低溫甲醇洗系統貧甲醇水含量超標原因與優化

李 俠

（中海石油天野化工有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010030）

低溫甲醇洗系統主要是促使甲醇在低溫環境中發揮吸收性能，對原料氣內的硫化氫氣體與二氧化碳氣體進行脫除，提高資源利用率。結合實際低溫甲醇洗系統運用過程，時常出現貧甲醇水含量超標的情況，關聯現有的生產經驗與工藝要點加以具體化研究，有相關影響因素，如系統干燥不能達標或者噴淋甲醇量比較少等，為此應具體研究低溫甲醇洗系統運作中甲醇水含量超標的原因，制定切合實際的優化措施針對性處理問題，目的是增強系統運作效率，給化工企業帶來較多的經濟效益。

1 低溫甲醇洗系統貧甲醇水含量的研究價值

低溫甲醇洗系統水分離塔的第一個作用是對甲醇溶液含有的水分進行處理，讓甲醇以及水之間可有序分離，增加貧甲醇的純度，強化二氧化碳以及硫化氫的吸收成效，對甲醇進行回收[1]。第二個作用是去除系統內的雜質，涉及煤灰與油污以及硫化物，塔頂存有的甲醇氣是能夠給熱再生塔帶來能量的。短時間停止運用水分離塔，基本上不會影響到系統的組成結構，長期停運的狀態導致貧甲醇純度減少，繼而系統之中的甲醇會流失，阻礙凈化氣內硫元素與二氧化碳的總吸收量，嚴重情況直接降低甲醇產量。利用低溫甲醇洗系統，進行酸性氣體的采集，運用了氰化物與硫化氫等高壓低溫情況可以與甲醇溶解的理念，甲醇對氣體吸收效果的影響因素有壓力、貧甲醇純度以及溫度，尤其是貧甲醇純度更多影響到甲醇對氣體的吸收效率，水含量是比較重要的組成因素，低溫甲醇洗系統之中貧甲醇設置的純度大約是99.0%，在甲醇水含量在5%左右時，對應吸收水平會不斷降低，對二氧化碳的吸收效率降低了12%[2]。

2 低溫甲醇洗系統貧甲醇水含量超標原因概述

低溫甲醇洗系統是20世紀50年代提倡的，來源于德國林德以及魯奇公司共同創作，此種工藝主要是保持高壓的環境，通過低溫甲醇系統的良好性能排除材料中的酸性氣體，接下來酸性氣體在汽提與解吸等流程中吸出甲醇富液，得到高純度的二氧化碳產品，讓尾氣的排放以及廢水的排放都可以滿足一定標準[3]。對于此系統，屬于物理吸收的操作，通過原材料的多個組分對甲醇溶解性帶來的影響處理氣體，留下較小溶解度指數氣體，實現氣體凈化。此工藝氣體擁有極強的凈化度，對應二氧化碳能夠脫除小于10×10-6，總硫脫除可小于0.1×10-6，存在著操作成本低的特征。

2.1 系統干燥處理不能達到標準

貧甲醇內含有較多水含量的情況下，勢必會影響到低溫甲醇洗系統的正常運作效率，不僅受到甲醇純度的影響，降低了系統對硫化氫氣體與二氧化碳氣體的吸收效果，制約洗滌塔的吸收質量[4]。還會出現貧甲醇水含量比較高，對應氣體和水溶合之后表現出弱酸性，對設備帶來腐蝕的影響，利用換熱器的過程中生成雜質，不能保障傳熱的有效性，降低系統管理水平。低溫甲醇洗系統中存有貧甲醇水含量超標的問題，很有可能受到干燥流程不能達到標準的因素影響，此系統長時間存在于運作階段，相關洗滌塔與換熱器勢必會出現雜質殘留或者油類殘留的情況，所以要堿洗系統以及水洗系統，最終通過氮氣實現干燥操作。可具體的生產運作中，因為低溫甲醇洗系統的流程比較多，與設備的運作與管道的運用息息相關，較短時間內使用氮氣無法保障干燥效果，那么直接運用低溫甲醇洗系統時，增加了貧甲醇水含量超標的可能性，導氣之后無法讓系統恢復正常的運作負荷。

2.2 甲醇水分離塔工況變化幅度大

確保甲醇水分離塔能夠有效運作，這是提高低溫甲醇洗系統可平穩運用的關鍵點，從而控制甲醇的具體消耗量。分離塔的運用核心是管理塔底涉及的熱負荷，調整塔內具體溫度，提高精餾效率[5]。甲醇水分離塔進料包含兩種形式，第一種形式為分離罐處理的甲醇水混合物，第二種形式為再生塔的一些釜液。對于甲醇水混合物的流量，與交換器帶水與負荷波動呈現一定關聯。物料在加熱的操作下和閃蒸罐接觸，隨后流入甲醇水分離塔系統，負荷指數比較大的情況制約了閃蒸的成效。并且入塔物料流量與溫度都會出現波動，引起塔內壓力與溫度大幅度變化，不利于甲醇水分離塔有效運行。實際的研究中，分離塔底部存有蒸汽管線，在系統中存有過多雜質，或者存在熱負荷不夠充分的情況，可啟動蒸汽閥，增加廢水流量，促使雜質被去除不會造成設備堵塞。分離塔之中的物料水含量不多的情況下，無法給精餾操作提供支持條件，也要開設蒸汽閥實現系統補水的目的，讓精餾操作更為穩定。另外低溫甲醇洗系統的工況出現波動或者分離系統設備性能無法正常發揮，都會引起貧甲醇的水含量增加。如果水分離塔頂部的溫度較高，甲醇蒸汽內的水蒸氣會有所增加，分離塔甲醇回流的流量會有所匱乏，無法完全把精餾結構中重組分進行洗滌。然而如果閃蒸罐的頂部溫度指數相對高一些，含有諸多的閃蒸汽帶水，甚至是溫度比較低的情況造成二氧化碳轉變為干冰，都會產生氣相帶液現象[6]。存有聚合物堵塞精餾塔的現象，塔內存有的介質傳熱會備受影響，無形中增加了低溫甲醇洗系統運作過程的貧甲醇水含量。

2.3 噴淋甲醇量不夠

實際的噴淋甲醇過程，最為關鍵的是獲取工藝氣結構內的水分，嘗試減小水的冰點，不要由于水結冰引起氣相通道堵塞問題。投用對應的噴淋甲醇系統，在設備之中構建甲醇液層，全方位浸濕管道壁面，使得冷凝水可以與甲醇在多個角落密切混合[7]。如果噴淋甲醇量不多，無法全面對水分起到排除的作用，對應洗滌塔之中的水分含量會增加，水結冰造成管道與設備受到堵塞，不利于系統的安全運作。

2.4 運用在系統內的甲醇含水量與交換器內水含量過多

運作低溫甲醇洗系統的過程中，甲醇消耗是以再生塔頂部以及分離塔底部為主的，倒泵排氣或者貧甲醇過濾都會引出甲醇消耗。所以基礎的系統運作部分時間后要把新鮮甲醇補充在貧甲醇罐內，如果補充的甲醇含水量過多，會制約甲醇正常的吸收性能發揮，引起凈化氣指數超標的問題[8]。對于交換器內水含量過多，由于工藝氣操作涉及較高溫度，去除氨氣分離罐液位比較高的影響下會出現工藝氣中增加水含量問題，噴淋甲醇無法全方位獲取工藝氣內水分，水分在工藝氣的作用下和洗滌塔結合，引出貧甲醇水含量較高。交換工藝氣存有一定水分，甲醇水分離罐的實際液位有所升高，造成氣相帶液讓分離塔的負荷增加，這樣甲醇水分離塔的實際工況出現波動，不利于保障分離成效。

2.5 換熱器內漏與分離罐分離性能不佳

在低溫甲醇洗系統的運作中，需要運用再生系統，包含水冷器與再沸器，可是兩者出現內漏的情況，很有可能引出貧甲醇內水含量超標。水冷器的壓力小于循環冷卻壓力，若生成內漏的現象，可造成吸收體系之中的水含量增加。再沸器的內漏現象，使得蒸汽流入甲醇一側，最終的結果是出現甲醇水含量增加隱患。如果分離罐分離性能無法得到保障，水分會在工藝氣的作用下和低溫甲醇洗系統結合，長期積累使水含量增加，降低甲醇的吸收效率。分離罐的性能發揮受到一定因素影響，包含分離罐容積過小，再者氣速指數比較高，氣體會在罐內停留較多時間，沒有全面分離水分的前提下水分就和低溫甲醇洗系統的洗滌塔融合，所以設計過程要科學地分析分離罐尺寸，將其視作提高分離成效的基礎點[9]。甲醇水分離罐對應液位較高，或者出現了除沫器的故障，也會引出工藝氣帶水和洗滌塔融合，阻礙甲醇洗滌塔的運作有效性。

3 低溫甲醇洗系統貧甲醇水含量超標的優化關鍵點

運用低溫甲醇洗系統，不僅會造成甲醇吸收效率降低，還會引出設備腐蝕的問題。此種系統的具體運作，甲醇中水含量大于1%的情況，吸收甲醇成效顯著降低，對系統總負荷帶來影響。在提高負荷量的基礎上，適當增加甲醇用量的吸收力度，控制甲醇溫度，讓機泵整體負荷能夠增加。可因為冷量的要求比較嚴格，液氨蒸發量隨之增加，造成了制冷機的負荷增加。水含量多對設備帶來的腐蝕問題，甲醇內水含量相對高一些的情況，硫化氫與二氧化碳均會腐蝕到管道的完整性，產生了一些固體雜質，影響繞管式換熱器的換熱成效，引出工況惡化結果。在煤化工企業中，每家企業都要應對原料組成、產品方案及裝置規模的不同，來匹配不同的低溫甲醇洗工藝。在生產企業自身科研能力不足的前提下，還要通過各類研究院以及煤化工工程公司，來進行對應的設計和技術開發。這類研究院及工程公司往往通過對低溫甲醇洗裝置工程設計數據、基礎數據的研究，數學模型的建立，生產操作等經驗的積累和總結，建立一套完善的工藝物性。在處理水含量超標的問題上，可通過幾點實現目的。

①如果系統受到水洗影響，運用低溫甲醇洗系統之前通過置換干燥處理氮氣，時刻結合規定進行操作。對多個取樣點進行研究，且氧氣含量小于0.2%時，代表置換干燥達到合格標準。或者整個系統構建了甲醇循環，排除系統內所有水分，在貧甲醇內的水含量小于0.5%的情況下再持續導氣。并且盡量保障甲醇水分離塔的運作能夠穩定，管理甲醇水分離塔頂部溫度小于100℃，增加塔釜實際溫度，依托蒸汽調節閥進行處理，在塔內溫度依舊比較低的情況要啟動蒸汽閥，控制甲醇消耗[10]。系統有序運作階段，甲醇水分離塔對應的甲醇量回流應在2.9m3/h之內，系統水含量比較高的狀態及時增加甲醇回流量，尤其是塔頂模塊的回流量。必要條件啟動調節閥，使得塔頂可在甲醇回流后保持貧甲醇的水含量達到合格。具體的操作，合理管理蒸汽量與甲醇量，使得甲醇水分離塔能夠運作平穩。②管理閃蒸罐，讓氣相溫度維持物流量的穩定，對閃蒸罐溫度加以調整，控制在20℃左右，結合罐頂的溫度直接對換熱器加以設置，這樣甲醇側旁支物流管理氣相溫度在一定范圍內變化，使得閃蒸罐的物流量足夠穩定，不會產生較大幅度的波動現象。低溫甲醇洗系統產生了極大程度的負荷變化，時效性調整工況。低溫甲醇洗系統負荷有所增加，可能造成甲醇水分離罐的液位不斷提高，冷流體量有所增加，造成分離塔的負荷加大，這樣應重視水分離罐的液位調節，控制閃蒸罐的溫度，讓再沸器的負荷達到一定指數，推動低溫甲醇洗系統的良性運作。③管理分離罐的液位大約是50%、塔液位大約是50%，關注液位計的核算過程，不要由于堵塞產生假液位。低溫甲醇洗系統停止運作的情況，熱再生系統要持續運作短時間，特別是循環水含量超標的情況下重復運行流程，最終完整地把甲醇水分排出低溫甲醇洗系統。

4 結束語

低溫甲醇洗系統的使用，應及時分析水含量超標的影響因素（系統干燥處理不能達到標準、甲醇水分離塔工況變化幅度大、噴淋甲醇量不夠、運用在系統內的甲醇含水量與交換器內水含量過多、換熱器內漏與分離罐分離性能不佳），采取科學的優化措施進行系統運作方案的設定，全面保障工藝有序進行與設備的妥善利用，為煤化工行業的發展提供更多條件支持，提高煤化工企業的綜合效益。