降低低溫甲醇洗二氧化碳排放氣中 CH4含量的優化操作

許德友(內蒙古大唐國際克什克騰旗煤制天然氣有限公司，內蒙古 赤峰 025350)

0 引言

由于甲烷是造成溫室效應的主要氣體之一，對人體具有一定的危害性以及毒性，所以社會加大了對甲烷排放含量的關注力度。在此環境中，行業對低溫甲洗醇工藝應用中的二氧化碳排放氣中甲烷含量展開了嚴格控制，希望通過對甲烷含量進行有效管控的方式，保證該項工藝應用的長久性以及綠色性，確保其能夠在現代化生產中發揮出更大的作用[1]。

1 低溫甲醇洗工藝

低溫甲醇洗工藝會通過將冷甲醇作為吸收溶液的方式，運用低溫環境中甲醇對酸性氣體溶解度較大優勢，對原料氣中酸性氣體進行脫除處理，會通過對解吸塔以及吸收塔等設備的應用，完成酸性氣體的吸收，并通過將貧液甲醇送入到吸收塔中的方式，實現對甲醇的循環性利用。工藝應用具有選擇性理想以及凈化度高等方面的優勢，可以在塔中進行脫硫以及脫碳處理，工藝技術整體應用較為成熟，在天然氣脫硫以及工業制氫等領域中有著廣泛應用。雖然工藝的投資成本相對較高，但其在蒸汽消耗以及溶劑價格等方面的優勢，卻是其他脫硫脫碳工藝所不能比擬的，脫硫凈化度相對較高，會對甲醇的生產產生積極影響[2]。

2 甲烷及降低甲烷含量必要性分析

甲烷屬于有機化合物范疇，在自然界有著廣泛分布，是沼氣以及天然氣等氣體的重要組成成分，也被稱為瓦斯。在2018年，學者直接證明甲烷是造成地球表面溫室效應增加的主要因素。由于甲烷是造成溫室效應的重要氣體，會對環境造成較大污染，而作為天然氣的重要組成成分，大量甲烷的排放也會對公司造成直接的經濟損失，因此對甲烷含量進行控制顯得極為重要[3]。

3 降低低溫甲醇洗CO2排放氣中CH4含量方式方法

為對甲烷含量控制優化方式展開深入性研究，在此將以實際案例為例，對具體的降低管控方法展開探討。

3.1 工程案例的基本情況介紹

本次工程為某天然氣公司的工藝改造工程，公司運用低溫甲醇洗工藝，對變換冷卻裝置輸出氣體進行了選擇性吸收，對煤氣中的二氧化碳以及硫化氫等酸性氣體進行了去除，對水和油等雜質進行了清理，所獲得的二氧化碳不高于1.5%，總的硫含量不高于0.2 mg/L，凈化氣符合相應標準要求。在完成處理之后，會將凈化氣送入到甲烷化裝置之中，進行甲烷合成處理。在完成對富甲醇的吸收之后，會通過利用再生塔展開減壓閃蒸處理，完成處理之后的二氧化碳會直接排放到大氣之中[4]。

3.2 降低甲烷含量方式方法

3.2.1 甲烷損失研究

由于該項工藝在使用過程中存在著能耗過高的狀況，所以企業決定對二氧化碳排放氣中甲烷含量展開分析，希望通過展開合理計算以及調整優化的方式，做好節能降耗改造工作，保證設備運行的環保性以及經濟性。按照工藝流程，在經過變換裝置處理之后，粗煤氣會進入到低溫甲醇洗裝置之中，會在經過冷卻降溫以及分離等一系列處理之后，在脫硫塔中展開預洗以及主洗操作。其中，在預洗階段，會對粗煤氣中混合苯以及水分等物質進行去除處理，能夠通過對雜質的清理避免對主洗段甲醇造成污染問題。主洗段處理過后的硫化氫甲醇富液，會被送入到硫化氫濃縮塔之中進行處理，展開減壓閃蒸以及氣提等一系列處理，會對一段閃出的一氧化碳以及甲烷等有效氣體進行回收，對二段閃蒸出氣體含有的硫化氫進行三段濃縮處理，并會同三段閃蒸出的二氧化碳，一起送入到尾氣系統之中，會在經過尾氣洗滌塔的處理之后進行排放處理[5]。

在經過脫硫處理之后，氣體會被送入到脫碳塔之中，完成凈化氣的生成任務，將吸收的二氧化碳甲醇富液送入到二氧化碳閃蒸塔之內，通過減壓閃蒸以及氣提等一系列處理，對一段閃蒸有效氣體實施回收，并對二、三段閃蒸氣體進行冷量回收處理，通過將其送入到洗滌塔的方式，進行洗滌排放操作。硫化氫濃縮塔一段以及二氧化碳閃蒸塔一段有效氣體，會在壓縮機加壓的作用之下，被送入到系統回收裝置之中。由于存在著大量二氧化碳，沒有被回收利用便被排放的狀況，所以需要通過對工藝流程的分析，明確二氧化碳的具體來源。按照分析結果，二氧化碳來源主要集中在二氧化碳閃蒸塔二段排放氣、硫化氫濃縮塔三段排放氣以及二氧化碳閃蒸塔三段排放氣部分[6]。

在對實際組分與設計組分進行對比分析之后發現，實際生產時的甲烷排放量要遠高于設計值。經過計算發現，公司每年的損失費用要高于設計值800萬元左右。鑒于此，需要對工藝流程以及甲烷排放情況進行優化與調整，以便做好甲烷的回收與利用工作，保證工藝開展環保性以及經濟性，減少公司不必要損失。

3.2.2 理論分析研究

通過對該項工藝的分析可以發現，工藝的物理吸收解吸過程是遵照亨利定律進行操作的。按照亨利定律內容，在總壓不高的環境下，如果處于恒溫條件，稀溶液上方氣體溶質平衡分壓和溶質液相中濃度屬于正比例關系。氣壓的分壓越高，其在溶液中的溶解度也會越大，可以通過增加壓力的方式提高吸收率。反之，可以通過減少壓力的方式，保證解吸工作開展質量。通常溶解度系數會隨著溫度的變化而發生改變，溫度降低溶解度會出現增加的趨勢，因此一般物理吸收操作需要在較為低溫的環境中展開，而且解吸操作需要在高溫環境中進行[7]。

綜上所述，可以根據亨律定律的特點，在進行工藝處理過程中，可以通過提升濃縮塔以及閃蒸塔溫度的方式，實現對此段有效氣態一氧化碳、甲烷等有效氣體的全面性回收。通過對具體工藝運行情況的分析可以發現，閃蒸塔以及濃縮塔的提溫或降溫工作無法無限循環進行，會因為有效氣體回收壓縮機條件的影響，在壓縮機出口溫度以及入口壓力等要求的限制之下，需要做好入口壓力與出口溫度的聯鎖設置，以便為往復式壓縮機安全運行提供可靠保障，防止因為升溫過大或壓差等問題，導致壓縮機的氣閥或活塞環等部件出現損壞問題。

3.2.3 優化調整方式

由于在具體運行過程中會受到工藝條件以及設備等方面因素的限制，所以只能對工藝指標進行小幅度的調整。一方面需要按照壓縮機的出口溫度報警值以及入口壓力等各項數據，通過工藝操作的方式，保證壓縮機的運行平穩度，確保入口壓力與溫度的穩定性，通過對硫化氫濃縮塔一段以及二氧化碳閃蒸塔一段的壓力進行合理管控的方式，將其壓力控制在合理范圍之內。同時需要通過對再生塔再生壓力實施控制的方式，對貧甲醇溫度進行管控，做好操作壓力的調節，以便合理展開貧甲醇的降溫操作；另一方面需要對硫化氫濃縮塔以及二氧化碳閃蒸塔的溫度進行提升處理，做好壓縮機出口溫度的管控，確保有效氣體回收量能夠呈現出顯著增加的趨勢，但此時存在著操作彈性逐漸減小的問題。同時需要按照二氧化碳以及一氧化碳等物質，在甲醇中的溶解度情況，適當增加硫化氫濃縮塔以及二氧化碳閃蒸塔的甲醇噴淋量。由于此時再吸收液給料泵的打量已經達到滿負荷狀態，無法再續提升，所以需要在有限的環境之中，對解析氣體內有效氣體濃度進行增加處理。此外，因為吸收液給泵設計流量已經與現有工藝條件需求存在差異，所以企業按照現場實際情況，對此方面技術進行了改造。由于涉及到公司的保密技術，所以在此不再進行詳細介紹。在此過程中，可以通過減少二氧化碳吸收塔半貧液甲醇循環量的方式，達到減少二氧化碳吸收塔內甲烷吸收量的目標，從而實現進一步降低甲醇富液到二氧化碳閃蒸塔閃蒸氣中甲烷含量的效果。

3.3 結果分析

通過對最終處理后的甲烷排放含量進行檢驗發現，二氧化碳排放氣體中的有效甲烷氣體含量已經下降了0.3%，雖然經濟效益得到了有效節約，但卻存在著再生系統操作彈性嚴重下降的狀況，事故承受能力逐漸變弱，需要操作人員投入更大的精力進行精細化管理。由于在進行改造之后，甲烷排放指標仍然沒有達到預期設計要求，所以技術人員對產生這一結果的原因進行了總結與分析。從綜合情況來看，造成這一問題的原因主要歸結于以下三點[8]：(1)在設計方面存在缺陷，無法達到對有效氣體進行全部收回的效果；(2)存在設備選型問題，只能依據設備現有工況進行調整操作，設備更換條件并不理想，且在工藝路線選擇上也存在著一定的狀況；(3)技術人員的操作技能存在一定問題，操作規范性有待提高。

鑒于上述各項問題，企業對問題展開了針對性的優化處理。在經過一系列的改造與優化升級之后，甲烷的控制量達到了預期標準，實現了理想化的二氧化碳排放管控模式。

4 結語

鑒于甲烷氣體排放對于環境以及人體所造成的不良危害，在對低溫甲醇洗工藝進行應用過程中，需要加強對二氧化碳排放量中甲烷含量的控制力度。需要通過對工藝指標進行嚴格管控以及進行技術改造等方式，降低甲烷的實際含量，并要通過不斷完善工藝人員操作技能水平以及優化工藝路線選擇等方式，對含量降低結果進行不斷優化，保證最終的排放氣體中的甲烷含量濃度能夠達到標準要求，能夠為行業健康化發展以及環境保護作出更大的貢獻。