低溫甲醇洗冷量消耗全局分析及優化措施

松建寶

摘 要：文章介紹了低溫甲醇洗的工藝原理和流程，對低溫甲醇洗系統的冷量來源與損耗進行說明，并簡要介紹了平衡冷量的方法。針對裝置運行中出現的冷量不平衡問題并且導致凈化氣不合格問題進行了深入分析，并對現有工藝進行優化達到冷量的充分利用。

關鍵詞：低溫甲醇洗;冷量消耗;優化

1 低溫甲醇洗及具體工程概述

在煤化工領域，無論是煤的直接液化、間接液化，還是煤氣化制取化工產品的工藝裝置中，大多都要有氣體凈化工藝，而低溫甲醇洗工藝無疑是目前最具競爭實力、成熟的氣體凈化技術。

低溫甲醇洗工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對酸性氣體（CO2、H2S、COS等）溶解度極大的優良特性，脫除原料氣中的酸性氣體，是一種物理吸收法。低溫甲醇洗工藝是目前國內外所公認的最為經濟且凈化度高的氣體凈化技術，具有其他脫硫、脫碳技術不能取代的特點，如：凈化氣質量好，凈化度高，溶劑不氧化、不降解，有很好的化學熱穩定性，溶劑不起泡，能耗低，運轉費用低，但甲醇有毒，對操作和維修要求嚴格，生產運行穩定、可靠等。

某化工公司低溫甲醇洗工段采用林德七塔流程工藝，可分為兩個大區，即冷區和熱區。冷區由甲醇洗滌塔T1601，中壓閃蒸罐D1602、D1603，二氧化碳閃蒸塔T1602，硫化氫濃縮塔T1603，進一步汽提CO2塔T1606組成;熱區由甲醇熱再生塔T1604，甲醇/水分離塔T1605，尾氣洗滌塔T1607組成。甲醇洗滌塔T1601分為上塔和下塔，上塔上段吸收CO2，使出塔頂的凈化氣中CO2體積分數在2.75%～4.5%左右，總硫體積分數在0.1ppm以下。來自甲醇貧液泵的380t/h貧甲醇依次經過換熱冷卻，溫度降至-52℃，進入T1601上塔。吸收CO2后的甲醇溶液溫度升高，當T1601上塔上段甲醇溶液溫度升高到-17.6℃后抽出，在循環甲醇冷卻器E1606中被來自硫化氫濃縮塔T1603上塔底部經E1608A～C中的冷甲醇冷卻到-38℃后，送回T1601上塔中段，再次吸收二氧化碳。當富甲醇溫度升到-17.4℃后，再次從T1601上塔中段底部抽出，先經丙烯冷卻器E1605，與來自冷凍工段的液態丙烯換熱至-19℃，然后進入E1606換熱器中被冷卻到-38℃后，送回T1601上塔下段。這2次抽出冷卻的目的就是將吸收劑甲醇的溫度冷卻到最佳吸收溫度，以保證充分吸收。

T1601上塔下段底部富二氧化碳甲醇液溫度為-16.4℃，這股溶液分2部分，一部分經甲醇換熱器E1607和丙烯冷卻器E1604換熱，溫度降至-34℃后，去循環氣閃蒸罐D1602;另一部分進入T1601下塔底部，吸收硫化氫和二氧化碳。T1601下塔主要用來脫硫（硫化氫和二氧化碳），從下塔底部出來的富含硫化氫甲醇溶液，被來自尾氣換熱器換熱，從-16℃冷卻到-20℃，再經甲醇換熱器換熱，冷卻到-23℃后，再與凈化氣換熱器中換熱，溫度降至-34℃，進入循環氣閃蒸罐D1603。中壓閃蒸氣進入循環氣壓縮機C1601壓縮到5.6MPa（A）后，經水冷器冷卻到35℃，送入原料氣冷卻器前的進氣管，以回收利用氫氣和一氧化碳。

2 冷量平衡

2.1 系統冷量的來源

①水冷器：甲醇水冷卻器、克勞斯氣冷卻器和循環氣壓縮機水冷器，都是以循環水為介質降低甲醇、酸性氣體和循環氣溫度以及動設備運行帶來的熱量，是系統冷量的來源之一;②丙烯冷卻器：丙烯冷卻器是通過丙烯蒸發制冷，來降低循環甲醇的溫度，是低溫甲醇洗冷量的重要來源之一，其中冰機對它的控制起至關重要的作用;③解析塔（中壓閃蒸罐、二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔、進一步汽提CO2塔）降壓閃蒸和氣提：甲醇經洗滌原料氣中的酸性氣后，進入各種解析塔閃蒸、氣提和熱再生塔再生利用。降壓閃蒸和氣提會將甲醇中的冷量釋放，因此降壓閃蒸過程所釋放冷量是低溫甲醇洗冷量的另一個主要來源。

2.2 冷量的損耗和平衡

低溫甲醇洗裝置的冷量損失主要在：①換熱器的換熱效果不佳，冷熱交換不充分，冷量回收率降低;②系統保冷效果差，跑冷現象較大;另外現場的跑冒滴漏等，也造成了冷量的損失;③動設備運行生熱，也會消耗系統的冷量;④出裝置區的CO2產品氣和放空尾氣，也會夾帶部分冷量被送出，造成的冷量損失。

冷量平衡的方法有：①降低解析裝置（中壓閃蒸罐、二氧化碳閃蒸塔、硫化氫濃縮塔、進一步汽提CO2塔）的壓力，使有效氣氫氣和一氧化碳以及CO2產品氣最大限度地被解析出來，增強閃蒸制冷效果，增加系統冷量;②增加氣提氮氣的流量，使富硫化氫甲醇中的CO2，被氣提，降低再生甲醇所含的熱量，減少冷量消耗;③適當增加丙烯壓縮機的負荷，降低丙烯的蒸發壓力，提高丙烯冷卻器的制冷效果，增加丙烯閃蒸量，為系統帶來更多的冷量;④設法降低貧富甲醇換熱器冷端溫度，增強貧富甲醇換熱器的換熱效果;⑤提高貧甲醇的純度;⑥加強操作，合理調節甲醇循環量。

3 裝置優化及效果

3.1 裝置存在的問題

冷耗大小是衡量低溫甲醇洗裝置能耗的重要指標。隨著裝置的長期運行，較大的冷量損失引發許多問題，若不能提供足夠的冷量就會影響甲醇的吸收能力，達不到氣體所要求的凈化度，嚴重影響著低溫甲醇洗的運行效果。現裝置存在的問題有：①吸收塔出口凈化氣總硫含量超標;②水冷器換熱效果差;③尾氣帶冷較大;④冰機超負荷運行，能耗較大;⑤甲醇循環量大;⑥貧富甲醇換熱器換熱能力低，冷端溫度較高（如表1所示）。

由上表可知，換熱器冷端溫度較設計值偏差較大，冷端實際溫差14.8℃而設計溫差僅為8.8℃，說明換熱器的換熱效果差，并且整個系統的冷量損失也比較大。這也是直接導致入吸收塔的貧甲醇溫度偏高，使得吸收塔出口凈化氣S含量超標的原因。

3.2 裝置優化方案

為提高裝置的運行效果，解決現有問題，保證工藝氣指標正常的同時，優化工藝操作以增加系統冷量。具體措施如下：①加大水冷器的循環水量，降低酸性氣體和克勞斯氣體的溫度，帶走系統中的熱量;②適當提高氣提氮氣量來提供足夠的解吸推力，使二氧化碳完全解析，降低再生塔負荷和循環甲醇的溫度;③降低中壓閃蒸罐和二氧化碳閃蒸塔的壓力，使循環氣和二氧化碳從甲醇中全部解析，將系統中隱藏的冷量完全釋放出來。經過操作優化，在丙烯壓縮機正常負荷下，系統冷量平衡效果明顯，但仍未達到期望效果。我們又采取增加一組列管式貧富甲醇換熱器的方法來提高換熱效率進行工藝優化。裝置優化后，我們對相關溫度測量點進行跟蹤對比，對比見表2。

經過裝置的進一步優化，貧富甲醇換熱器冷端貧甲醇溫度由-26℃降低至-32.1℃，冷端溫差由14.8℃降至10.9℃，達到設計指標。

4 結語

低溫甲醇洗裝置通過操作優化、丙烯壓縮機調整負荷和新增貧富甲醇換熱器的技改方法，使入吸收塔的貧甲醇溫度達到設計值，降低了甲醇循環量，保證了吸收塔出口凈化氣合格，尾氣帶冷現象明顯好轉，間接為公司節約了運行成本。

參考文獻：

[1]王民亭，馬偉.低溫甲醇洗冷量不平衡的分析及優化[J].煤化工，2019，47（04）：37-41.

[2]文煥.低溫甲醇洗系統冷量優化研究及應用[J].石油石化綠色低碳，2018，3（06）：62-66.