低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝冷量損失及優化措施

高云艷

（陜西精益化工有限公司，陜西榆林 719000）

陜西精益化工有限公司煤焦油深加工多聯產綜合利用項目，其中的煤制氫項目主要產品為甲醇和氫氣，氫氣送往煤焦油加氫項目進行加氫反應，因此低溫甲醇洗裝置采用雙塔洗滌共用一套再生裝置的工藝流程。來自變換的制氫變換氣和制甲醇變換氣進入低溫甲醇洗的兩個洗滌塔，所得到的富氫氣送往PSA 裝置，合成氣送往甲醇合成裝置。

本文針對低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝冷量損失做出了詳細的分析，并提出相應的調整措施，及雙塔洗滌的冷量分配的方法，為低溫甲醇洗雙塔洗滌工藝冷量的優化提供借鑒。

1 系統氣相冷量分配概述

1.1 凈化氣冷量分配

洗滌塔Ⅰ（T1601）凈化氣（-50℃）與塔底富硫甲醇換熱后，再與制氫變換氣進行換熱，換熱后溫度為26℃，制氫凈化氣冷量回收后，送往PSA 裝置。洗滌塔Ⅱ（T1602）凈化氣（-50℃）與塔中部富碳甲醇換熱后，再與制甲醇變換氣進行換熱，換熱后溫度為25℃，制甲醇凈化氣冷量回收后，送往甲醇合成裝置。

1.2 尾氣冷量分配

H2S 濃縮塔（T1603）尾氣共分為2股，一股來自上塔閃蒸罐，氣量約19928m3/h，溫度-64℃；一股來自下塔頂部，氣量約49741m3/h，溫度-66℃。上塔尾氣分別送往T1601/T1602塔的原料氣冷卻器（E1601/E1621），分配氣量由現場尾氣蝶閥控制；下塔尾氣與洗滌塔Ⅱ（T1602）中部富碳甲醇換熱后，再分別送往T1601/T1602塔的原料氣冷卻器（E1601/E1621），尾氣冷量回收后，溫度約27℃，匯合后送往尾氣洗滌塔，流程如圖1所示。

圖1 氣相冷量分配圖

2 低溫甲醇洗裝置的冷量來源

丙烯蒸發制冷（E1603/E1604/E1605/E1622/E1623/E1624/E1613），這是主要的外來冷源。

富甲醇降壓解析制冷，氣提解析制冷（T1603）屬于系統內部的冷源，也是冷量的主要來源，還有部分來源于循環冷卻水（E1612，E1618）。

3 低溫甲醇洗冷損原因分析及措施

根據文獻[1-2]對低溫甲醇洗系統全局分析得出，補入低溫甲醇洗系統的冷量主要用于平衡帶入系統的熱量、平衡輸入系統的泵功率以及平衡進出界區物料釋放的熱量三個方面，并且通過實際生產數據統計發現，用于平衡帶入系統熱量的冷量約占80.14%，用于平衡輸入系統泵功率的冷量約占16.33%，用于平衡進出物料焓差的冷量約占3.53%。

3.1 系統的跑冷現象

塔、罐、換熱器等由于保溫材料的損壞造成的冷量損失；因為跑冒滴漏現象，造成低溫甲醇持續排放地下槽造成的冷損。當發現系統跑冷現象嚴重時，應迅速排查跑冒滴漏原因，做相應處理。對因排查管線而破壞的保冷材料，應重新做保冷處理。

3.2 換熱器工況異常，換熱效率下降

由于設備泄漏導致循環水系統水質惡化，造成換熱器內壁結垢（E1614，E1618），傳熱系數下降，造成冷損。針對這種情況，應利用高壓水槍進行清洗，如果效果不明顯，可以采用化學清洗。

3.3 冷泵加壓造成的冷損

冷泵（P1601、P1602、P1603、P1609）加壓做功，造成低溫甲醇溶液的溫升帶來的冷量損失。這部分冷量損失是不可以避免的，需通過外來冷量進行平衡。

3.4 尾氣放空造成的冷損

T1603塔釋放出的尾氣在經過一系列換熱回收冷量后，到達尾氣吸收塔T1606的溫度控制在28℃左右，如果尾氣分配不合理，到達尾氣洗滌塔溫度偏度，這部分的冷量隨著尾氣排放到大氣中，造成冷量損失。解決此問題，通過調節尾氣蝶閥，合理分配尾氣冷量。

3.5 CO2解析效果差造成冷量損失

CO2解析制冷是低溫甲醇洗的主要冷源，冷區解析量的大小直接影響到冷量平衡。為提高CO2解析效果，除了盡可能降低閃蒸壓力外，要保證適當的氣提氮氣量。如果氣提氮量過大，將導致過多H2S 被氣提出，造成尾氣不合格，同時導致冷量從尾氣系統排出，造成冷量的損失和氮氣的浪費。解決此問題的方法是盡可能降低T1603塔的閃蒸壓力。

如果氣提氮氣量過小，CO2不能充分解析出來，系統的冷量不足，同時也會將過多的CO2帶入到甲醇熱再生系統中，使熱再生塔T1604的負荷加大，增加熱量向系統的輸入，其解析熱是靠熱再生塔的再沸器供給的，這部分解析熱是不能通過換熱器抵償的，此部分的冷損要靠系統外的冷量補償，加大丙烯制冷裝置的負荷，增大能耗，所以盡可能不要造成CO2負荷后移的現象。解決此問題的方法是保證適當的氣提氮氣量，提供足夠的解析推動力。

3.6 丙烯制冷能力下降

丙烯制冷裝置是低溫甲醇洗外來冷量的主要來源，由于公司循環冷卻水水質一直不是很理想，經常造成丙烯水冷器換熱效果差，導致丙烯氣不能冷凝，造成丙烯壓縮機的一段入口溫度和二段出口壓力增大。特別是在炎熱的夏季，在投用噴淋水的情況下仍然不能滿足工藝需求，導致丙烯制冷能力下降。遇到這種情況的處理方法是檢修高壓沖洗水冷凝器列管，除去管程沉積的雜質，提高傳熱系數，增大換熱效率。高壓查漏并堵死已漏列管。

3.7 循環甲醇中氣阻

在甲醇循環過程中，由于氣阻造成甲醇循環不暢，甲醇循環有困難，這種情況主要出現在管線形成倒U 彎的地方，常見的現象就是溫度倒掛。解決方法是分多次從換熱器頂端排氣，直至溫度調過來。

3.8 循環甲醇用量

如果循環甲醇量過高，雖然有利于吸收，但是也會帶來不利的因素。首先當系統負荷一定時，系統所具備的冷量基本一定，甲醇循環量高，單位體積甲醇得到的冷量就少，溫度就會升高。另外循環量大，由于換熱器換熱效率的問題，使冷量損失增大。針對這種情況，在日常操作中，在保證凈化氣凈化度的要求下，盡可能降低甲醇循環量。

系統負荷一定時，甲醇循環量增大，降低了CO2在甲醇中的飽和度，使得CO2在T1603塔解析量減少，大量CO2氣體被帶入到T1604塔，造成CO2負荷后移，增大熱量向系統的輸入，造成冷量損失。但是甲醇循環量過小，雖增大了CO2在甲醇液中的飽和度，但嚴重時會造成T1601/T1602塔頂氣體中的CO2超標，甚至總硫超標。解決方法是投用半貧甲醇泵，在泵性能允許的情況下，盡可能增加半貧甲醇量，達到減少貧甲醇循環量的目的，同時投用半貧甲醇也可以降低系統能耗。

3.9 貧甲醇的質量

貧甲醇的純度和水含量，直接影響到吸收能力。為了達到凈化氣凈化度的要求，就會加大循環量或是降低貧甲醇溫度，導致能耗增加。甲醇循環量的增加不僅會帶來因CO2負荷后移造成的冷損，還有因換熱器效率及冷泵功耗增大帶來的冷損，而且水含量增加，也會帶來設備的腐蝕。針對這種情況，日常操作中，不僅要保證T1604塔再生甲醇的再生度，使貧甲醇中的硫含量及氨含量在指標范圍內，還要嚴格控制T1605塔的溫度在合適的范圍內，塔自上而下形成一定的溫度梯度，既要保證甲醇蒸汽中水含量低，又要保證排放的廢水合格?？梢酝ㄟ^加大回流降低甲醇蒸汽中的水含量。

此外，貧甲醇不僅要嚴格控制純度和水含量，還必須加強過濾，因為腐蝕產物會沉積在換熱器上，造成換熱效率下降，冷量損失。所以腐蝕產物也是造成冷量損失不可忽視的因素。解決方法是可以在原有的基礎上增加過濾器，比如在熱再生塔底貧甲醇出口處添加甲醇過濾器，除去腐蝕產物。

3.10 熱再生塔壓力

在設備、工藝條件允許的情況下，盡可能降低甲醇熱再生塔再生壓力，由于操作壓力降低使得甲醇沸點降低，從而減少塔底再沸器低壓蒸汽的投入量，減少系統熱量的輸入，降低冷量損失。

3.11 H2S濃縮

在保證克勞斯氣體濃度的情況下，盡量減少酸氣返回T1603塔，因為酸性氣體返回T1603的量越多，需要系統補充的冷量越多。一般在原料煤硫含量較低時，才會采用此方法保證克勞斯氣體中的H2S 濃度。

3.12 檢修時空氣的影響

這是一個比較容易忽視的因素，甲醇溶液中有水和溶解的硫化氫，如果塔壁上附著著氫氣，氧氣都會加劇系統的腐蝕。空氣長時間作用于塔壁，造成塔壁上致密的FeS 膜轉變為疏松的氧化鐵膜，當重新開車后，隨著酸性氣體的進入，疏松的Fe2O3膜與之反應脫落，而且這種腐蝕產物顆粒非常小，且腐蝕產物是造成冷量損失不可忽視的因素。處理方法是在檢修前應嚴格對系統進行工藝處理，不能因為縮短時間，減少系統水循環后用氮氣對系統的干燥時間。

4 結束語

經過分析可知，在現有設備、工藝條件限制下，有些冷量損失是不可避免的，比如冷泵加壓做功、尾氣放空、因循環水質惡化造成的換熱器的換熱效率下降等因素，但是也有一些冷量損失可以避免，如循環甲醇量的控制，貧甲醇的質量等。所以為保證低溫甲醇洗系統長周期、低能耗穩定的運行，在日常操作中應該重點監測甲醇的循環量、貧甲醇的純度及水含量、氣提氮氣的量、半貧甲醇循環比例以及加強丙烯制冷裝置的操作等。