對于此系統(tǒng)，屬于物理吸收的操作，通過原材料的多個組分對甲醇溶解性帶來的影響處理氣體，留下較小溶解度指數(shù)氣體，實現(xiàn)氣體凈化。此工藝氣體擁有極強的凈化度，對應(yīng)二氧化碳能夠脫除小于10×10-6，總硫脫除可小于0.1×10-6，存在著操作成本低的特征。

2.1 系統(tǒng)干燥處理不能達到標準

貧甲醇內(nèi)含有較多水含量的情況下，勢必會影響到低溫甲醇洗系統(tǒng)的正常運作效率，不僅受到甲醇純度的影響，降低了系統(tǒng)對硫化氫氣體與二氧化碳氣體的吸收效果，制約洗滌塔的吸收質(zhì)量[4]。還會出現(xiàn)貧甲醇水含量比較高，對應(yīng)氣體和水溶合之后表現(xiàn)出弱酸性，對設(shè)備帶來腐蝕的影響，利用換熱器的過程中生成雜質(zhì)，不能保障傳熱的有效性，降低系統(tǒng)管理水平。低溫甲醇洗系統(tǒng)中存有貧甲醇水含量超標的問題，很有可能受到干燥流程不能達到標準的因素影響，此系統(tǒng)長時間存在于運作階段，相關(guān)洗滌塔與換熱器勢必會出現(xiàn)雜質(zhì)殘留或者油類殘留的情況，所以要堿洗系統(tǒng)以及水洗系統(tǒng)，最終通過氮氣實現(xiàn)干燥操作?？删唧w的生產(chǎn)運作中，因為低溫甲醇洗系統(tǒng)的流程比較多，與設(shè)備的運作與管道的運用息息相關(guān)，較短時間內(nèi)使用氮氣無法保障干燥效果，那么直接運用低溫甲醇洗系統(tǒng)時，增加了貧甲醇水含量超標的可能性，導(dǎo)氣之后無法讓系統(tǒng)恢復(fù)正常的運作負荷。

2.2 甲醇水分離塔工況變化幅度大

確保甲醇水分離塔能夠有效運作，這是提高低溫甲醇洗系統(tǒng)可平穩(wěn)運用的關(guān)鍵點，從而控制甲醇的具體消耗量。分離塔的運用核心是管理塔底涉及的熱負荷，調(diào)整塔內(nèi)具體溫度，提高精餾效率[5]。甲醇水分離塔進料包含兩種形式，第一種形式為分離罐處理的甲醇水混合物，第二種形式為再生塔的一些釜液。對于甲醇水混合物的流量，與交換器帶水與負荷波動呈現(xiàn)一定關(guān)聯(lián)。物料在加熱的操作下和閃蒸罐接觸，隨后流入甲醇水分離塔系統(tǒng)，負荷指數(shù)比較大的情況制約了閃蒸的成效。并且入塔物料流量與溫度都會出現(xiàn)波動，引起塔內(nèi)壓力與溫度大幅度變化，不利于甲醇水分離塔有效運行。實際的研究中，分離塔底部存有蒸汽管線，在系統(tǒng)中存有過多雜質(zhì)，或者存在熱負荷不夠充分的情況，可啟動蒸汽閥，增加廢水流量，促使雜質(zhì)被去除不會造成設(shè)備堵塞。分離塔之中的物料水含量不多的情況下，無法給精餾操作提供支持條件，也要開設(shè)蒸汽閥實現(xiàn)系統(tǒng)補水的目的，讓精餾操作更為穩(wěn)定。另外低溫甲醇洗系統(tǒng)的工況出現(xiàn)波動或者分離系統(tǒng)設(shè)備性能無法正常發(fā)揮，都會引起貧甲醇的水含量增加。如果水分離塔頂部的溫度較高，甲醇蒸汽內(nèi)的水蒸氣會有所增加，分離塔甲醇回流的流量會有所匱乏，無法完全把精餾結(jié)構(gòu)中重組分進行洗滌。然而如果閃蒸罐的頂部溫度指數(shù)相對高一些，含有諸多的閃蒸汽帶水，甚至是溫度比較低的情況造成二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)楦杀?，都會產(chǎn)生氣相帶液現(xiàn)象[6]。存有聚合物堵塞精餾塔的現(xiàn)象，塔內(nèi)存有的介質(zhì)傳熱會備受影響，無形中增加了低溫甲醇洗系統(tǒng)運作過程的貧甲醇水含量。

2.3 噴淋甲醇量不夠

實際的噴淋甲醇過程，最為關(guān)鍵的是獲取工藝氣結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，嘗試減小水的冰點，不要由于水結(jié)冰引起氣相通道堵塞問題。投用對應(yīng)的噴淋甲醇系統(tǒng)，在設(shè)備之中構(gòu)建甲醇液層，全方位浸濕管道壁面，使得冷凝水可以與甲醇在多個角落密切混合[7]。如果噴淋甲醇量不多，無法全面對水分起到排除的作用，對應(yīng)洗滌塔之中的水分含量會增加，水結(jié)冰造成管道與設(shè)備受到堵塞，不利于系統(tǒng)的安全運作。

2.4 運用在系統(tǒng)內(nèi)的甲醇含水量與交換器內(nèi)水含量過多

運作低溫甲醇洗系統(tǒng)的過程中，甲醇消耗是以再生塔頂部以及分離塔底部為主的，倒泵排氣或者貧甲醇過濾都會引出甲醇消耗。所以基礎(chǔ)的系統(tǒng)運作部分時間后要把新鮮甲醇補充在貧甲醇罐內(nèi)，如果補充的甲醇含水量過多，會制約甲醇正常的吸收性能發(fā)揮，引起凈化氣指數(shù)超標的問題[8]。對于交換器內(nèi)水含量過多，由于工藝氣操作涉及較高溫度，去除氨氣分離罐液位比較高的影響下會出現(xiàn)工藝氣中增加水含量問題，噴淋甲醇無法全方位獲取工藝氣內(nèi)水分，水分在工藝氣的作用下和洗滌塔結(jié)合，引出貧甲醇水含量較高。交換工藝氣存有一定水分，甲醇水分離罐的實際液位有所升高，造成氣相帶液讓分離塔的負荷增加，這樣甲醇水分離塔的實際工況出現(xiàn)波動，不利于保障分離成效。

2.5 換熱器內(nèi)漏與分離罐分離性能不佳

在低溫甲醇洗系統(tǒng)的運作中，需要運用再生系統(tǒng)，包含水冷器與再沸器，可是兩者出現(xiàn)內(nèi)漏的情況，很有可能引出貧甲醇內(nèi)水含量超標。水冷器的壓力小于循環(huán)冷卻壓力，若生成內(nèi)漏的現(xiàn)象，可造成吸收體系之中的水含量增加。再沸器的內(nèi)漏現(xiàn)象，使得蒸汽流入甲醇一側(cè)，最終的結(jié)果是出現(xiàn)甲醇水含量增加隱患。如果分離罐分離性能無法得到保障，水分會在工藝氣的作用下和低溫甲醇洗系統(tǒng)結(jié)合，長期積累使水含量增加，降低甲醇的吸收效率。分離罐的性能發(fā)揮受到一定因素影響，包含分離罐容積過小，再者氣速指數(shù)比較高，氣體會在罐內(nèi)停留較多時間，沒有全面分離水分的前提下水分就和低溫甲醇洗系統(tǒng)的洗滌塔融合，所以設(shè)計過程要科學(xué)地分析分離罐尺寸，將其視作提高分離成效的基礎(chǔ)點[9]。甲醇水分離罐對應(yīng)液位較高，或者出現(xiàn)了除沫器的故障，也會引出工藝氣帶水和洗滌塔融合，阻礙甲醇洗滌塔的運作有效性。

3 低溫甲醇洗系統(tǒng)貧甲醇水含量超標的優(yōu)化關(guān)鍵點

運用低溫甲醇洗系統(tǒng)，不僅會造成甲醇吸收效率降低，還會引出設(shè)備腐蝕的問題。此種系統(tǒng)的具體運作，甲醇中水含量大于1%的情況，吸收甲醇成效顯著降低，對系統(tǒng)總負荷帶來影響。在提高負荷量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加甲醇用量的吸收力度，控制甲醇溫度，讓機泵整體負荷能夠增加?？梢驗槔淞康囊蟊容^嚴格，液氨蒸發(fā)量隨之增加，造成了制冷機的負荷增加。水含量多對設(shè)備帶來的腐蝕問題，甲醇內(nèi)水含量相對高一些的情況，硫化氫與二氧化碳均會腐蝕到管道的完整性，產(chǎn)生了一些固體雜質(zhì)，影響繞管式換熱器的換熱成效，引出工況惡化結(jié)果。在煤化工企業(yè)中，每家企業(yè)都要應(yīng)對原料組成、產(chǎn)品方案及裝置規(guī)模的不同，來匹配不同的低溫甲醇洗工藝。在生產(chǎn)企業(yè)自身科研能力不足的前提下，還要通過各類研究院以及煤化工工程公司，來進行對應(yīng)的設(shè)計和技術(shù)開發(fā)。這類研究院及工程公司往往通過對低溫甲醇洗裝置工程設(shè)計數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的研究，數(shù)學(xué)模型的建立，生產(chǎn)操作等經(jīng)驗的積累和總結(jié)，建立一套完善的工藝物性。在處理水含量超標的問題上，可通過幾點實現(xiàn)目的。

①如果系統(tǒng)受到水洗影響，運用低溫甲醇洗系統(tǒng)之前通過置換干燥處理氮氣，時刻結(jié)合規(guī)定進行操作。對多個取樣點進行研究，且氧氣含量小于0.2%時，代表置換干燥達到合格標準?；蛘哒麄€系統(tǒng)構(gòu)建了甲醇循環(huán)，排除系統(tǒng)內(nèi)所有水分，在貧甲醇內(nèi)的水含量小于0.5%的情況下再持續(xù)導(dǎo)氣。并且盡量保障甲醇水分離塔的運作能夠穩(wěn)定，管理甲醇水分離塔頂部溫度小于100℃，增加塔釜實際溫度，依托蒸汽調(diào)節(jié)閥進行處理，在塔內(nèi)溫度依舊比較低的情況要啟動蒸汽閥，控制甲醇消耗[10]。系統(tǒng)有序運作階段，甲醇水分離塔對應(yīng)的甲醇量回流應(yīng)在2.9m3/h之內(nèi)，系統(tǒng)水含量比較高的狀態(tài)及時增加甲醇回流量，尤其是塔頂模塊的回流量。必要條件啟動調(diào)節(jié)閥，使得塔頂可在甲醇回流后保持貧甲醇的水含量達到合格。具體的操作，合理管理蒸汽量與甲醇量，使得甲醇水分離塔能夠運作平穩(wěn)。②管理閃蒸罐，讓氣相溫度維持物流量的穩(wěn)定，對閃蒸罐溫度加以調(diào)整，控制在20℃左右，結(jié)合罐頂?shù)臏囟戎苯訉Q熱器加以設(shè)置，這樣甲醇側(cè)旁支物流管理氣相溫度在一定范圍內(nèi)變化，使得閃蒸罐的物流量足夠穩(wěn)定，不會產(chǎn)生較大幅度的波動現(xiàn)象。低溫甲醇洗系統(tǒng)產(chǎn)生了極大程度的負荷變化，時效性調(diào)整工況。低溫甲醇洗系統(tǒng)負荷有所增加，可能造成甲醇水分離罐的液位不斷提高，冷流體量有所增加，造成分離塔的負荷加大，這樣應(yīng)重視水分離罐的液位調(diào)節(jié)，控制閃蒸罐的溫度，讓再沸器的負荷達到一定指數(shù)，推動低溫甲醇洗系統(tǒng)的良性運作。③管理分離罐的液位大約是50%、塔液位大約是50%，關(guān)注液位計的核算過程，不要由于堵塞產(chǎn)生假液位。低溫甲醇洗系統(tǒng)停止運作的情況，熱再生系統(tǒng)要持續(xù)運作短時間，特別是循環(huán)水含量超標的情況下重復(fù)運行流程，最終完整地把甲醇水分排出低溫甲醇洗系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

低溫甲醇洗系統(tǒng)的使用，應(yīng)及時分析水含量超標的影響因素（系統(tǒng)干燥處理不能達到標準、甲醇水分離塔工況變化幅度大、噴淋甲醇量不夠、運用在系統(tǒng)內(nèi)的甲醇含水量與交換器內(nèi)水含量過多、換熱器內(nèi)漏與分離罐分離性能不佳），采取科學(xué)的優(yōu)化措施進行系統(tǒng)運作方案的設(shè)定，全面保障工藝有序進行與設(shè)備的妥善利用，為煤化工行業(yè)的發(fā)展提供更多條件支持，提高煤化工企業(yè)的綜合效益。