降低低溫甲醇洗二氧化碳排放氣中CH4含量的優化操作

程文龍

【摘 要】簡單介紹低溫甲醇洗氣體凈化工藝的技術特點；從工藝流程、設計參數、實際分析數據等方面闡述甲烷損失位置；通過計算甲烷損失給企業帶來的經濟損失和環境污染問題；通過優化工藝操作和技術改造等手段，對工藝操作調整前后分析數據進行對比，發現最優操作方案，排放氣中甲烷的含量明顯降低，達到一定的經濟效益。

【關鍵詞】低溫甲醇洗；二氧化碳排放氣；甲烷；調整優化

1 簡介低溫甲醇洗

低溫甲醇洗是一種節能型的成熟可靠的酸性氣體凈化工藝，具有操作彈性大、吸收能力大、選擇性好、氣體凈化度高、操作費用低等技術特點，特別適用于在現代煤化工、石油化工等領域。低溫甲醇洗適合于分離和脫除酸性氣體組分 CO2、H2S及COS， 因為這些組分在甲醇中具有不同的溶解度， 而這種選擇性能有利于得到無硫的尾氣。在遵守環境保護規則下，就可以直接排入大氣或用于生產CO2，回收生產尿素[2]。大唐克旗煤制天然氣公司利用低溫甲醇洗對變換冷卻裝置來的原料氣進行選擇性吸收，除去粗煤氣中的CO2、H2S等酸性氣體以及油、水等雜質，制得CO2≤1.5%，總S≤0.2ppm的合格凈化氣，送往甲烷化裝置進行合成甲烷。經過吸收的富甲醇通過再生塔進行減壓閃蒸后，閃蒸出的CO2直接排放至大氣。

2 低溫甲醇洗排放氣來源分析

低溫甲醇洗運行過程中還存在能耗較高的問題，就其中一項二氧化碳排放氣中甲烷含量高進行分析、計算、調整優化，達到節能降耗的目的。

2.1 甲烷損失分析：

通過大唐克旗煤制天然氣公司低溫甲醇洗工藝流程簡介排放氣的來源。從變換裝置來的粗煤氣進入低溫甲醇洗裝置，經分離、冷卻降溫后，進入脫硫塔，脫硫塔分為兩段：預洗段和主洗段。在預洗段，除去粗煤氣中的水份、混合苯、HCN、部分有機硫、高分子化合物，防止這部分雜質進入主洗段造成甲醇污染，保證甲醇再生質量；主洗段脫出粗煤氣中的H2S。主洗段硫化氫的甲醇富液送至硫化氫濃縮塔三段進行減壓閃蒸、氣提，一段閃蒸出C0、H2、CH4有效氣體進行回收，二段進行減壓閃蒸后的氣體含有大量的H2S送至三段進行濃縮，同三段閃蒸出的二氧化碳并入尾氣系統，送入尾氣洗滌塔進行洗滌排放。

經過脫硫處理后的氣體進入脫碳塔，制得凈化氣（CO2≤1.5%），吸收C02的甲醇富液進入二氧化碳閃蒸塔三段進行減壓閃蒸、氣提，一段閃蒸出C0、H2、CH4有效氣體進行回收，二、三段閃蒸出大量的C02，C02排放氣經過冷量回收后，送入尾氣洗滌塔進行洗滌排放。

二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔一段有效氣體通過壓縮機加壓后送至系統回收。

因大量的C02未被回收利用排至大氣，通過工藝流程可知主要二氧化碳來源主要三個位置：硫化氫濃縮塔三段排放氣、二氧化碳閃蒸塔二段排放氣、二氧化碳閃蒸塔三段排放氣。

對二氧化碳排放氣成分進行設計值與實際分析值進行對比：

設計數據：二氧化碳排放氣設計指標：114081Nm3/h、8℃、0.11MPa。設計成分：CO2：87%、CH4：1.34%、N2：10.5%

實際數據：負荷在80%二氧化碳排放氣實際指標：80000Nm3/h

實際成分：CO2：83%、CH4：1.8%、N2：13.5%

通過設計與實際各組份對比可知，實際生產過程中CH4的排放量大于設計值，CH4也是造成溫室效應的主要氣體之一，已知相同分子數的CH4和CO2，CH4導致的溫室效應更明顯，甲烷對環境污染帶來更大的危害；同時CH4是天然氣的主要成分，CH4大量的排放給公司帶來巨大的經濟損失。經濟損失計算：

每年裝置運行8000小時；每標方天然氣價格2.75元/Nm3；負荷在80%二氧化碳排放氣量80000Nm3/h。N（損失費用）=（1.8%-1.34%）*80000Nm3/h*8000h*2.75元/Nm3=809.6萬元/年

經過計算，一年的損失費與設計值對比多809.6萬元/年。

2.2理論分析：

因低溫甲醇洗的物理吸收解析過程遵循亨利定律。亨利定律的內容為：在總壓不高時，恒溫下，稀溶液上方的氣體溶質平衡分壓與該溶質在液相中的濃度呈正比；由亨利定律可知，氣體的分壓越大，其在溶液中的溶解度也就越大。所以，增加壓力有利于吸收。反之，降低壓力有利于解吸。在大多數情況下，溶解度系數隨溫度的下降而增大，故物理吸收要求在盡可能低的溫度下進行，解吸要求在高溫度下進行。

通過上述內容可知，通過對二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段進行無限提溫降壓，可將此段的有效氣態C0、H2、CH4等有效氣體全部回收。但實際工藝運行狀況可知，二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段進行提溫、降壓不能無限進行，受到回收有效氣體壓縮機條件的制約，因往復式壓縮機入口壓力、出口溫度均有要求，設置入口壓力、出口溫度聯鎖以保護為往復式壓縮機的安全運行，防止因壓差、溫升過大損壞往復式壓縮機的活塞環、氣閥等部件。

2.3 調整優化：

在實際運行過程中受到設備、工藝條件限制，只能進行小幅度的工藝指標調整，具體嘗試調整如下：

（1）根據壓縮機入口壓力、出口溫度報警值，進行工藝操作，保證壓縮機能夠平穩運行，穩定入口壓力及溫度，適當對二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段由原壓力降低0.2MPA；通過適當降低再生塔再生壓力來降低貧甲醇再生溫度，操作壓力下調，有利于貧甲醇的降溫[1]。

（2）對二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔一段原溫度基礎上提高6℃后，壓縮機出口溫度控制在103℃-108℃，有效氣體回收量明顯增加，但操作彈性減小。

（3）根據CO2、C0、H2、CH4在甲醇中溶解度不同，適量增大二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段噴淋再吸收甲醇量；二氧化碳閃蒸塔一段甲醇噴淋量由原來的3.2噸提升至3.8噸，硫化氫濃縮塔一段噴淋量由原來的1.9噸提升至3.2噸，此時再吸收液給料泵的打量至滿負荷，無法在提升，在有限條件下，增加了解析氣體內有效氣體濃度。

（4）因再吸收液給料泵設計流量無法滿足現有工藝條件需求，根據現場實際情況進行了此方面技術改造（因涉及公司技術保密在此不做介紹）。

調整后二氧化碳排放氣分析數據：CO2：84.8%、CH4：1.55%、N2：12.1%

3 結論

通過精細操作、技術改造、嚴控工藝指標等手段已經能夠控制二氧化碳排放氣內部分有效氣體甲烷的排放量，含量降低0.3%，每年節約經濟效益大約450萬元左右，但調整后，再生系統操作彈性明顯降低，降低了事故承受能力，更需要操作人員的精細操作。

由分析數據可知，甲烷排放指標仍然沒有達到設計要求，主要有四方面原因：（1）設計缺陷，沒有充分考慮有效氣體的全部回收。（2）設備選型問題，只能根據現有設備工況進行調整，不具備更換設備條件。（3）工藝路線選擇上存在問題。（4）工藝人員操作技能有待提高。今后，如何繼續降低甲烷排放指標，將是我們不斷探索的主題。

【參考文獻】

[1]張云芳，田文平.淺談低溫甲醇洗系統消耗問題，中氮肥，山東華魯恒升集團有限公司[ 中圖分類號]TQ 113.26+4[文獻標識碼]B[文章編號]1004-9932（2012）03-0035-02，2012.5（3）.

[2]秦旭東，李正西，宋洪強，吳錫章.低溫甲醇洗和聚乙二醇二甲醚工藝的技術經濟對比化工技術經濟，2007（1）：25.endprint