淺談低溫甲醇洗工藝甲醇循環量不足的影響及處理措施

謝計廣

摘 要：低溫甲醇洗是以冷甲醇為原料劑，利用低溫下甲醇液體與酸性氣體相溶的特性，進而脫除原料氣中的酸性氣體。低溫甲醇洗裝置在運行過程中，由于甲醇循環量不足的情況極易導致裝置停轉、負荷增大，如果采取單一切入式的檢修方法，對裝置的完整性將造成嚴重損害。因此，本文將針對低溫甲醇洗工藝流程中甲醇循環量不足對裝置造成的影響，圍繞采取的有效處理措施展開論述。

關鍵詞：低溫甲醇洗；甲醇循環量不足；影響；處理措施

煤制氫裝置的工作原理是：生產出的合成氣經CO變換、酸性氣脫除以及變壓吸附氫氣提純等組合工藝產出合格氫氣。而酸性氣脫除則采用林德低溫甲醇洗工藝，由于該裝置運行時間較長，導致甲醇換熱器阻塞，甲醇的循環量出現嚴重不足的情況，對氣體產出量造成嚴重影響。因此，必須采取有效措施，解決這一問題，確保低溫甲醇洗裝置能夠恢復正常的運行狀態。

一、甲醇循環量不足對工藝流程的影響

低溫甲醇洗裝置的反應過程屬于物理現象，主要借助于吸收劑甲醇除去變換氣中的酸性氣體，當裝置內部反應溫度達到-51.45℃時，甲醇溶液能夠快速溶解變換氣中的COS、CO2、H2S酸性氣體，在溶解過程中，受到甲醇溶液濃度以及裝置內部溫度與壓力的影響，溶解速度也有所不同。富甲醇經過快速蒸發與氣提再生過程，向裝置內供應足夠的冷量，然后閃蒸氣完成循環壓縮，進入到吸收塔當中，這期間，額外的損耗量達到最低值。甲醇水分離塔始終控制甲醇循環過程，并保持水平衡，這時，尾氣洗滌塔將尾氣中的甲醇消耗量降到最低。最后變換氣中氨含量達到最小值，其中的酸性氣體流經硫磺回收裝置，被深度凈化，進而提取出可用的硫磺產品。

如果在正常工況下，甲醇換熱器的最高通量達到360t/h，當甲醇供給量無限增加，由于最高能量遠小于設計最大流量值450t/h，因此甲醇的循環裝置將無法正常運行，甲醇溶液也無法通過[1]。這時，甲醇的最大循環量只能滿足裝置78%的承受荷載，當外界荷載繼續增大時，甲醇循環量就會出現嚴重不足的情況，變換氣中的二氧化碳氣體凈化不完全，不符合CO2≤2%的設計標準，如果不采取處理措施，超標的CO2氣體就會使甲醇吸附劑失去活性，而低溫甲醇洗裝置只能在低負荷下保持正常的運行狀態，因此，必須進一步優化甲醇洗工藝，采取有效的處理措施對裝置進行升級改造。

二、甲醇循環量不足的處理措施

（一）提壓增壓，提升甲醇循環量

導致甲醇循環量不足的原因主要是由于甲醇循環流通路徑受阻，而受阻位置常常出現在熱再生塔與甲醇存儲罐之間，如果提高熱再生塔的壓力值，從0.20Mpa提升至0.24Mpa，就可以解決甲醇循環流通受阻的情況。因為熱再生塔壓力值升高，甲醇在單位時間內的循環量就會增大，當壓力值達到0.24Mpa時，甲醇的最大循環量提升至345t/h，此時，變換氣中的CO2含量就會降低。變換氣中CO2氣體含量與甲醇循環量比對數值如表1所示，二者含量的比對曲線如圖1所示。

由圖1可以看出，當提升熱再生塔壓力值以后，甲醇循環量提高，對最終產品的指標產生較大影響，變換氣中的CO2含量明顯降低，低溫甲醇洗裝置的承受荷載顯著提高。但是，這種提壓的方法也存在一定缺陷，在壓力值升高過程中，位于熱再生塔底部的貧甲醇溫度值也會隨之升高，貧甲醇泵的氣蝕危險系數也會大幅提升。在這一過程中，位于塔頂的酸性氣體溫度值逐漸升高，甲醇蒸氣量增大，而造成甲醇損失量過大，基于此，這種方法只適用于一些特殊的工況條件，具有一定局限性。

（二）降低吸收溫度，增大酸性氣體溶解度

在低溫甲醇洗裝置運行過程中，甲醇溶液吸收溫度越低，酸性氣體的脫除速度就越快，在壓力值一定的情況下，系統的吸收溫度與變換氣的要求具有較大的關聯度，其中對吸收效率造成影響的因素主要包括：系統內原料氣溫度值與焓值；甲醇吸收溶液自身的溫度以及外界氣候條件等。正常情況下，低溫甲醇洗裝置的內部溫度值為-51℃，如果將該溫度降低至-57℃，變化氣中的CO2氣體的吸收率就會隨之增加。變換氣CO2含量與甲醇溫度的數值比對如表2所示，二者間的數值比對曲線如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著甲醇溶液的循環溫度的降低，變換氣中的CO2含量也隨之降低，溶解速度較快。降低溫度系統溫度可以采取以下工藝措施，第一是降低入吸收塔的變換氣溫度、第二是降低貧甲醇的溫度、第三是增加富甲醇的解析制冷[2]。在富甲醇解析制冷環節，主要是將低溫洗裝置中的酸性氣送達到硫化氫濃縮塔以及氣提塔中進行再生，在這一過程中，提升解吸量，增加解吸冷量，可以降低硫化氫濃縮塔內的壓力值，從原來的0.60Mpa降到0.55Mpa，進而使富甲醇產生更多的冷量。此外，也可以增大進入硫化氫濃縮塔與氣提塔的氮氣含量，降溫原理與上一種方法相同。但是，采用這種制冷方法，必須保證在標準設計值范圍內，以免造成工況波動情況，而出現系統內氣液不均衡現象，影響凈化質量。

（三）降低甲醇溶液含水量，提升甲醇溶液純度

由于低溫甲醇洗裝置標準的控水量≤1%，如果裝置中甲醇溶液的水含量升高，就會直接影響凈化效果，變換氣中的CO2等氣體就不能充分溶解，同時，裝置內部的水分越高，就會加速設備的腐蝕速度，給低溫甲醇洗裝置的使用壽命造成諸多負面影響。甲醇溶液中的水分來源主要是變換氣中水分、甲醇循環溶液水以及除鹽水，針對水分來源，可以采取兩種方法，去除系統中的多余水分，提高甲醇溶液的純度。其一是定期檢查機封冷卻器以及各個水冷器的運行狀態，如果在檢查過程中發現內漏情況，必須及時予以處理。其二是增大甲醇脫水塔的負荷量，利用脫水裝置控制系統內的水平衡，以達到提純的目的。

結束語：

應對甲醇循環量不足對系統正常工作狀況造成的影響，除了以上方法還可以采取提升系統吸收壓力的方法，隨著低溫甲醇洗工藝的日漸純熟，廣大技術人員也不斷探尋新方法，吸取經驗教訓，逐步探索總結出諸多應對措施，為工業生產提供了純度更高、質量更好的氣體原料。

參考文獻：

[1]欒永超.低溫甲醇洗工藝甲醇循環量不足的影響及處理措施[J].廣州化工，2015（10）：154-156.

[2]晉妍.低溫甲醇洗技術及其在煤化工中的應用[J].山東工業技術，2019（16）：67.