低温甲醇洗工艺参数控制的探讨

董文磊

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

低温甲醇洗工艺采用甲醇做为洗涤溶剂，脱除原料气中的酸性气体。在这种工艺的实施过程中，需要使用冷甲醇作为洗涤溶剂来吸收酸性气体，再通过甲醇再生对这些气体进行处理。当前，大多的的工程化产业采用低温甲醇洗工艺来进行气体的净化过程，由于其对于气体的净化能力高，另外，对于脱硫、脱酸的工艺可以有选择、有步骤的进行，所以，深受大部分企业的青睐[1]。低温甲醇洗投资属于中等水平，但其耗能最低。因此，低温甲醇洗是一种技术先进、经济合理的气体净化工艺。

1 低温甲醇洗工作原理和工艺流程

1.1 低温甲醇洗工作原理

利用酸性气体溶解度在-50 ℃左右的低温环境下明显增大的特点，对酸性气体进行吸收。而同等条件下，COS、H2S在甲醇中的溶解度是CO2的5倍～6倍，这就使得气体的脱硫和脱碳可在同一塔内分段选择性的进行。低温甲醇洗工艺的实现过程遵循亨利定律[2]。根据这一定律,我们可以通过选择性降低循环压力、进行氮气气提、溶剂加热，逐渐解吸出富甲醇中的H2S和CO2，完成甲醇再生的同时得到较高纯度的H2S和CO2。

1.2 低温甲醇洗工艺流程

原料气中含有微量的氨，为防止氨在后续甲醇中的累积，首先用锅炉给水在氨洗塔中洗去原料气中的氨。原料气经过氨洗塔后进入甲醇洗涤塔，分段吸收原料气中的H2S和CO2。通过洗涤塔使得原料气中的硫降到0.1 ppm以下，CO2约2.5%左右送往下游工序。

富含H2S和CO2的富甲醇先将其吸收的少量CO和H2进行解吸，将H2S和CO2和原料气一起进入洗涤塔回收利用。然后再降压解吸其中的CO2，得到较高纯度的CO2送往煤气化做为载气使用。再然后对循环甲醇进行氮气气提来降低富甲醇中的CO2含量。最后，对循环甲醇进行加热，解吸出一定浓度的H2S，送往硫回收制成硫磺，既解决了环保问题，又有一定的经济效益。完成再生的贫甲醇通过换热降温后送往洗涤塔，做为洗涤溶剂循环利用。

2 低温甲醇洗工艺优化

在低温甲醇洗工艺运行中，洗涤塔的压力控制、循环甲醇流量和来气量的匹配、循环甲醇的温度、甲醇解吸时的压力和气体氮气的用量、甲醇热再生的温度等都对工艺指标有较大影响。为了整个流程的稳定和优化运行，可以从以下几个方面进行调节。

2.1 洗涤塔压力的控制

气体压力对CO2、H2S等酸性气体的吸收影响很大。在固定的温度下，溶液的溶解度与气体的压力成正比。所以提高吸收过程中的压力，就会使溶剂与气体形成良好的接触，能够促进吸收过程的实现，并且提升净化效果。在保证脱硫效果的前提下，维持压力的平稳，对维持出口气体中CO2的含量非常重要，而稳定量的CO2，能配合CO保证氢碳比的稳定，对下游合成工序非常有利。实际操作过程中，一般低温甲醇洗连着合成气压缩机，可以通过加强与合成气压缩机的协调配合来保证洗涤塔的压力稳定。

2.2 洗涤循环量的控制

在运行中，来气气量和循环甲醇量的对应关系为：气量15.8万m3/h～26.4万m3/h～29.1 万m3/h，对应循环量：289 t/h～446 t/h～521 t/h，甲醇循环量量应该随气化负荷增减作出相对应的调整，当气化气量小范围波动时，或因系统压力轻微波动造成气量不稳时，一般不需要调整循环量，因为循环量频繁变动会造成系统工况更为严重的恶化。气量与循环量的调节关系为：气量增加前先提高循环量，气量降低后再降低循环量。根据具体运行情况调整循环甲醇以及变换气的流量，保证运行中处于最佳比例[3]。保持主循环量稳定是维持系统稳定的关键和基础。

2.3 氨冷器换热量的控制

随着洗涤甲醇温度的降低，酸性气体在甲醇中的溶解度也会随之增加，所以，降低洗涤温度有利于提高净化效果。目前来说，富甲醇深冷器工艺中第一类是原料气洗涤塔洗涤甲醇换热器，另一类是富甲醇闪蒸解析二氧化碳前的深冷[4]。而低温甲醇洗系统最根本的冷量来源是氨冷器，所以氨冷器的正常投用是保证系统稳定和低温环境的关键。在保证氨压缩机液位不高的情况下，应适当提高氨压缩机负荷，提高氨冷却器冷量，从而保证系统冷量的充足。尤其在洗涤压力受到前后工序制约的情况下，适当提高氨冷器液位，对保证净化气中硫指标的控制非常重要。

2.4 甲醇解吸时的压力和气体氮气量的控制

合适的解吸塔操作压力，既有利于富甲醇中CO2的解吸，又能回收较多的冷量。在相对较高的压力下，硫化氢压力解吸相对较少，有利于CO2产品气中硫含量的降低。但是，过高的解吸压力，会造成CO2解吸量不够，影响冷量的回收，进而影响到洗涤塔洗涤甲醇的温度，影响对H2S和CO2的再吸收。同时，进入热再生塔的富甲醇含CO2过多，会增加热再生塔的负荷，使得甲醇无法充分再生，从而降低贫甲醇的洗涤、吸收效果。

在根据系统负荷两个气提塔的气提氮气量为：0.86万m3/h～1.02万m3/h～1.18万m3/h、0.24万m3/h～0.3万m3/h～0.36万m3/h，过高的气提氮气量会造成塔负荷过大，无法将尾气中的硫组分洗涤吸收下来，过低的气提氮气量会造成无法充分回收系统冷量，使系统温度升高，破坏系统冷量平衡。同样的，无法充分气提的CO2会造成热再生塔负荷过大，使得甲醇无法充分再生，也会降低贫甲醇的洗涤、吸收效果。

在环保非常重要的今天，适当提高解吸塔压力和合适的气提氮气量，能降低CO2产品气和尾气中的硫含量，对环保非常有利。

2.5 甲醇热再生塔稳定运行控制

热再生塔是富甲醇再生的最后一步，保证热再生塔的平稳有效运行，能保证循环甲醇再次进入洗涤塔的洁净度，保证洗涤效果。为了保证热量的稳定，再沸器出口压力维持平稳；将蒸汽阀门打到手动位置，稳定工况下，保证蒸汽用量恒定。保证热再生塔进甲醇量稳定，在系统出现波动时，可适当打到手动位置对甲醇流量予以干预。热再生塔进料及蒸汽用量稳定，保证塔内传质传热均匀、稳定，从而实现循环甲醇的充分再生。再生充分对指标控制也有较大的作用。浊度较小的情况下能降低过滤器、换热器堵塞的概率，有利于系统充分换热，有利于系统维持系统冷量、热量平衡。

2.6 甲醇水分离塔运行控制

吸收二氧化碳时所释放的热量与水含量成正相关，如果水含量过高，那么整个工艺过程中就会造成更多的冷量亏损，也会进一步导致甲醇的吸收水平大大减少。除此之外，含水率的升高也会导致甲醇水分离塔增高其负载能力，同时，会增加通过再沸器进入工作环境的热量[5]。酸脱全系统甲醇总量在600 t左右，系统循环量为440 t/h，进入水分离塔进行水分分离的甲醇量只有6 t/h。要降低系统水指标，必须长时间范围内保持甲醇水分离塔塔顶水含量低于系统水含量。较低的水含量有利于甲醇对硫化物的吸收，同时有利于系统降温，对系统整体运行情况比较有利。

保持甲醇水分离塔负荷与系统总负荷匹配，同时在系统出现较小波动时尽量不要改变或破坏甲醇水分离塔物料平衡，当某一项或多项进料、塔内汽液平衡、温度梯度等小范围波动时不会对系统造成太大影响，且频繁调节物料对系统平衡影响较大，不利于保持较低的水含量，在控制过程中，主要微调进再沸器蒸汽量即可，目前经验控制阀位每次调节控制在0.5%以下，调节效果反馈大于1 h。

3 结语

低温甲醇洗工艺是一种成熟可靠的大型酸性气体净化工艺，具有吸收能力大、选择性好、净化度高等优点。掌握低温甲醇洗的工作原理和工艺流程，才能在实际操作中应对不同的工艺状况。本文通过对操作中关键点具体运行参数控制的探讨，来实现工艺的“安稳常满优”运行。