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低温甲醇洗装置稳定运行影响因素分析点击：1857 日期：[ 2014-04-26 21:13:49 ] |
| 低温甲醇洗装置稳定运行影响因素分析 闫俊民 （陕西长青能源化工有限公司，陕西宝鸡721045） ［摘要］低温甲醇洗工艺技术成熟，在国内外大型煤化工项目中应用较为广泛，但其工艺流程复杂、控制点多，低温甲醇洗装置在实际生产运行过程中经常出现出塔净化气体及酸性气体温度、成分不稳定的情况，运行不平稳。从低温甲醇洗的原理、生产工艺等方面对影响低温甲醇洗装置稳定运行的因素进行了分析，在实际生产过程中，采取控制低温甲醇洗装置的操作压力、吸收塔的操作温度、吸收甲醇的质量等措施，确保了低温甲醇洗装置的平稳运行，经检验出装置界区的净化气、酸性气体的各项参数符合工艺要求，运行费用大大降低。 ［关键词］煤化工；低温甲醇洗；稳定运行 ［中图分类号］TQ546.5［文献标识码］B［文章编号］1672-9943(2012)02-0137-03 1·概述 煤炭是我国重要的一次能源，但煤炭是一种复杂的混合物,直接燃烧,热量利用率低,同时会释放出大量的污染环境的SO2、CO2以及氮氧化物等。为此，国家环保等相关部门对煤的直接燃烧出台了很多限制措施。较为有效的办法是把固体煤炭在气化炉内进行气化，使煤炭变为煤气，但生产出的煤气中还有H2S、COS、CO2等有毒有害气体。因此，在使用前必须采取措施，把粗煤气中这些气体除去。净化后的煤气可以作为城市燃气的掺混气（煤气中含有的CO气体超标不符合城市燃气标准，只能作为城市燃气的补充气源），也可进一步加工成煤制天然气（SNG）。 目前，比较火热的煤化工项目大都是以煤气为原料生产甲醇、汽油、柴油、烯烃（MTO/MTP）、化肥（合成氨）等产品。而制造上述煤化工产品的工艺都不一样，生产过程中对煤气的成分要求也不同，但相同的是，都是采用煤气化工艺把固体煤炭转化为粗煤气，再通过化学或物理的方法把H2S、COS、CO2等气体从粗煤气中除去，使之符合制造煤化工产品原料气的要求。用化学的方法除去粗煤气的有害气体，成本高，处理气量小，不利于规模化生产。目前，大型煤化工项目大都采用物理吸收法———低温甲醇洗法。 低温甲醇洗是一种基于物理吸收的气体净化方法，以工业甲醇为吸收剂。可同时或分段脱除气体中的H2S、CO2等酸性组分和各种有机硫化物、NH3、C2H2、C3及C3以上的气态烃，胶质及水汽等，能达到很高的净化度。低温的甲醇溶液作为吸收剂吸收能力强、选择性好、操作费用低。 合成工艺对原料气成分要求较为苛刻，特别是硫含量，如果含量超标将会造成合成催化剂中毒甚至报废，影响正常生产。因此，确保低温甲醇装置的正常稳定运行极为重要。本文从低温甲醇洗的原理、生产工艺等方面对影响低温甲醇洗装置稳定运行的因素进行分析、探讨。 2·低温甲醇洗工艺原理 甲醇对H2S、COS、CO2等酸性气体有较大的溶解能力，且在溶液降压闪蒸过程中优先解析，可通过分级闪蒸来回收。甲醇对H2、CO（合成原料气的有效气）的溶解度相当小。低温甲醇洗吸收酸性气体以及甲醇的再生、解析、回收的基础就是各种气体在甲醇中的溶解度不同而进行有选择的分离。 在低温甲醇洗工艺中，温度是影响甲醇洗净化效果的最重要因素之一,气体在液体中的溶解度随温度的降低而增大，因此，采用较低的洗涤温度对气体的净化过程有利。 3·低温甲醇洗工艺流程 3.1吸收系统 根据制造产品的不同，粗煤气经过全部变换或部分变换后，与后续回收的循环气混合，喷入少量的甲醇（防水汽结冰），经换热器A（吸收部分冷量）降温、气液分离器分离出其中水分后，进入甲醇吸收塔，依次脱除H2S、COS、CO2后出吸收塔，先后经过换热器B、A回收部分冷量后出界区成为合格的原料气（净化气）进入合成工段生产产品。 来自甲醇再生塔经冷却的贫甲醇约-60℃从甲醇吸收塔顶进入，吸收塔上段为CO2吸收段，甲醇液自上而下与气体逆流接触，脱除气体中CO2，CO2的指标由甲醇循环量来控制。中间两次引出甲醇液用丙烯制冷器冷却以降低由于溶解热造成的温升。在吸收塔下段，引出的甲醇液大部分进入高压闪蒸管A回收甲醇中溶解有效气体；另一部分溶液经甲醇换热器C冷却后回流进入H2S吸收段以吸收煤气中的H2S和COS，自塔底出来的含硫富液进入高压闪蒸罐B回收有效气。为减少有效气(H2、CO)损失，从高压闪蒸罐闪蒸出的气体加压后与粗煤气混合进入后续工序。 3.2溶液再生系统 从高压闪蒸罐A\B出来的无硫甲醇富液和含硫甲醇富液进入H2S浓缩塔，进行闪蒸气提。甲醇富液采用低压氮气气提。高压闪蒸器A内的无硫甲醇富液不含H2S从塔上部进入，在塔顶部降压膨胀。高压闪蒸罐B内的含硫甲醇富液从塔中部进入，塔底加入的氮气将CO2汽提出塔顶，然后经换热器D、E回收后，作为尾气高点放空。 富H2S甲醇液自H2S浓缩塔底出来后进热再生塔给料泵加压后，与甲醇贫液冷却器换热升温进入甲醇再生塔顶部。甲醇中残存的CO2以及溶解的H2S由再沸器提供的热量进行热再生，混和气出塔顶经多级冷却分离，分离出的甲醇再回流到热再生塔，分离出的酸性气体去硫回收装置副产硫磺产品。 从热再生塔底出来的甲醇水溶液经泵加压后进入甲醇水分离塔，通过蒸馏分离甲醇和水。甲醇水分离器由再沸器提供热量。塔顶出来的气体送到甲醇再生塔中部。塔底出来的甲醇含量小于10-4的废水送水煤浆制备工序或去全厂污水处理系统。 3.3丙烯压缩制冷系统 吸收剂甲醇的温度越低，H2S、CO2及其他酸性气体在甲醇中的溶解度增长较快，且分压越高，增长越快，而H2、CO变化不大。因此在较低温度下操作，更宜于酸性气体的吸收。由于甲醇易挥发，为减少其挥发损失，吸收和解吸过程也须在较低温度下进行。所以该法须附设冷冻装置，冷冻温度一般为-35℃～-55℃。 从净化各制冷点蒸发后的-40℃丙烯气体进入丙烯液分离器，将气体中的液粒分离出来后进入离心式制冷压缩机，然后进入丙烯冷凝器。丙烯气通过对冷却水放热冷凝成液体后，靠重力排入丙烯液贮槽。液体丙烯通过分配器送往各制冷设备。低温甲醇洗中的冷量就是通过丙烯压缩机来提供的。 4·低温甲醇洗装置稳定运行影响因素分析与控制 4.1吸收塔操作温度控制 在生产过程中,低温甲醇溶液吸收酸性等气体温度会逐渐上升,从而影响吸收效果。为此,在吸收塔的上段分两次从塔内抽出甲醇溶液用丙烯制冷器通过液体丙烯的蒸发对其进行提供冷量降温，再次送回吸收塔内进行吸收。 为了使吸收塔在较低的温度下平稳运行，需注意以下几点：①粗煤气经过变换后的温度经过洗氨塔洗涤时要确保洗涤水量、水温符合设计要求，从源头上控制温度不超过40℃；②换热器A、B在设计制造时，换热器的参数应根据生产工艺进行反复核算并留有一定的余量，确保粗煤气与出洗涤塔原料气、出浓缩塔的尾气充分换热，最大限度地回收冷量后再进入吸收塔；③换热器、主洗塔及各工艺管线应进行保冷；④上游气化工段原料煤、操作参数不稳定，会导致粗煤气成分不稳定，粗煤气中硫含量过高、CO2含量过低虑、进吸收塔的煤气压力较低等极端工况都会消耗更多的冷量。根据甲醇洗装置丙烯压缩机运行经验，丙烯压缩机在选型时一般应比理论计算冷量要加30%~40%余量，才能确保吸收塔的冷量供给。 4.2装置的压力控制 根据亨利定律，在一定温度下，气体在液体里的溶解度和该气体的平衡分压成正比。从传质动力学角度来看，吸收过程的压力越高，气体分子的运动扩散速率越快，吸收速率越快。为了维持较好吸收效果，控制吸收塔在较高压力下运行；确保粗煤气的正常供应，尽可能在满负荷的条件下操作，当粗煤气供应不足时，关小吸收塔出口调节阀，减少压力损失；根据粗煤气供应量和压力情况，适时调高循环气压缩机的压力；为了提高节流闪蒸制冷效果，以增加系统冷量，控制高压闪蒸罐、H2S浓缩塔的操作压力尽可能的低；适当增加H2S浓缩塔气提N2量，降低CO2分压，使溶解的CO2尽可能地解析出来。 4.3吸收甲醇的质量控制 低温甲醇的吸收效果还与甲醇的质量有关，甲醇中含水量达到5%时，CO2在甲醇中的溶解度会降低15%左右，H2S等酸性气体的溶解度也会大幅度降低。甲醇中含有其它杂质也会影响吸收效果，甲醇中水含量增加，溶液比重变大，增加了动力消耗，甲醇中含水量增加，还会腐蚀设备、管道、阀门，在低温区还会结冰堵塞设备、管道，从而造成事故。在装置运行过程中出界区的净化气、尾气以及到硫回收的酸性气体会带走一部分甲醇，该部分甲醇，可通过甲醇再生塔底再生的贫甲醇补充，也可外购甲醇进行补充。因此，要控制外购甲醇的质量；由于进塔粗煤气有一定的温度会带进吸收塔一定的水分，要控制进吸收塔粗煤气的温度，进塔前要进入气水分离器彻底分离冷凝下来的水分，控制气水分离器的液位，防止液位过高，气体把水带入吸收塔；控制出甲醇再生塔再生甲醇的质量，定期化验，发现质量变化，要加大甲醇再生塔到甲醇水分离塔废水量，提高甲醇再生塔及甲醇水分离塔再沸器的温度，确保返回系统再生甲醇质量合格。 5·结语 低温甲醇洗工艺作为是目前国内外比较成熟粗煤气净化技术，具有吸收能力强、操作弹性、大运行费用低的优点。该工艺适用大型煤化工项目中粗煤气的净化。 由于原料煤的不稳定，生产出的粗煤气的成分经常波动，而低温甲醇洗装置设备相对较多、管道复杂、控制点多，对吸收剂甲醇的质量要求较高，在生产过程中要控制好各种操作参数，才能确保装置的平稳运行。 ［作者简介］闫俊民(1966-)，男，江苏徐州人，工程师，经济师，1992年毕业于中国矿业大学煤化工专业，2008年获山东科技大学项目管理专业工程硕士学位，现主要从事甲醇产品的生产技术及管理工作。 |
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