煤制天然氣裝置低溫甲醇洗系統(tǒng)運(yùn)行問題及優(yōu)化改造

師元華

(伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引 言

某煤制天然氣裝置氣化系統(tǒng)采用碎煤加壓氣化工藝，下游配套鈷鉬系耐硫變換系統(tǒng)、林德十一塔低溫甲醇洗系統(tǒng)、戴維甲烷化系統(tǒng)等。碎煤加壓氣化爐產(chǎn)出的粗煤氣中主要含有H2、CO、CO2、CH4，還含有少量的H2S、HCN、COS、烴類物等，為滿足甲烷化系統(tǒng)的生產(chǎn)需求，低溫甲醇洗系統(tǒng)需通過萃取氣提精餾、高壓低溫吸收、中壓閃蒸、低壓解吸、氮?dú)鈿馓帷⒓訜嵩偕葐卧来蚊摮儞Q氣中的HCN、烴類物、H2S、COS、CO2等，為甲烷化系統(tǒng)提供硫含量<0.1×10-6的凈化氣，同時(shí)副產(chǎn)輕烴、CO2產(chǎn)品氣和H2S濃度為25%的酸性氣。低溫甲醇洗系統(tǒng)自原始開車以來，陸續(xù)出現(xiàn)了HHC傾析罐溫度偏高、甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞、循環(huán)氣壓縮機(jī)填料泄漏、氨預(yù)洗塔液泛等問題，后通過實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)化改造，上述問題得到了很好地解決。以下對有關(guān)情況作一介紹。

1 低溫甲醇洗系統(tǒng)工藝流程簡述

來自變換系統(tǒng)的變換氣，進(jìn)入低溫甲醇洗系統(tǒng)洗氨塔脫塵、脫烴、除氨，洗氨塔出口氣經(jīng)原料氣換熱器降溫后進(jìn)入甲醇洗滌塔，甲醇洗滌塔自下而上分為預(yù)洗段、脫硫段、脫碳段，依次脫除變換氣中的HCN、烴類物、H2S、COS、CO2等，獲得的合格凈化氣送甲烷化系統(tǒng)。出甲醇洗滌塔脫硫段、脫碳段的甲醇經(jīng)中壓閃蒸后進(jìn)入CO2解吸塔減壓解吸，塔頂產(chǎn)出的CO2產(chǎn)品氣經(jīng)復(fù)溫水洗后送蓄熱式熱氧化爐(RTO)，出CO2解吸塔的甲醇則依次進(jìn)入H2S濃縮塔、氮?dú)鈿馓崴a(chǎn)生CO2尾氣，CO2尾氣經(jīng)復(fù)溫水洗后與CO2產(chǎn)品氣一起送至RTO進(jìn)一步處理。出氮?dú)鈿馓崴募状歼M(jìn)入熱再生塔，經(jīng)塔底再沸器蒸汽加熱精餾再生，脫除其中的H2S、COS，再生后的貧甲醇降溫后進(jìn)入甲醇洗滌塔循環(huán)利用。出甲醇洗滌塔預(yù)洗段的甲醇進(jìn)入HHC傾析罐，在HHC傾析罐內(nèi)以水為萃取劑進(jìn)行萃取，得到富水甲醇和輕烴，輕烴送罐區(qū)，富水甲醇則經(jīng)氣提塔氣提后進(jìn)入甲醇/水/HCN分離塔進(jìn)行甲醇、水、HCN的分離。

2 HHC傾析罐操作溫度偏高

2.1 問題描述

HHC傾析罐主要利用輕烴、甲醇在水中的溶解度、分配系數(shù)不同，以水為萃取劑將來自甲醇洗滌塔預(yù)洗段的富輕烴甲醇混合物中的甲醇萃取出來，得到富水甲醇和輕烴，輕烴作為副產(chǎn)品送至輕烴儲(chǔ)罐外售，富水甲醇則在甲醇/水/HCN分離塔內(nèi)進(jìn)行分離，分離出的甲醇送熱再生塔，塔底產(chǎn)生的廢水送至污水處理系統(tǒng)中間水池。

該低溫甲醇系統(tǒng)原始開車運(yùn)行一段時(shí)間后，分析人員在甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水取樣過程中，發(fā)現(xiàn)廢水中有一層薄薄的油花，因污水處理系統(tǒng)中間水池廢水中油含量要求在50 mg/L以下，當(dāng)時(shí)雖未進(jìn)行油含量分析，但憑經(jīng)驗(yàn)判斷甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中的油含量明顯高于中間水池廢水中的油含量，即此廢水中的油含量>50 mg/L，而廢水中油含量升高會(huì)影響污水處理系統(tǒng)細(xì)菌的活性。車間組織專業(yè)技術(shù)人員對甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水含油問題進(jìn)行分析與研究，發(fā)現(xiàn)HHC傾析罐操作溫度偏高，開車以來一直維持在60 ℃以上(設(shè)計(jì)操作溫度為43 ℃)，嚴(yán)重偏離指標(biāo)。

2.2 原因分析

富輕烴甲醇來自甲醇洗滌塔預(yù)洗段左側(cè)室，其溫度為-16.80 ℃，經(jīng)甲醇過濾器過濾后，通過HHC富甲醇換熱器與來自熱再生塔頂約96 ℃的甲醇蒸氣換熱，換熱后去往HHC傾析罐混合室。查找HHC傾析罐操作溫度偏高原因時(shí)發(fā)現(xiàn)，HHC富甲醇換熱器未設(shè)置旁路，富輕烴甲醇換熱后溫度達(dá)70 ℃以上，而來自H2S餾分水洗塔的洗滌水溫度超過40 ℃，兩者混合后導(dǎo)致HHC傾析罐內(nèi)的液相溫度達(dá)60 ℃以上，萃取溫度超標(biāo)且無任何調(diào)整手段。HHC傾析罐內(nèi)操作溫度升高后，罐內(nèi)液體分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，液體分子之間距離增大，相互吸引力減小，界面張力變小，導(dǎo)致其分散相的液滴變得細(xì)小，不易合并集聚，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，難于分層，不利于相界面的產(chǎn)生；同時(shí)，HHC傾析罐操作溫度偏高還會(huì)增大甲醇、水在輕烴中的溶解度，導(dǎo)致輕烴中甲醇、水含量升高，影響輕烴的品質(zhì)；同理，HHC傾析罐操作溫度偏高，富水甲醇中的輕烴含量也會(huì)相應(yīng)增加，造成部分輕烴進(jìn)入甲醇/水/HCN分離塔中，導(dǎo)致甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中出現(xiàn)少量油花。

2.3 優(yōu)化改造及其效果

在HHC富甲醇換熱器之富輕烴甲醇管線進(jìn)/出口管線上設(shè)置旁路，以實(shí)現(xiàn)對進(jìn)HHC傾析罐富輕烴甲醇溫度的調(diào)控。優(yōu)化改造后，HHC傾析罐操作溫度可穩(wěn)定控制在43 ℃左右，甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中再未出現(xiàn)過油花。

3 甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞

3.1 問題描述

甲醇/水/HCN分離塔主要利用甲醇、水、HCN沸點(diǎn)的不同，通過精餾的方法對來自氣提塔的富水甲醇、尾氣洗滌塔廢水以及來自熱再生塔的小股甲醇進(jìn)行分離，分離出的HCN送酸性氣處理系統(tǒng)，分離后得到的甲醇送熱再生塔，產(chǎn)生的廢水則送至污水處理系統(tǒng)。

該煤制天然氣裝置低溫甲醇洗系統(tǒng)自原始開車以來，運(yùn)行一直很穩(wěn)定，但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，操作人員發(fā)現(xiàn)甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度有下降趨勢，開大再沸器蒸汽流量調(diào)節(jié)閥后，塔底溫度恢復(fù)正常，但運(yùn)行一段時(shí)間后塔底溫度又開始下降，直至蒸汽流量調(diào)節(jié)閥全開塔底溫度仍不能提升，此時(shí)甲醇/水/HCN分離塔塔底排放廢水中甲醇含量超過0.1%。

3.2 原因分析

在甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，塔底再沸器蒸汽流量穩(wěn)定、調(diào)節(jié)閥開關(guān)靈活、疏排水管均正常投用，基本上可排除蒸汽方面的原因所致，初步判斷甲醇/水/HCN分離塔再沸器發(fā)生了堵塞，有效換熱面積減小影響了再沸器的換熱效果，致使甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度下降而分離效果不佳，繼而造成甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中甲醇含量偏高。拆檢甲醇/水/HCN分離塔再沸器，發(fā)現(xiàn)大量黑色油狀物附著在再沸器換熱管束內(nèi)。

對甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因進(jìn)一步分析，認(rèn)為原因有二：① 系統(tǒng)運(yùn)行前期HHC傾析罐操作溫度偏高，萃取效果不好，使得來自氣提塔的富水甲醇中含有的烴類物較多，這些烴類物黏性較強(qiáng)、導(dǎo)熱性差，進(jìn)入再沸器后附著在換熱管束表面；② 甲醇/水/HCN分離塔底部產(chǎn)生的廢水pH為6～7，塔內(nèi)為酸性環(huán)境，一些有機(jī)物經(jīng)再沸器加熱后在酸性條件下發(fā)生了聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)形成的高分子聚合物堵塞了甲醇/水/HCN分離塔再沸器換熱管束，導(dǎo)致再沸器換熱效果變差，塔底溫度下降，從而影響甲醇/水/HCN分離塔的正常運(yùn)行(分離效果不佳)，繼而導(dǎo)致塔底排放廢水中甲醇含量偏高，造成甲醇浪費(fèi)，消耗增加。

3.3 優(yōu)化改造及其效果

對于導(dǎo)致甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因之一的氣提塔來富水甲醇中烴類物質(zhì)含量偏高(由HHC傾析罐操作溫度偏高引起)問題，已通過增設(shè)HHC富甲醇換熱器旁路使該問題得到了很好地解決。對于甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因之二的其運(yùn)行環(huán)境呈酸性的問題，新增1座堿液貯槽和2臺堿液泵(一開一備)，堿液泵出口管線連接至氣提塔至甲醇/水/HCN分離塔的富水甲醇管線上，即通過加入堿液來調(diào)控甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水的pH。優(yōu)化改造后，甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水pH得到有效控制--一般維持在9～11，不僅有效抑制了有機(jī)物聚合反應(yīng)的發(fā)生，而且可有效清除塔盤上累積的聚合物，從而解決了甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞的問題。

4 循環(huán)氣壓縮機(jī)填料泄漏

4.1 問題描述

來自甲醇洗滌塔脫碳段、脫硫段的富甲醇分別經(jīng)循環(huán)氣閃蒸罐Ⅰ、循環(huán)氣閃蒸罐Ⅱ閃蒸，此兩股閃蒸氣與HHC傾析罐頂部閃蒸氣匯合，閃蒸氣的主要成分為CO267.22%、CH413.46%、H28.72%、CO 7.99%、N20.88%、其他氣體1.87%，閃蒸氣流量為17 745 m3/h；為了回收利用閃蒸氣中的CO、H2、CH4等有效氣，混合后的閃蒸氣經(jīng)往復(fù)式循環(huán)氣壓縮機(jī)加壓后送至低溫甲醇洗系統(tǒng)入口變換氣中，重新返回系統(tǒng)。自原始開車以來，循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行一直很穩(wěn)定，但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，循環(huán)氣壓縮機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)填料泄漏的情況，被迫停機(jī)處理，循環(huán)氣壓縮機(jī)頻繁停機(jī)檢修，而每次循環(huán)氣壓縮機(jī)停機(jī)檢修均需12 h左右，每次停機(jī)至少影響天然氣產(chǎn)量37 557 m3，給企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 原因分析

循環(huán)氣壓縮機(jī)填料密封的作用主要是防止氣缸中的高壓氣體沿活塞桿方向泄漏。實(shí)際生產(chǎn)中，由于用于循環(huán)氣壓縮機(jī)填料冷卻的循環(huán)水水質(zhì)較差，循環(huán)水冷卻器結(jié)垢嚴(yán)重，循環(huán)水移熱效果差，無法將填料中的熱量全部帶出，導(dǎo)致壓縮機(jī)填料超溫?fù)p壞，起不到應(yīng)有的密封作用。

4.3 優(yōu)化改造及其效果

為解決用于循環(huán)氣壓縮機(jī)填料冷卻的循環(huán)水水質(zhì)較差的問題，決定使用水質(zhì)較好的脫鹽水作為循環(huán)氣壓縮機(jī)的填料冷卻水--自脫鹽水總管引DN25管線至循環(huán)氣壓縮機(jī)廠房，廠房內(nèi)新增1臺小型脫鹽水冷卻器，將脫鹽水溫度降至28 ℃(壓力約0.5 MPa)送往循環(huán)氣壓縮機(jī)填料處用于填料冷卻，出填料的脫鹽水并入冷凝液管網(wǎng)，隨冷凝液返回脫鹽水站重新制取脫鹽水。改造后，循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，很少出現(xiàn)因填料泄漏引發(fā)的停機(jī)問題，有效提升了循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性，減少了停機(jī)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

5 其他異常問題

(1)正常生產(chǎn)中，為了脫除變換氣中的煤塵和氨，氨預(yù)洗塔使用中壓鍋爐給水對變換氣進(jìn)行洗滌除塵和除氨，洗滌后產(chǎn)生的工藝廢水送煤氣水分離系統(tǒng)。因氨預(yù)洗塔液位調(diào)節(jié)閥為DN25截止閥，閥徑較小，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)大幅波動(dòng)(提高)時(shí)，粗煤氣流量增加，變換氣帶塵量增大，易造成氨預(yù)洗塔液位調(diào)節(jié)閥堵塞，工藝廢水無法正常外送，氨預(yù)洗塔液位增高而影響正常生產(chǎn)。于是，在氨預(yù)洗塔液位調(diào)節(jié)閥處增加DN50旁路，設(shè)置五閥組，當(dāng)氨預(yù)洗塔液位調(diào)節(jié)閥堵塞時(shí)，可通過旁路進(jìn)行調(diào)整，也可切出檢修清理，以保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)。

(2)每次煤制天然氣裝置開車時(shí)，在甲醇/水/HCN分離塔未正常運(yùn)行前，甲醇/水/HCN分離塔塔底排放廢水都存在甲醇含量超標(biāo)現(xiàn)象，且塔底溫度越低塔底排放廢水中甲醇含量越高，如長時(shí)間得不到控制，不僅影響預(yù)洗系統(tǒng)的開車進(jìn)度，而且會(huì)造成甲醇的大量浪費(fèi)。于是，新增管線將(煤制天然氣裝置開車時(shí))甲醇/水/HCN分離塔未正常運(yùn)行前的塔底廢水引至尾氣洗滌塔，然后經(jīng)尾氣洗滌塔塔底泵加壓后重新返回甲醇/水/HCN分離塔內(nèi)，如此一來，既可回收廢水中的甲醇，又可減少廢水排放。

(3)為增強(qiáng)氨預(yù)洗塔的洗滌效果，原設(shè)計(jì)入氨預(yù)洗塔的DN1000變換氣管線直接插入塔內(nèi)正常操作液位以下，且在管線底部開滿了篩孔，變換氣從篩孔或底部管口穿過液面進(jìn)入底部塔盤，經(jīng)中壓鍋爐水洗滌后出氨預(yù)洗塔。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)氨預(yù)洗塔液位增高或系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氨預(yù)洗塔經(jīng)常出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，導(dǎo)致出氨預(yù)洗塔變換氣帶液，嚴(yán)重時(shí)原料氣換熱器底部甲醇中水含量高達(dá)37.97%，易造成原料氣換熱器結(jié)冰堵塞，影響煤制天然氣裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。于是，將氨預(yù)洗塔液位下的導(dǎo)流罩橫向增加6根DN400分布器且均勻分布，并在每根分布器上設(shè)置182個(gè)直徑為50 mm的篩孔。優(yōu)化改造后，氨預(yù)洗塔再未發(fā)生過液泛或變換氣帶液現(xiàn)象，原料氣換熱器底部甲醇中水含量降至了4.79%。

6 結(jié)束語

該煤制天然氣裝置自原始開車以來，其低溫甲醇洗系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)了HHC傾析罐操作溫度偏高、甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞、循環(huán)氣壓縮機(jī)填料泄漏、氨預(yù)洗塔液泛等問題，對裝置的運(yùn)行造成了一定的影響，為此，查找和分析問題的癥結(jié)所在后，通過不斷地摸索與探討并實(shí)施相應(yīng)的優(yōu)化改造，低溫甲醇洗系統(tǒng)出現(xiàn)的各類問題均得到了很好地解決，生產(chǎn)運(yùn)行中系統(tǒng)抗干擾能力和操作彈性得到增強(qiáng)，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均在可控范圍內(nèi)，有力地保障了煤制天然氣裝置的長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。