半贫液低温甲醇洗装置运行总结及探讨

顾朝晖，杨国洞

(河南心连心化肥有限公司　河南新乡　453731)



半贫液低温甲醇洗装置运行总结及探讨

顾朝晖，杨国洞

(河南心连心化肥有限公司河南新乡453731)

简要介绍了低温甲醇洗工艺的原理、特点、国内外发展历程及实际运行情况。根据半贫液吸收流程与全贫液吸收流程的理论分析，提出了该工艺进一步优化的方向。

低温甲醇洗半贫液吸收流程全贫液吸收流程

1　低温甲醇洗工艺简介

低温甲醇洗工艺是由德国的林德公司和鲁奇公司在20世纪50年代共同开发，是一种适用于处理含高浓度酸性气体的净化工艺。该工艺采用冷甲醇作为溶剂，利用甲醇对原料气中各组分不同的吸收选择性以达到脱除酸性气体的目的，属于物理吸收工艺法。1954年，低温甲醇洗工艺在南非首先用于煤加压气化后的粗煤气的净化，随后用于城市煤气等的净化。20世纪60年代以后，随着以渣油和煤等重碳质燃料为气化原料的大型合成氨装置的出现，低温甲醇洗工艺因其具有可同时脱除多种物质，气体净化度和吸收选择性高，甲醇溶剂的热稳定性和化学稳定性好、损失少且易于再生，装置运行能耗低等众多优点而得到广泛应用。

鲁奇公司的低温甲醇洗工艺流程为脱硫-变换-脱碳，变换在脱硫和脱碳之间，而林德公司的低温甲醇洗工艺则是变换后选择性一步法脱硫脱碳。鲁奇低温甲醇洗工艺由于没有中间循环甲醇提供冷量，故系统所需冷量全部由外部提供。由于甲醇溶液吸收温度低，其循环量相对较大，与林德工艺相比，鲁奇工艺能耗稍高，吸收塔体积也较大，但系统冷量由外部供给，使操作调节相对灵活，并通过新型塔板的设计，提高了塔的操作弹性。林德低温甲醇洗工艺采用高效绕管式换热器，提高了换热效率，特别是多股物流的组合换热，节省占地，设备布置更为紧凑，能耗更低。

我国对低温甲醇洗工艺的研究始于20世纪70年代，中石化兰州设计院、南化集团研究院、浙江大学、上海化工研究院、大连理工大学等单位在该工艺的基础理论研究方面都取得了一定的成果，其中大连理工大学在化工工艺模拟计算方面取得了较大的进展。大连理工大学从1983年开始进行低温甲醇洗工艺过程研究，1999年该项研究通过了中石化的鉴定，其改进后的工艺与林德工艺相似。截止至2015年9月，大连理工大学技术改造及工艺包设计业绩共115套，其中开车成功的有53套，完成设计的有7套，正在设计及由于业主原因项目暂停的有55套。

2　半贫液吸收流程与全贫液吸收流程的对比

大连理工大学开发的低温甲醇洗工艺主要分为全贫液吸收流程和半贫液吸收流程，2011年前签订的工艺包合同都为全贫液流程。考虑到能耗情况，国内首套采用半贫液循环流程的低温甲醇洗装置在河南心连心化肥有限公司建成投产，从运行效果看，达到了预期目的。

半贫液吸收流程与全贫液吸收流程基本一致，主要区别在于全贫液流程仅用贫甲醇作为洗涤塔脱碳段的吸收溶剂，而半贫液流程则增加了1股来自低压闪蒸系统的半贫甲醇作为吸收溶剂，相应多了1套半贫甲醇吸收、闪蒸循环系统及更加复杂的换热系统。

(1)甲醇循环量

在半贫液吸收流程中，洗涤塔CO2吸收段用半贫液代替部分全贫液，由于半贫液的吸收效果不如全贫液，所以半贫液循环量较被代替的全贫液循环量要大。也就是说，在洗涤塔CO2吸收段，半贫液吸收流程的总甲醇量大于全贫液吸收流程，同时H2S吸收段的甲醇总流量略少于或等于全贫液吸收流程。

(2)冷量消耗

在低温甲醇洗工艺流程中，除自身冷量回收外，还需要外界补充-40 ℃的冷量。甲醇吸收CO2等酸性气是放热过程，酸性气从甲醇中解吸是吸热过程，且在同一压力下甲醇温度越低，CO2等酸性气的溶解度就越大，所需的甲醇吸收剂循环量就越少。因此，为降低装置能耗、最大限度回收冷量和热量，低温甲醇洗流程的换热管网较复杂。半贫液吸收流程的甲醇循环系统中多了1股半贫液，整个换热系统的自身冷量回收及外部冷量补充换热方面略不同于全贫液吸收流程。半贫液吸收流程有利于降低系统温度，使进入吸收塔的贫甲醇温度更低，有利于提高酸性气在甲醇中的溶解度；同时，由于单位质量甲醇中溶解的CO2多，使富甲醇在低压闪蒸及汽提闪蒸时可达到更低的温度，通过冷、热甲醇换热可使吸收塔的甲醇温度更低，进而减少了系统中贫甲醇的循环量，降低了冷量消耗。因此，理论上全贫液吸收流程冷量消耗大于半贫液吸收流程。

(3)关键设备尺寸

由于系统中甲醇循环量的不同，导致2种装置的塔径略有不同。吸收和闪蒸部分的塔径基本相当，主要是因为液相流量不同，但气相流量一致，而决定该部分塔器直径的关键参数为气相流量。半贫液吸收流程的贫甲醇流量小，意味着进入热再生系统的甲醇循环量小，相应热再生塔、甲醇水分离塔的塔径比全贫液吸收流程的小很多。由于装置产生的尾气和CO2量相当，故尾气洗涤塔塔径一致。

(4)消耗指标

低温甲醇洗装置的消耗主要为冷量、低压蒸汽、中压蒸汽、循环水、电、低压N2、脱盐水、甲醇等，在装置总能耗中的比重从高到低的排序依次为低压N2、冷量、电量、低压蒸汽、中压蒸汽和循环水。

含硫甲醇进入热再生系统前需采用N2汽提，以提高富甲醇中H2S相对于CO2的含量。N2消耗量与进入富集塔的富甲醇量和温度等因素有关，全贫液吸收流程贫甲醇循环量大，其N2消耗量相对略大。

冷量消耗是衡量低温甲醇洗装置能耗的核心指标。半贫液吸收流程由于减少了系统中甲醇的循环量，因而大幅降低了冷量消耗。

电能消耗主要用于甲醇循环输送和闪蒸气循环压缩。半贫液吸收流程的贫甲醇泵、富甲醇泵的耗电量少于全贫液吸收流程，但由于多了1股半贫甲醇，多1组半贫甲醇泵，所以其总电能消耗大于全贫液吸收流程。在流程设置相近、有效气回收率一致的前提下，闪蒸气循环压缩的电耗完全取决于甲醇循环量，所有吸收酸性气后的富甲醇都需经中压闪蒸回收有效气后再进入低压闪蒸和汽提系统，半贫液流程的总甲醇循环量大，闪蒸出的闪蒸气量也大，循环气压缩机的电耗也相应增加。

蒸汽消耗主要用于甲醇热再生系统的再沸器，其中热再生塔塔底再沸器采用0.5 MPa等级蒸汽，甲醇水分馏塔塔底再沸器采用1.0 MPa等级蒸汽。蒸汽的消耗量与进入热再生系统的甲醇流量有很大的关系，半贫液吸收流程由于贫甲醇循环量小，故其热再生所需的蒸汽量较少。

循环水消耗主要在于热再生系统的塔顶冷凝器及贫甲醇的冷却，半贫液吸收流程由于贫甲醇循环量小，意味着循环水消耗量也少。

低温甲醇洗装置的甲醇损耗主要为净化气、尾气、CO2和废水中夹带排出系统的量，尾气和CO2排放前设有水洗塔回收甲醇，系统温度低可降低净化气中的甲醇饱和蒸气压，进而降低系统甲醇消耗。半贫液吸收流程甲醇吸收液温度低，故甲醇损耗略少。

综上所述，全贫液吸收流程的蒸汽、循环水、冷量、甲醇等消耗高于半贫液吸收流程，而其电耗则略低。日产1 000 t氨低温甲醇洗装置不同工艺能耗对比见表1。

表1日产1 000 t氨低温甲醇洗装置不同工艺能耗对比

项 目4.0MPa气化消耗量全贫液吸收流程半贫液吸收流程6.5MPa气化消耗量半贫液吸收流程全贫液吸收流程甲醇/(kg·h-1)40353030循环冷却水(温差10K)/(t·h-1)560430330380汽提氮气/(m3·h-1,标态)9300720060006600脱盐水/(t·h-1)3.23.03.03.00.5MPa(表压)低压蒸汽/(t·h-1)3.03.02.62.61.0MPa(表压)低压蒸汽/(t·h-1)13.28.85.57.84℃冷量/kW490000-40℃冷量/kW4050295022403000

注:1)以上数值为理论计算消耗，不包含裕度，冷量消耗不含冷损；

2)有半贫液循环电耗约比无半贫液循环大80～100 kW；

3)如原料气中硫含量较高，半贫液循环消耗会有所增加;

4)表中数据为估算值。

3　半贫液低温甲醇洗装置运行情况

河南心连心化肥有限公司原料结构调整项目和新疆基地的“30·52”项目均采用了大连理工大学开发的低温甲醇洗工艺，装置自开车以来，工艺运行整体稳定，净化气、酸性气、CO2产品气、尾气、甲醇消耗、蒸汽消耗、冷量消耗、废水排放等均达到设计值。

生产运行中出现的问题如下：

(1)开车后循环氢气压缩机进口管道振动，将回气逐渐关死且加固管道后，振动现象消失。

(2)甲醇水分离塔曾出现设备筒体腐蚀，原因是该塔进料为来自尾气水洗塔的甲醇水混合液，溶液呈酸性，腐蚀性较强。

(3)由于除沫器问题，甲醇消耗较高，具体表现：CO2气中的甲醇含量高，指标为150×10-6(体积分数)，实测为(200～300)×10-6(体积分数)；尾气中甲醇质量浓度指标为190 mg/m3，实测为200～300 mg/m3。

(4)由于除沫器的运行效果差，尾气水洗塔增加脱盐水量时，存在尾气放空带水现象。

4　低温甲醇洗技术未来的发展优化

低温甲醇洗技术经过60多年的发展，整体工艺较为成熟，应用较为广泛，下一步优化应该涵盖以下内容：

(1)中压闪蒸段增加液力透平进行能量回收，即将中压闪蒸的工艺流程改为通过透平机回收能量带动半贫液泵。以河南心连心化肥有限公司原料结构调整项目为例，如该部分能量100%回收的话，预计可节约电量约500 kW，但由于现场工况苛刻，改造存在一定的风险。

(2)在现有半贫液吸收流程基础上进一步优化，通过提高半贫液的占比来达到降低装置的整体运行费用的目的。

(3)由于河南心连心化肥有限公司低温甲醇洗装置为第1套采用半贫液吸收工艺流程的装置，在能量和热量利用方面肯定还存在很多不合理的地方，需要进一步优化。

Sum-Up and Discussion of Operation of Low-Temperature Methanol Wash Unit with Semi Lean Liquid

GU Chaohui, YANG Guodong

(Henan Xinlianxin Fertilizer Co., Ltd.Henan Xinxiang453731)

A brief introduction is made of the principle, characteristics, development history both at home and abroad and actual operation situation of low-temperature methanol wash process. Based on theoretical analysis of the absorption process of semi lean liquid and absorption process of fully lean liquid, further optimization direction of the process is suggested.

low-temperature methanol washabsorption process of semi lean liquidabsorption process of fully lean liquid

TQ113.26+4.3

B

1006- 7779(2016)04- 0059- 03

2016- 06- 20)