優化低溫甲醇洗接氣措施分析

鄔 隆,郝文浩

(國能榆林化工有限公司, 陜西榆林 719300)

1 裝置概況

某公司凈化甲醇裝置酸脫單元為年產186萬t甲醇制烯烴(MTO)級甲醇合成裝置和年產40萬t乙二醇裝置提供原料氣,包括低溫甲醇洗單元、CO深冷分離單元、高壓變壓吸附(PSA)單元和冷凍站單元。低溫甲醇洗單元可同時滿足變換氣工況和未變換氣工況,即變換氣進料體積流量為52.76×104m3/h、未變換氣原料氣體積流量為44.98×104m3/h。

2020年12月28日低溫甲醇洗單元一次性試車成功。2020年12月27日04:30:00低溫甲醇洗單元打開變換氣界區閥旁路開始系統均壓引入變換氣,06:51:00變換氣全部引入系統,08:30:00低溫甲醇洗單元打開未變換氣界區閥旁路開始系統均壓引入未變換氣,09:48:00未變化氣全部引入系統,17:28:00凈化氣在線分析硫含量滿足外送要求,22:30:00凈化氣手動分析合格,具備送甲醇合成單元條件。2020年12月28日00:30:00甲醇合成開始均壓接氣。低溫甲醇洗單元從接入變換氣/未變換氣到凈化氣滿足甲醇合成接氣要求共耗時20 h,放空時間長,有效氣損失大?？s短接氣時間對于降低企業生產成本、提高經濟效益有很重要的意義,縮短接氣時間主要可以從接氣前氣化變換提壓升負荷和接氣后低溫甲醇洗單元調整凈化氣硫含量2個方面考慮[1]。原始開車接氣順序及時刻見表1。

表1 原始開車接氣順序及時刻

2 接氣前提壓逐漸增加負荷

低溫甲醇洗單元流程復雜,設備大、管線長制約了接氣時間。為減少循環甲醇減壓后對工藝設備的沖擊,需要先用氮氣對各塔罐進行充壓,達到能建立甲醇循環的條件[2]。建立甲醇循環時,低溫甲醇洗單元不需要維持較高壓力,一方面可以降低高壓氮氣使用量,另一方面可以減少機泵能耗。投用冷凍站及激冷器對系統循環甲醇進行降溫,循環甲醇溫度降到-20 ℃,低溫甲醇洗單元具備接氣條件。低溫甲醇洗單元中吸收塔壓力由上游氣化裝置(5 MPa左右)決定,在低溫甲醇洗單元建立甲醇循環時,低溫甲醇洗單元系統壓力維持在3.0 MPa,接氣前與變換單元溝通[3],與變換系統同步升壓。影響低溫甲醇洗單元接氣條件的因素有低溫甲醇洗吸收塔壓力、液位,接氣方式,變換氣和未變換氣量分配等。

2.1 接氣方式

為了縮短低溫甲醇洗單元接氣時間,在變換單元升壓過程中聯系變換單元提前打開其界區閥,待低溫甲醇洗單元界區閥前壓力接近3.0 MPa時,現場打開界區閥旁路后管線均壓;待壓力穩定后全開變換氣/未變換氣界區大閥,將低溫甲醇洗單元與變換單元連通,同時保持低溫甲醇洗凈化氣放空閥關閉,使變換單元與低溫甲醇洗同步升壓,縮短開車引工藝氣均壓的時間,還可以減少高壓氮氣的使用量。優化前后低溫甲醇單元洗接氣方式見圖1。

(a) 優化前

由圖1可以看出:原始開車時使用的接氣方式為變換氣與未變換氣分開接氣,并且在變換單元升壓后,低溫甲醇洗單元均壓升壓。優化后,通過2次開車實踐證實,接氣方式優化后凈化氣合格時間明顯縮短,優化后節省系統調整時間10 h左右,減少有效氣的放空,節約成本,降低因開車產生的有效氣消耗。

2.2 接氣速率及放空方式

當前系統中變換氣與未變換氣全部接入低溫甲醇洗單元后,變換單元可以將兩系列洗氨塔出口放空閥投自動,或者根據低溫甲醇洗單元的接氣速率,手動關小放空閥,減少工藝氣放空。通過低溫甲醇洗單元控制接氣速率,既可以避免工藝氣放空浪費,又能避免前系統波動導致低溫甲醇洗單元波動,從而影響接氣時間。

2.3 變換氣和未變換氣量分配

由于變換氣和未變換氣的區別為CO2含量的不同,解吸閃蒸CO2會放出大量冷量,加快低溫甲醇洗單元中循環甲醇降溫速率,使甲醇吸收效果快速達到最佳。與變換單元溝通協調后,優先接入變換氣,將大部分粗煤氣引入變換側,從而增加低溫甲醇洗工序的變換原料氣接入量[4]。變換氣中CO2含量較高,這部分CO2被循環甲醇吸收,隨后在低壓區解吸,將為系統提供充足的冷量,使循環甲醇溫度能快速降至-50 ℃以下,提高貧甲醇吸收效果,從而使凈化氣在最短的時間內達到合格標準。

3 從縮短凈化氣總硫合格時間分析

凈化氣中硫含量不合格主要會影響下游催化劑,導致催化劑中毒,從而影響催化劑活性、縮短使用壽命,還會腐蝕損壞下游設備,導致甲醇合成塔副反應增加。在開車過程中,將凈化氣總硫含量指標調整到合格,需要大量時間。為了有效降低該時間成本,需要提高甲醇的產量。影響凈化氣總硫含量的因素主要有系統壓力、吸收甲醇溫度、純度,以及流量的分配[5]。

3.1 吸收甲醇溫度及分配

在低溫甲醇洗單元中,溫度對于吸收物質的影響有著很大差別,只有在-50 ℃以下時,粗煤氣中的硫才能快速被吸附脫出,凈化氣中總硫含量才能合格。為了在接氣后使凈化氣合格,需要迅速降低吸收甲醇溫度。

在接氣前冷凍站壓縮機制冷提供的冷量只能讓吸收甲醇溫度降低至-20 ℃,根據工藝設計,在-56 ℃時循環甲醇吸收效果最好、凈化氣指標合格。降低循環甲醇溫度,就是縮短接氣時間。在低溫甲醇洗單元接氣后冷量的來源主要有冷凍站壓縮機制冷、富碳甲醇減壓閃蒸、氮氣汽提[6]。接氣前調整組分,將大部分粗煤氣引入變換側,以節約降低循環甲醇溫度時間。富碳甲醇減壓閃蒸提供的冷量和吸收CO2含量有直接關系,CO2含量越高,減壓閃蒸提供的冷量越足。在負荷一定的工況中,提供的CO2量是固定的,因此吸收甲醇的量也要匹配。在循環甲醇一定的情況下,為了提高富碳甲醇中CO2閃蒸量,需要減少脫碳段洗滌甲醇量,同步增加脫硫段洗滌甲醇量,使脫硫洗滌甲醇處于過量狀態,防止接氣速度過快或氣量大幅波動造成脫硫段硫化物吸收不徹底,穿透至脫碳段,造成富碳甲醇污染,進一步造成半貧甲醇、主洗甲醇污染含硫,致使凈化氣總硫含量指標難以合格,延長凈化氣合格時間[7]。

循環甲醇溫度與汽提氮氣量有關系,適當增加汽提氮氣量,提高富碳甲醇中CO2閃蒸量,可以為系統在初始階段提供冷量,縮短凈化氣合格時間。再吸收塔壓力、汽提氮氣量對系統溫度及尾氣中甲醇含量的影響見表2、表3。

表2 塔壓對系統溫度及尾氣中甲醇含量的影響

表3 汽提氮氣量對系統溫度及尾氣中甲醇含量的影響

由表2、表3可知,適當降低再吸收塔壓力和增加汽提氮氣量,可以加速系統降溫時間,能夠有效縮短凈化氣合格時間,但過量會造成甲醇和低壓氮氣浪費,且制冷量不會增加。

3.2 合成氣總管置換方式

根據原始開車經驗,在線儀表分析已經合格,但手動分析2 h后才分析合格。經過分析發現,分析采樣器對氣體組分變化存在滯后性,采樣器投用后存在死區,會影響手動分析結果。當低溫甲醇洗單元吸收塔各項工藝指標及在線分析儀表判斷凈化氣合格后,打開合成氣在合成界區前放空閥對合成氣總管進行置換。置換一段時間后在合成單元界區取樣分析,每次取2個平行樣,中間間隔5～6 min。使用此方法可省略低溫甲醇洗單元各吸收塔頂凈化氣人工采樣分析時間,從而縮短凈化合成氣合格時間,減少凈化氣放空損失。

4 效果分析

通過上述措施進行優化后,2021年9月17日裝置大檢修后首次開車,低溫甲醇洗單元從開始引入變換氣/未變換氣至產出合格凈化氣耗時10 h。采取優化措施后,總硫含量明顯降低,說明通過同步升壓、優化接氣方式、調節接入變換氣和未變換氣配比等調整后,縮短凈化氣合格時間效果明顯。優化前后凈化氣指標對比(接氣10 h后)見表4、表5。

表4 原始開車接氣10 h后凈化氣分析

表5 優化后接氣10 h后凈化氣分析

優化后,低溫甲醇洗單元接氣時間縮短10 h,凈化甲醇裝置按照甲醇合成最低60%接氣負荷計算,每小時產出MTO級甲醇139.5 t,含水質量分數為5%,折純132.52 t,縮短凈化合成氣合格時間10 h,可多生產MTO級甲醇1 325 t,按照目前甲醇價格2 600元/t核算,在導氣過程中將節約成本344.5萬元。

5 結語

在進行化工工藝節能降耗的研究調整過程中,重點結合了低溫甲醇洗的工藝特點,并進行有效的工藝調整、優化,通過調整接氣方式、參數整理優化,做到最大程度的節能降耗,減少在開車過程中有效氣放空量,充分響應國家及公司節能減排要求。通過優化均壓接氣方式、調整接氣配比及洗滌甲醇分配、改良凈化合成氣總管置換方法等方式,實現大幅度縮短低溫甲醇洗單元凈化氣合格時間的目的,做到了最大程度的減排降本。

該接氣調整方式不僅應用于目前已經投產運行的酸性氣脫除技術,對于煤制甲醇、低溫甲醇洗技術對甲醇合成CO2、H2S、COS等凈化脫除同樣適用,在節能降耗方面有重大意義,既助力企業綠色低碳高質量發展還減少有效氣的放空時間節約成本,在實現低溫甲醇洗單元裝置開車過程中的減排降本方面有顯著成效,可為同類裝置提供參考。