降低低溫甲醇洗二氧化碳排放氣中CH4含量的優(yōu)化操作

程文龍

【摘 要】簡(jiǎn)單介紹低溫甲醇洗氣體凈化工藝的技術(shù)特點(diǎn)；從工藝流程、設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)際分析數(shù)據(jù)等方面闡述甲烷損失位置；通過計(jì)算甲烷損失給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染問題；通過優(yōu)化工藝操作和技術(shù)改造等手段，對(duì)工藝操作調(diào)整前后分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)操作方案，排放氣中甲烷的含量明顯降低，達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】低溫甲醇洗；二氧化碳排放氣；甲烷；調(diào)整優(yōu)化

1 簡(jiǎn)介低溫甲醇洗

低溫甲醇洗是一種節(jié)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(fèi)用低等技術(shù)特點(diǎn)，特別適用于在現(xiàn)代煤化工、石油化工等領(lǐng)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?yàn)檫@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(huán)境保護(hù)規(guī)則下，就可以直接排入大氣或用于生產(chǎn)CO2，回收生產(chǎn)尿素[2]。大唐克旗煤制天然氣公司利用低溫甲醇洗對(duì)變換冷卻裝置來的原料氣進(jìn)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(zhì)，制得CO2≤1.5%，總S≤0.2ppm的合格凈化氣，送往甲烷化裝置進(jìn)行合成甲烷。經(jīng)過吸收的富甲醇通過再生塔進(jìn)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(yùn)行過程中還存在能耗較高的問題，就其中一項(xiàng)二氧化碳排放氣中甲烷含量高進(jìn)行分析、計(jì)算、調(diào)整優(yōu)化，達(dá)到節(jié)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(jiǎn)介排放氣的來源。從變換裝置來的粗煤氣進(jìn)入低溫甲醇洗裝置，經(jīng)分離、冷卻降溫后，進(jìn)入脫硫塔，脫硫塔分為兩段：預(yù)洗段和主洗段。在預(yù)洗段，除去粗煤氣中的水份、混合苯、HCN、部分有機(jī)硫、高分子化合物，防止這部分雜質(zhì)進(jìn)入主洗段造成甲醇污染，保證甲醇再生質(zhì)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(jìn)行減壓閃蒸、氣提，一段閃蒸出C0、H2、CH4有效氣體進(jìn)行回收，二段進(jìn)行減壓閃蒸后的氣體含有大量的H2S送至三段進(jìn)行濃縮，同三段閃蒸出的二氧化碳并入尾氣系統(tǒng)，送入尾氣洗滌塔進(jìn)行洗滌排放。

經(jīng)過脫硫處理后的氣體進(jìn)入脫碳塔，制得凈化氣（CO2≤1.5%），吸收C02的甲醇富液進(jìn)入二氧化碳閃蒸塔三段進(jìn)行減壓閃蒸、氣提，一段閃蒸出C0、H2、CH4有效氣體進(jìn)行回收，二、三段閃蒸出大量的C02，C02排放氣經(jīng)過冷量回收后，送入尾氣洗滌塔進(jìn)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(jī)加壓后送至系統(tǒng)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(gè)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(duì)二氧化碳排放氣成分進(jìn)行設(shè)計(jì)值與實(shí)際分析值進(jìn)行對(duì)比：

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：二氧化碳排放氣設(shè)計(jì)指標(biāo)：114081Nm3/h、8℃、0.11MPa。設(shè)計(jì)成分：CO2：87%、CH4：1.34%、N2：10.5%

實(shí)際數(shù)據(jù)：負(fù)荷在80%二氧化碳排放氣實(shí)際指標(biāo)：80000Nm3/h

實(shí)際成分：CO2：83%、CH4：1.8%、N2：13.5%

通過設(shè)計(jì)與實(shí)際各組份對(duì)比可知，實(shí)際生產(chǎn)過程中CH4的排放量大于設(shè)計(jì)值，CH4也是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一，已知相同分子數(shù)的CH4和CO2，CH4導(dǎo)致的溫室效應(yīng)更明顯，甲烷對(duì)環(huán)境污染帶來更大的危害；同時(shí)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(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算：

每年裝置運(yùn)行8000小時(shí)；每標(biāo)方天然氣價(jià)格2.75元/Nm3；負(fù)荷在80%二氧化碳排放氣量80000Nm3/h。N（損失費(fèi)用）=（1.8%-1.34%）*80000Nm3/h*8000h*2.75元/Nm3=809.6萬元/年

經(jīng)過計(jì)算，一年的損失費(fèi)與設(shè)計(jì)值對(duì)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(nèi)容為：在總壓不高時(shí)，恒溫下，稀溶液上方的氣體溶質(zhì)平衡分壓與該溶質(zhì)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(shù)情況下，溶解度系數(shù)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(jìn)行，解吸要求在高溫度下進(jìn)行。

通過上述內(nèi)容可知，通過對(duì)二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段進(jìn)行無限提溫降壓，可將此段的有效氣態(tài)C0、H2、CH4等有效氣體全部回收。但實(shí)際工藝運(yùn)行狀況可知，二氧化碳閃蒸塔一段、硫化氫濃縮塔一段進(jìn)行提溫、降壓不能無限進(jìn)行，受到回收有效氣體壓縮機(jī)條件的制約，因往復(fù)式壓縮機(jī)入口壓力、出口溫度均有要求，設(shè)置入口壓力、出口溫度聯(lián)鎖以保護(hù)為往復(fù)式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，防止因壓差、溫升過大損壞往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞環(huán)、氣閥等部件。

2.3 調(diào)整優(yōu)化：

在實(shí)際運(yùn)行過程中受到設(shè)備、工藝條件限制，只能進(jìn)行小幅度的工藝指標(biāo)調(diào)整，具體嘗試調(diào)整如下：

（1）根據(jù)壓縮機(jī)入口壓力、出口溫度報(bào)警值，進(jìn)行工藝操作，保證壓縮機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，穩(wěn)定入口壓力及溫度，適當(dāng)對(duì)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(dāng)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(diào)，有利于貧甲醇的降溫[1]。

（2）對(duì)二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔一段原溫度基礎(chǔ)上提高6℃后，壓縮機(jī)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(jù)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(shí)再吸收液給料泵的打量至滿負(fù)荷，無法在提升，在有限條件下，增加了解析氣體內(nèi)有效氣體濃度。

（4）因再吸收液給料泵設(shè)計(jì)流量無法滿足現(xiàn)有工藝條件需求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了此方面技術(shù)改造（因涉及公司技術(shù)保密在此不做介紹）。

調(diào)整后二氧化碳排放氣分析數(shù)據(jù)：CO2：84.8%、CH4：1.55%、N2：12.1%

3 結(jié)論

通過精細(xì)操作、技術(shù)改造、嚴(yán)控工藝指標(biāo)等手段已經(jīng)能夠控制二氧化碳排放氣內(nèi)部分有效氣體甲烷的排放量，含量降低0.3%，每年節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益大約450萬元左右，但調(diào)整后，再生系統(tǒng)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(xì)操作。

由分析數(shù)據(jù)可知，甲烷排放指標(biāo)仍然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要有四方面原因：（1）設(shè)計(jì)缺陷，沒有充分考慮有效氣體的全部回收。（2）設(shè)備選型問題，只能根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備工況進(jìn)行調(diào)整，不具備更換設(shè)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(xù)降低甲烷排放指標(biāo)，將是我們不斷探索的主題。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]秦旭東，李正西，宋洪強(qiáng)，吳錫章.低溫甲醇洗和聚乙二醇二甲醚工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2007（1）：25.endprint