低溫甲醇洗貧甲醇換熱器泄漏冷量平衡優化

馬 偉，劉克存

（陜西咸陽化學工業有限公司，陜西西安 712000）

陜西咸陽化學工業有限公司年產600kt甲醇合成工藝以煤為原料，采用多元料漿氣化制取粗煤氣，部分粗煤氣經過耐硫變換調整H2/CO比例、然后經過低溫甲醇洗氣體凈化制備合格的合成氣，再經過甲醇合成、精餾生產精甲醇。2018年11月12日，我公司低溫甲醇洗裝置貧甲醇水冷器E1611（甲醇/循環水）微漏，貧甲醇泄漏至循環水中，嚴重影響循環水單元的穩定運行。通過工藝優化，實現了E1611循環水在線切出隔離條件下，確保了系統冷量再次平衡，同時通過提前蓄冷量加負荷過程中釋放冷量的方式克服了高溫天氣系統加負荷、開車過程中冷量不足問題，避免了一次專項停車檢修。

1 低溫甲醇洗的工藝簡介

我公司低溫甲醇洗工段采用林德的4塔流程工藝，由甲醇洗滌塔T1601，中壓閃蒸罐D1602、D1603，H2S濃縮塔T1603，N2氣提塔T1606組成，甲醇熱再生塔T1604和甲醇/ 水分離塔T1605組成。甲醇洗滌塔T1601分為上塔和下塔，上塔共分3段。甲醇洗滌塔上塔上段吸收CO2，使出洗滌塔塔頂的凈化氣中CO2含量在2.7%（v），總硫含量控制在0.1×10-6（v）以下。來自貧甲醇儲罐D1605的貧液經過P1605泵加壓，依次經過換熱冷卻溫度降至-54.7℃，進入甲醇洗滌塔進行洗滌。甲醇洗滌塔上塔下段底部富CO2甲醇液溫度為-16.7℃，這股溶液分兩部分，一部分經甲醇換熱器E1607和丙烯冷卻器E1604換熱，溫度降至-36.3℃后去循環氣閃蒸罐D1602，另一部分進入甲醇洗滌塔下塔頂部吸收硫化氫和總硫。甲醇洗滌塔下塔主要用來脫硫，從下塔底部來的富硫化氫甲醇溶液被冷卻至-31.4℃后，進入循環氣閃蒸罐D1603。中壓區閃蒸氣進入循環氣壓縮機C1601壓縮到5.8MPa后，經水冷器冷卻到41℃送入系統，以回收利用有效氣H2、CO。富甲醇依次經過氮氣汽提，使CO2氣體解析，然后進過熱再生塔再生，使H2S氣體以及CO2充分解析，酸氣經過硫化氫濃縮塔提濃后，H2S含量達到25%～45%送至硫回收裝置處理。CO2尾氣經過尾氣洗滌塔T1607洗滌甲醇，然后排放至大氣。

2 系統冷量平衡原理

系統冷量平衡原理以CO2氣體在不同壓力、溫度的條件下，在甲醇溶液中的溶解度不同為依據，合理分配CO2氣體解析過程釋放的冷量，以達到系統冷量平衡的目的。

1）CO2氣體從甲醇中解析是個吸熱過程。降低T1603塔氣提氮氣流量，增加了CO2氣體的分壓，提高了溶解度，使CO2氣體在T1603塔底解析量減少，吸收的熱量也隨之減少，因此其下塔溫度上漲。

2）增加T1606塔氣提氮氣流量，降低了CO2氣體在T1606塔的分壓，降低了溶解度，使CO2氣體在T1606塔充分解析量，解析的冷量增加，從而使系統冷量從T1603塔后移至T1606塔，因此出T1606塔的富甲醇溫度降低，經過E1610換熱后，出E1610的貧甲醇溫度降低，D1605罐甲醇隨之降低，因此P1605泵進出口貧甲醇溫度降低。

3）提高T1603塔壓力，使中壓區進入T1603塔富甲醇中CO2分壓增加，溶解度增加，氣體解析量減少，吸收的熱量隨之減少，因此其尾氣溫度TI16059、上塔溫度TI16060上漲。T1603塔上塔富液經過E1608、E1606換熱后，溫度升高，CO2氣體溶解度降低，在D1604罐中閃蒸，CO2氣體解析量相對增大，出D1604罐富甲醇溫度相對降低，因此，T1603塔底溫度TI16062、T1606塔底溫度TI16072降低。

3 系統冷量平衡思路

1）滿負荷生產過程中，通過平衡T1603、T1606氣提氮氣流量的方式，降低T1606塔底溫度，平衡系統冷量。

2）系統加負荷前，提前給系統蓄冷量。

首先，通過降低丙烯機組一段入口壓力，降低系統溫度；其次，提高冷區富甲醇存量，系統加負荷過程中逐漸降低液位，釋放冷量；再次，保持熱區貧甲醇儲罐正常液位，禁止高液位。通過以上三種措施，彌補因E1611缺失系統加負荷過程中冷量供應不足的缺陷。

3）系統加負荷過程中，嚴禁D1605罐、T1604塔高液位大幅度降低，盡可能保持平衡。例如：系統加負荷過程中，D1605罐液位從2 600mm降低至1 800mm，那么系統熱介質流量大于冷介質流量，換熱不平衡，導致系統溫度偏高。

4）系統減負荷過程中，冷量充裕，貧液溫度偏低，一方面影響CO2的調整，另一方面冷量從T1603塔后移至T1604塔，進入T1604塔富甲醇溫度降低，CO2溶解量增加，需要從T1604塔中解析，增加了T1604塔的再生負荷。因此，在減負荷過程中，盡可能逐漸提高D1602液位，平衡系統冷量，同時當T1606塔底溫度大于30℃時，再逐漸減少T1603塔氮氣流量。

5）系統加負荷過程中，主要控制D1605罐貧液溫度，防止P1605泵出口超溫。因此，增加T1603塔氮氣流量必須滯后于系統加負荷的比例，待T1606塔底溫度穩定在100%負荷控制指標，方可恢復T1603塔氮氣流量至100%負荷控制指標。

6）T1603、T1606塔氮氣流量控制主要依據T1606塔底、T1604塔頂溫度。只要T1606塔底溫度大于30℃且T1604塔頂溫度大于86℃，可判斷再生系統正常。

4 不同工況的控制指標

4.1 100%負荷運行

（1）通過變換工段E1509循環水調整，將變換氣溫度TI15018控制在25～35℃，盡可能控制在低限，降低貧液溫度。

（2）T1603塔氣提氮氣流量由11 400m3/h減少至5 500m3/h，減少CO2氣體在T1603塔中解析量，減少解析冷量。T1606塔氣提氮氣閥由20%增加至FV16034控制在55%，增加CO2氣體在T1606塔中解析量，增加解析冷量。

（3）T1606塔底溫度TI16072控制在30～35℃，其設計值30℃，若低于30℃，T1606塔底富甲醇中CO2溶解度增加，解析量減少，解析冷量減少，需要增加T1604塔蒸汽，將其CO2解析，不僅損失冷量，而且增加T1604塔運行負荷。

（4）T1603塔壓力PV16042控制在105～120kPa。

（5）丙烯機組一段入口壓力控制在130～140kPa。

（5）入706界區液態丙烯溫度TI71003控制在-40～-20℃

（6）D1602罐液位控制在900～2 000mm。

4.2 50%負荷運行

（1）T1603塔氣提氮氣閥FV16018控制在5%～15%，再次減少CO2氣體在T1603塔中解析量，減少解析冷量。T1606塔氣提氮氣閥FV16034控制在50%～55%，增加CO2氣體在T1606塔中解析量，增加解析冷量。

（2）T1606塔塔底溫度、T1603塔壓力、入706界區液態丙烯溫度與100%負荷運行控制指標相同。

（3）根據中壓區壓力，丙烯機組一段入口壓力控制在130～145kPa，控制系統溫。

（4）D1605罐液位控制在1 800～2 100mm，控制系統熱介質貧甲醇儲存量。D1602罐液位控制在2 000mm，提高系統冷介質富甲醇儲存量，若系統液位不足，可適當補充甲醇。

4.3 加負荷運行

系統加負荷前，706崗位與調度、氣化、空分崗位充分溝通，確定加負荷時間。

（1）提前1h提高機組負荷，將丙烯機組一段入口壓力控制在120～135kPa，T1606塔塔底溫度TI16072控制在26～32℃。

（2）提前2h將E7102液位控制在600～700mm，E1605液位控制在800～900mm，T1604塔液位LV16061控制在1 000～ 1 300mm，T1603塔下塔液位LV16048控制在1 600～2 200mm，D1602罐液位提高至2 000mm，D1605罐液位控制在1 800～ 2 100mm。

（3）系統加負荷過程中，逐漸降低D1602罐液位，30min鐘從2 000mm降低至900mm，釋放21.5t，-61℃的富碳甲醇溶液至T1603塔中，增加了T1603塔冷量解析量。相當于加負荷過程中冷介質富液甲醇量增加了43t/h，為系統提供了充足冷量。

（4）入706界區液態丙烯溫度TI71003控制在-40～-20℃。

（5）P1605泵出口溫度TI16074控制小于58℃，若超過55℃，將T1603塔壓力提高至120kPa，減少CO2氣體在T1603塔中解析量，減少解析冷量，增加CO2氣體在T1606塔中解析量，增加解析冷量，使冷量后移，降低P1605泵出口甲醇溫度。若超過58℃，停止加負荷，待系統冷量恢復后再增加負荷。

5 結語

1）通過降低T1603塔氣提氮氣流量，增加了CO2氣體的分壓，提高了溶解度，使CO2氣體在T1603塔底解析量減少；增加T1606塔氣提氮氣流量，降低了CO2氣體在T1606塔的分壓，降低了溶解度，使CO2氣體在T1606塔充分解析量，解析的冷量增加，從而使系統冷量后移，因此出T1606塔的富甲醇溫度降低，經過E1610換熱后，出E1610的貧甲醇溫度降低，D1605罐甲醇隨之降低，因此P1605泵進出口貧甲醇溫度降低。通過平衡T1603、T1606氣提氮氣流量的方式，降低T1606塔底溫度，平衡了系統冷量，解決了E1611切出后P1605泵進口貧甲醇超指標運行的問題。

2）通過提前降低丙烯機組一段入口壓力，提高機組運行負荷，降低系統溫度；提高冷區富甲醇存量，系統加負荷過程中逐漸降低液位，釋放冷量；保持熱區貧甲醇儲罐正常液位，避免熱區貧甲醇高位存量。通過以上三種措施，彌補因E1611缺失系統加負荷過程中冷量供應不足的缺陷。通過提前蓄冷量加負荷過程中釋放冷量的方式，克服了E1611在線切出后高溫天氣系統加負荷、開車過程中冷量不足問題，同時避免了一次專項停車檢修。