降低低温甲醇洗二氧化碳排放气中CH4含量的优化操作

程文龙

【摘 要】简单介绍低温甲醇洗气体净化工艺的技术特点；从工艺流程、设计参数、实际分析数据等方面阐述甲烷损失位置；通过计算甲烷损失给企业带来的经济损失和环境污染问题；通过优化工艺操作和技术改造等手段，对工艺操作调整前后分析数据进行对比，发现最优操作方案，排放气中甲烷的含量明显降低，达到一定的经济效益。

【关键词】低温甲醇洗；二氧化碳排放气；甲烷；调整优化

1 简介低温甲醇洗

低温甲醇洗是一种节能型的成熟可靠的酸性气体净化工艺，具有操作弹性大、吸收能力大、选择性好、气体净化度高、操作费用低等技术特点，特别适用于在现代煤化工、石油化工等领域。低温甲醇洗适合于分离和脱除酸性气体组分 CO2、H2S及COS， 因为这些组分在甲醇中具有不同的溶解度， 而这种选择性能有利于得到无硫的尾气。在遵守环境保护规则下，就可以直接排入大气或用于生产CO2，回收生产尿素[2]。大唐克旗煤制天然气公司利用低温甲醇洗对变换冷却装置来的原料气进行选择性吸收，除去粗煤气中的CO2、H2S等酸性气体以及油、水等杂质，制得CO2≤1.5%，总S≤0.2ppm的合格净化气，送往甲烷化装置进行合成甲烷。经过吸收的富甲醇通过再生塔进行减压闪蒸后，闪蒸出的CO2直接排放至大气。

2 低温甲醇洗排放气来源分析

低温甲醇洗运行过程中还存在能耗较高的问题，就其中一项二氧化碳排放气中甲烷含量高进行分析、计算、调整优化，达到节能降耗的目的。

2.1 甲烷损失分析：

通过大唐克旗煤制天然气公司低温甲醇洗工艺流程简介排放气的来源。从变换装置来的粗煤气进入低温甲醇洗装置，经分离、冷却降温后，进入脱硫塔，脱硫塔分为两段：预洗段和主洗段。在预洗段，除去粗煤气中的水份、混合苯、HCN、部分有机硫、高分子化合物，防止这部分杂质进入主洗段造成甲醇污染，保证甲醇再生质量；主洗段脱出粗煤气中的H2S。主洗段硫化氢的甲醇富液送至硫化氢浓缩塔三段进行减压闪蒸、气提，一段闪蒸出C0、H2、CH4有效气体进行回收，二段进行减压闪蒸后的气体含有大量的H2S送至三段进行浓缩，同三段闪蒸出的二氧化碳并入尾气系统，送入尾气洗涤塔进行洗涤排放。

经过脱硫处理后的气体进入脱碳塔，制得净化气（CO2≤1.5%），吸收C02的甲醇富液进入二氧化碳闪蒸塔三段进行减压闪蒸、气提，一段闪蒸出C0、H2、CH4有效气体进行回收，二、三段闪蒸出大量的C02，C02排放气经过冷量回收后，送入尾气洗涤塔进行洗涤排放。

二氧化碳闪蒸塔、硫化氢浓缩塔一段有效气体通过压缩机加压后送至系统回收。

因大量的C02未被回收利用排至大气，通过工艺流程可知主要二氧化碳来源主要三个位置：硫化氢浓缩塔三段排放气、二氧化碳闪蒸塔二段排放气、二氧化碳闪蒸塔三段排放气。

对二氧化碳排放气成分进行设计值与实际分析值进行对比：

设计数据：二氧化碳排放气设计指标：114081Nm3/h、8℃、0.11MPa。设计成分：CO2：87%、CH4：1.34%、N2：10.5%

实际数据：负荷在80%二氧化碳排放气实际指标：80000Nm3/h

实际成分：CO2：83%、CH4：1.8%、N2：13.5%

通过设计与实际各组份对比可知，实际生产过程中CH4的排放量大于设计值，CH4也是造成温室效应的主要气体之一，已知相同分子数的CH4和CO2，CH4导致的温室效应更明显，甲烷对环境污染带来更大的危害；同时CH4是天然气的主要成分，CH4大量的排放给公司带来巨大的经济损失。经济损失计算：

每年装置运行8000小时；每标方天然气价格2.75元/Nm3；负荷在80%二氧化碳排放气量80000Nm3/h。N（损失费用）=（1.8%-1.34%）*80000Nm3/h*8000h*2.75元/Nm3=809.6万元/年

经过计算，一年的损失费与设计值对比多809.6万元/年。

2.2理论分析：

因低温甲醇洗的物理吸收解析过程遵循亨利定律。亨利定律的内容为：在总压不高时，恒温下，稀溶液上方的气体溶质平衡分压与该溶质在液相中的浓度呈正比；由亨利定律可知，气体的分压越大，其在溶液中的溶解度也就越大。所以，增加压力有利于吸收。反之，降低压力有利于解吸。在大多数情况下，溶解度系数随温度的下降而增大，故物理吸收要求在尽可能低的温度下进行，解吸要求在高温度下进行。

通過上述内容可知，通过对二氧化碳闪蒸塔一段、硫化氢浓缩塔一段进行无限提温降压，可将此段的有效气态C0、H2、CH4等有效气体全部回收。但实际工艺运行状况可知，二氧化碳闪蒸塔一段、硫化氢浓缩塔一段进行提温、降压不能无限进行，受到回收有效气体压缩机条件的制约，因往复式压缩机入口压力、出口温度均有要求，设置入口压力、出口温度联锁以保护为往复式压缩机的安全运行，防止因压差、温升过大损坏往复式压缩机的活塞环、气阀等部件。

2.3 调整优化：

在实际运行过程中受到设备、工艺条件限制，只能进行小幅度的工艺指标调整，具体尝试调整如下：

（1）根据压缩机入口压力、出口温度报警值，进行工艺操作，保证压缩机能够平稳运行，稳定入口压力及温度，适当对二氧化碳闪蒸塔一段、硫化氢浓缩塔一段由原压力降低0.2MPA；通过适当降低再生塔再生压力来降低贫甲醇再生温度，操作压力下调，有利于贫甲醇的降温[1]。

（2）对二氧化碳闪蒸塔、硫化氢浓缩塔一段原温度基础上提高6℃后，压缩机出口温度控制在103℃-108℃，有效气体回收量明显增加，但操作弹性减小。

（3）根据CO2、C0、H2、CH4在甲醇中溶解度不同，适量增大二氧化碳闪蒸塔一段、硫化氢浓缩塔一段喷淋再吸收甲醇量；二氧化碳闪蒸塔一段甲醇喷淋量由原来的3.2吨提升至3.8吨，硫化氢浓缩塔一段喷淋量由原来的1.9吨提升至3.2吨，此时再吸收液给料泵的打量至满负荷，无法在提升，在有限条件下，增加了解析气体内有效气体浓度。

（4）因再吸收液给料泵设计流量无法满足现有工艺条件需求，根据现场实际情况进行了此方面技术改造（因涉及公司技术保密在此不做介绍）。

调整后二氧化碳排放气分析数据：CO2：84.8%、CH4：1.55%、N2：12.1%

3 结论

通过精细操作、技术改造、严控工艺指标等手段已经能够控制二氧化碳排放气内部分有效气体甲烷的排放量，含量降低0.3%，每年节约经济效益大约450万元左右，但调整后，再生系统操作弹性明显降低，降低了事故承受能力，更需要操作人员的精细操作。

由分析数据可知，甲烷排放指标仍然没有达到设计要求，主要有四方面原因：（1）设计缺陷，没有充分考虑有效气体的全部回收。（2）设备选型问题，只能根据现有设备工况进行调整，不具备更换设备条件。（3）工艺路线选择上存在问题。（4）工艺人员操作技能有待提高。今后，如何继续降低甲烷排放指标，将是我们不断探索的主题。

【参考文献】

[1]张云芳，田文平.浅谈低温甲醇洗系统消耗问题，中氮肥，山东华鲁恒升集团有限公司[ 中图分类号]TQ 113.26+4[文献标识码]B[文章编号]1004-9932（2012）03-0035-02，2012.5（3）.

[2]秦旭东，李正西，宋洪强，吴锡章.低温甲醇洗和聚乙二醇二甲醚工艺的技术经济对比化工技术经济，2007（1）：25.endprint