氮肥技術(shù)2009年第30卷第3期低溫甲醇洗工藝甲醇消耗高的問題探討徐先榮(中國(guó)石化股份公司巴陵分公司生產(chǎn)管理部湖南岳陽414003)摘要簡(jiǎn)要介紹了粉煤氣化配套低溫甲醇洗工藝裝置,對(duì)其在運(yùn)行過程中的甲醇消耗過高問題進(jìn)行分析,結(jié)果表明:放空尾氣夾帶甲醇是消耗高的主要原因,工藝參數(shù)的控制也是甲醇消耗高的重要原因之一一。 通過技術(shù)改造和工藝參數(shù)優(yōu)化,降低了甲醇消耗。關(guān)鍵詞低溫甲醇洗消耗改造前言試生產(chǎn)以來,- -直存在甲醇消耗嚴(yán)重超標(biāo)的問題，巴陵分公司合成氨裝置原系20世紀(jì)70年代經(jīng)對(duì)裝置中存在的甲醇消耗問題進(jìn)行分析,并結(jié)初從美國(guó)凱洛格公司引進(jìn),以石腦油為原料的“氣合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行技術(shù)改造,達(dá)到了較好的效果。改油”裝置。由于原油價(jià)格上漲, 1997年開始與殼1低溫 甲醇洗工藝簡(jiǎn)介牌公司進(jìn)行“煤代油”項(xiàng)目合作,以煤為原料,采用低溫甲醇洗凈化法是由德國(guó)Linde公司和殼牌粉煤氣化工藝生產(chǎn)粗煤氣，粗煤氣經(jīng)CO變Lurgi公司在20世紀(jì)50年代共同開發(fā)的- -種氣換、酸性氣體脫除、甲烷化等凈化后成為合成氣,體凈化技術(shù)。巴陵分公司合成氨裝置采用德國(guó)魯在合成塔中完成氨合成反應(yīng)。其中克勞斯氣體脫奇公司的“低溫甲醇洗”專利工藝,其作用是將變除工藝系德國(guó)魯奇公司的“低溫甲醇洗”專利工換氣中的酸性氣體脫除,制取合格的氫氣,同時(shí)藝,該裝置采用魯奇工藝六塔流程,是目前國(guó)內(nèi)己生產(chǎn)體積分?jǐn)?shù)為99.04%的二氧化碳?xì)怏w及硫化投產(chǎn)的單套生產(chǎn)能力最大的低溫甲醇洗裝置之氫體積分?jǐn)?shù)為25%左右的克勞斯氣體,工藝流程一,工藝流程長(zhǎng),控制復(fù)雜。裝置自2006年12月見圖1。13◆-93|76. 12鳳10囝1低溫甲醇洗工藝流程1 HS吸收塔2 CO2吸收塔 3 HS濃縮塔4熱再生塔5甲醇1水蒸餾塔 6中壓閃蒸塔7克勞斯氣分離器8變換氣9尾氣10克勞斯氣11污水12甲醇排污13凈化氣14CO23.0MPa、40C變換氣先在H2S吸收塔(T2201)和很低溫度下將原料氣中絕大部分硫化物和二氧和CO2吸收塔(T2202)中用甲醇溶液于較高壓力化碳吸收下來,成為凈化氣,含酸性氣污甲醇進(jìn)入第3期徐先榮:低溫甲醇洗工藝甲醇消耗高的問題探討中壓閃蒸塔(T2206 )進(jìn)行濃縮;然后在H2S濃縮升高,甲醇蒸氣壓增大,甲醇的損失就增加。因塔(T2203)中,通過降低壓力閃蒸甲醇富液得到此,保持低溫下操作,不但能保證甲醇有較好的較純凈的二氧化碳產(chǎn)品,并通過多次閃蒸循環(huán)吸吸收效果,而且能降低甲醇消耗,本系統(tǒng)控制在收和氮?dú)馄崾辜状既芤褐械牧蚧餄饪s,同時(shí)- 40~-60C之間。為系統(tǒng)提供了大量高位能冷量;最后在熱再生塔3.1.3甲醇循環(huán)量(T2204)中于較低壓力和較高溫度下將甲醇溶液酸性氣在甲醇中的溶解度是溫度和壓力的吸收的硫化物和二氧化碳解吸出來,得到了含硫函數(shù),溫度、壓力確定后,酸性氣的溶解度基本恒化物較高的克勞斯氣,同時(shí)甲醇溶液也得到了徹定。從傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)角度分析,液氣比增大,有利于底的再生。甲醇/水蒸餾塔(T2205 )將部分再生甲酸性氣體組分的吸收。在塔的正常操作范圍內(nèi),醇汽提,使整個(gè)甲醇循環(huán)系統(tǒng)水含量維持穩(wěn)定。增加甲醇循環(huán)量，氣液兩相在塔內(nèi)接觸越充分,2甲醇消耗問題的引 出傳質(zhì)效果越好。但循環(huán)量的增大也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)動(dòng)煤氣化及配套裝置自2006年12月首次開車力消耗及再生能耗增加,增加冰機(jī)負(fù)荷,而且可至2007年年底,裝置運(yùn)行過程中遇到了甲醇消耗能導(dǎo)致甲醇消耗增加。因此,甲醇循環(huán)量應(yīng)綜合過高的問題，嚴(yán)重影響裝置開車和正常運(yùn)行。考慮,在保證氣體凈化度的前提下,選取一個(gè)適按魯奇公司設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿負(fù)荷下低溫甲醇洗宜的液氣比值,合理匹配甲醇循環(huán)量,既保證溶裝置設(shè)計(jì)甲醇消耗<3.0t/d, 根據(jù)2007年上半年的液的吸收效率,又不至于能耗過度增加。本裝置開車統(tǒng)計(jì),60%負(fù)荷下甲醇消耗超過40.0t/d，80%設(shè)計(jì)指標(biāo)為17.59t甲醇/10Nm3變換氣，實(shí)際生負(fù)荷下甲醇消耗最大量達(dá)160.0vd,日消耗甲醇平產(chǎn)中根據(jù)CO2吸收塔上部工藝氣出口甲醇溫度均46.7t,甲醇洗裝置因消耗過高而無法正常運(yùn)行。差來調(diào)節(jié),控制溫差為30C。由于煤種的變化,且3問題分析及處理有些煤種中碳含量較高，為了防止凈化氣中CO2針對(duì)低溫甲醇洗裝置運(yùn)行過程中的甲醇消超標(biāo),一般控制溫差為< <20C。耗過高問題,主要探討了工藝參數(shù)、塔器分離效3.1.4變換氣質(zhì)量率等因素對(duì)消耗的影響,并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和改造。進(jìn)人低溫甲醇洗的變換氣組分對(duì)甲醇洗工3.1工藝參數(shù)對(duì)甲 醇消耗的影響藝參數(shù)及甲醇消耗產(chǎn)生影響，變換氣中CO含量在低溫甲醇洗工藝中,影響裝置正常運(yùn)行和過高,易造成Co分壓高,吸收塔壓差升高,影響消耗最主要的工藝控制指標(biāo)有溫度、壓力、甲醇甲醇對(duì)CO2的吸收效果;NH3含量高,進(jìn)入甲醇洗循環(huán)量和循壞甲醇質(zhì)量等。系統(tǒng)后，易造成低溫冷卻器碳酸氫銨結(jié)晶堵塞,3.1.1操作壓力影響生產(chǎn)正常運(yùn)行;煤粉等雜質(zhì)進(jìn)人甲醇洗系根據(jù)亨利定律,在- -定溫度下,氣體在液體統(tǒng)，易造成固體物質(zhì)在溶液換熱器列管內(nèi)聚集，中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。另外，影響換熱器的換熱效果，或在吸收塔塔盤上聚吸收過程的壓力越高，氣體分子的擴(kuò)散速率越集,使塔壓差升高,影響吸收效果。因此應(yīng)嚴(yán)格控快,吸收推動(dòng)力就越大,吸收速率越快。因此,吸制進(jìn)人甲醇洗裝置變換氣質(zhì)量,保證裝置正常運(yùn)收過程壓力增高,氣、液兩相接觸好,有利于吸收行,從而達(dá)到控制甲醇消耗的目的。過程的進(jìn)行和氣體凈化效果的提高,因此在設(shè)備3.1.5甲醇質(zhì)量允許的前提下可盡量提高系統(tǒng)操作壓力,保證吸甲醇質(zhì)量的好壞直接影響著低溫甲醇洗的收效果,降低甲醇消耗。凈化效果。甲醇中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)4%時(shí),CO2在3.1.2溫度甲醇中的溶解度將降低15% ,H2S的溶解度也會(huì)溫度是影響甲醇洗凈化效果的最重要因素大幅度^下降。另外,甲醇含水量增加,溶液密度增之一。低溫甲醇洗的凈化效果取決于酸性氣體大,增加了動(dòng)力消耗,而且對(duì)設(shè)備的腐蝕也會(huì)加(CO2、HS)在甲醇中的溶解度和達(dá)到氣液平衡時(shí)劇,縮短裝置使用年限。為保證甲醇的質(zhì)量,生產(chǎn)酸性氣在氣相中的分壓,而這兩項(xiàng)因素都是溫度中可采取以下措施。的函數(shù),采用較低的洗滌溫度對(duì)氣體的凈化過程(1)原設(shè)計(jì)在人H2S吸收塔前的工藝氣中噴有利。另外,甲醇的蒸氣壓也是溫度的函數(shù),溫度淋甲醇液送至熱再生塔,經(jīng)循環(huán)再生后脫水效果24氬肥技術(shù)2009年第30卷較慢,水含量偏高。經(jīng)過技改后,將這股甲醇液直層高度,實(shí)際操作中泡沫層已十分接近氣相出口接送至甲醇1水蒸餾塔脫水效果較好。但運(yùn)行一的下沿,存在嚴(yán)重氣液夾帶現(xiàn)象,并有可能甲醇段時(shí)間后,由于甲醇中灰份等雜質(zhì)較多易造成甲直接從除沫器帶出;操作中下塔壓差穩(wěn)定,沒有醇/水蒸餾塔塔盤堵塞，后來又將這股液體直接壓降急劇變化的現(xiàn)象,塔的壓差控制在水力計(jì)算改至甲醇1水蒸餾塔塔底再沸器中，有效降低了所允許的范圍內(nèi)，下塔沒有發(fā)生液泛而帶液,塔甲醇中的水含量。.盤操作正常。因此確定大量甲醇從尾氣帶出的主(2)改變甲醇1水蒸餾塔回流液組成。正常情要原因是下塔主要再吸收段頂部塔盤上表面離況，甲醇/水蒸餾塔塔頂回流液是熱再生塔中部尾氣出口除沫器太近,操作中高速的氣體攜帶過抽出部分甲醇,但其水含量和系統(tǒng)甲醇中水含量多的甲醇來不及破沫沉降所致。相同。因此,采用將罐區(qū)來的新鮮甲醇加人到回再吸收塔上塔二氧化碳產(chǎn)品中甲醇體積分流液中,降低回流液中的水含量,從而提高了塔頂數(shù)達(dá)1 000 x 10-以上,不僅影響二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)餾出液的純度,最終達(dá)到了降低水含量的目的。量,還大大增加甲醇消耗。經(jīng)過工藝和設(shè)備上的根據(jù)_上述分析，于2007年4月進(jìn)行工藝參排查,認(rèn)為大量甲醇從二氧化碳中帶出的主要原數(shù)調(diào)優(yōu),盡管各參數(shù)及甲醇和變換氣質(zhì)量均滿足因是上塔出口除沫器除沫能力不夠。設(shè)計(jì)要求,但裝置運(yùn)行顯示(見表1),甲醇消耗仍根據(jù)分析,尾氣系統(tǒng)改造主要是要增加尾氣然過高。主要是尾氣及二氧化碳產(chǎn)品中甲醇含量出口分離空間，提高除沫器效果,因此對(duì)再吸收變化較小，盡管克勞斯氣中甲醇消耗下降明顯,塔塔盤進(jìn)行改造，尾氣出口冷端新增氣液分離其體積分?jǐn)?shù)平均值從30 000x 10*降為2 000x罐。二氧化碳產(chǎn)品出口管線冷端新增氣液分離10*,但仍高于設(shè)計(jì)值,而且克勞斯氣流量較小，罐,并安裝絲網(wǎng)除沫器分離夾帶的甲醇。兩個(gè)氣對(duì)甲醇消耗下降影響較小。即工藝參數(shù)調(diào)整不能液分離罐中分離的甲醇均進(jìn)入污甲醇罐,經(jīng)原有解決甲醇消耗過高的問題,因此對(duì)塔器的分離效污甲醇泵送熱再生系統(tǒng),達(dá)到降低甲醇消耗和凈率進(jìn)行探討?；趸籍a(chǎn)品的目的。表1工藝參數(shù)調(diào)整前、后各氣體中甲醇體積分?jǐn)?shù)( x109)3.2.2熱再生塔及克勞斯氣分離系統(tǒng)分析及改造尾氣含甲醇二氧化碳含甲醇 克勞斯氣含甲醇通過工藝參數(shù)調(diào)整,克勞斯氣夾帶甲醇現(xiàn)象項(xiàng)目后前后有了較大緩解,但仍高于設(shè)計(jì)值。通過對(duì)克勞斯平均值63500 62800 1324 1 302 30100 2 055氣分離系統(tǒng)分析認(rèn)為,熱再生塔回流泵人口管線3.2 塔器分離效率的影響離克勞斯氣分離器回流甲醇管線距離太短,極易魯奇六塔中,二氧化碳吸收塔、再吸收塔熱發(fā)生短路現(xiàn)象。當(dāng)克勞斯氣分離器來的冷甲醇流再生塔及甲醇1水分離塔均有物料離開系統(tǒng),因此量增加來不及混合分離并釋放溶解的CO2時(shí),冷主要分析上述設(shè)備分離效率對(duì)甲醇消耗的影響。甲醇直接進(jìn)入P- 2206而發(fā)生氣蝕打不上量,回流3.2.1再吸收塔分析及改造段液位升高,氣液分離空間變小,回流段氣相出口為保證低溫甲醇洗系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量及防止系甲醇夾帶增加,大量液相甲醇直接從氣相帶出,形統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)累計(jì),設(shè)計(jì)有部分氣體(主要是二氧化成惡性循環(huán),造成克勞斯氣體嚴(yán)重的甲醇夾帶。碳和氮?dú)?從再吸收塔下塔頂部排出,設(shè)計(jì)排放對(duì)克勞斯氣體回收系統(tǒng)改造主要是在P- -2206量為79 274Nm2/h,設(shè)計(jì)尾氣含甲醇體積分?jǐn)?shù)<入口增加氣液分離罐,分離溶解在甲醇中的CO2,50x 10*。通過分析發(fā)現(xiàn)，改造前尾氣中甲醇含量降低P- 2206發(fā)生氣蝕的可能，使克勞斯氣回收相當(dāng)高,其體積分?jǐn)?shù)達(dá)到70 000 x 10%,是甲醇消系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,降低克勞斯氣對(duì)甲醇的夾帶。耗過高的主要原因,因此消除尾氣夾帶甲醇也是3.2.3二氧化碳吸收塔降低甲醇消耗最主要的手段。對(duì)塔內(nèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行分離開二氧化碳吸收塔的粗氫氣產(chǎn)品中基本無析看,再吸收塔下塔主要再吸收段頂部塔盤上表甲醇,塔的分離效率較高,因此對(duì)甲醇消耗影響較面距離尾氣出口管線中心距離為900mm,距離尾小,不需要進(jìn)行改造。氣出口除沫器下沿約310mm,而100%負(fù)荷時(shí),塔經(jīng)過上述分析判斷,巴陵公司煤氣化裝置低溫盤上清液層高度在100 ~ 250mm左右，加上泡沫甲醇洗工藝甲醇消耗超標(biāo)的問題主要是因?yàn)殡x開