低温甲醇洗水分离塔异常工况的处理

张利娟，刘 斌，平寒锐

（河南开祥精细化工有限公司，河南义马 472300）

河南开祥精细化工有限公司低温甲醇洗装置采用大连理工大学专利技术，设计处理变换气量为11.589×104m3/h，产出合格净化气为7.457 3万m3（标）/h，低温甲醇洗主要作用是脱除变换气中H2S和多余的CO2，其中影响净化气总硫和CO2吸收的重要因素之一是贫甲醇的纯度，贫甲醇中的水分主要为变换气中携带，随后通过水分离塔对喷淋甲醇中水分进行脱除，以此提高贫甲醇纯度，增加甲醇吸收效果，所以水分离塔是否能够正常运行决定了整个低温甲醇洗的脱硫脱碳效果。

1 低温甲醇洗水分离塔工艺流程

通过变换后的原料气先在水洗涤中使用锅炉给水进行喷淋洗涤，以降低其中的NH3含量。进入低温甲醇洗后为防止原料气在冷却器E15201中结冰，堵塞换热器和管道，在进入E15201前喷入贫甲醇以除去变换气中的水分。气液混合物进入E15201壳程，被三股流体（合成气、CO2气、放空尾气）冷却至-22℃后进入变换气分离器V15201，出V15201的气体进入甲醇洗涤塔C15201底部，在塔顶用贫甲醇液通过四段洗涤后，产出合格的净化气。分离出的甲醇/水混合物经C15205进料加热器加热后，进入C15205第20块塔板处作为水分离塔的进料，来自热再生塔C15204右室，经泵加压、过滤后的一小部分甲醇液再经换热后温度降至61.2℃进入水分离塔顶作为塔顶的回流液。水分离塔塔顶纯度较高的甲醇蒸汽进入热再生塔回收，水分离塔塔底设有再沸器，也可通过直补蒸汽进入水分离塔，塔底的废水送入生化处理工段。

2 甲醇水分离塔作用和贫甲醇中水含量的意义

低温甲醇洗装置设置水分离塔的主要作用：一是处理甲醇溶液中所夹带的水分，实现甲醇和水的分离，提高贫甲醇纯度，增加其吸收CO2和H2S的效果，并回收甲醇。二是脱除系统的杂质，包括羰基铁、煤灰、硫化物、油污等，塔顶甲醇气为热再生塔提供能量。水分离塔短时间停用，对系统影响不大，长时间停运会导致贫甲醇纯度降低，系统内甲醇流失，影响净化气中总硫和CO2的吸收，严重时将减低负荷影响甲醇产量。

低温甲醇洗涤法脱除气体中的酸性气是在相当低的温度下，利用甲醇的物理吸收来实现的。它是利用二氧化碳、硫化氢、有机硫化物、氰化物和不饱和烃类在高压低温下能高度溶解于甲醇的原理。影响甲醇对气体吸收的因素有三个：压力、温度、贫甲醇纯度，其中贫甲醇纯度的高低对吸收影响较大，其中水含量是主要的因素。系统内贫甲醇设计纯度为99.88%，当甲醇中水含量达到5%时，吸收能力将会下降，其对CO2的吸收能力大约下降12%。

3 水分离塔异常工况描述及处理措施

2020年3月甲醇装置进行了年度大修工作，大修前净化水分离塔运行正常，大修期间对水分离塔内部检查发现部分塔盘变形和脱落，塔底再沸器列管内部有煤粉、油污等杂质，其他未见异常。系统检修结束后于4月3日开车，开车后水分离塔运行正常，由于大修期间对热再生及水分离塔进行煮塔，导致系统内甲醇纯度偏低（94%），随着系统运行纯度逐步上升，塔顶甲醇纯度为98.5%，截止到4月9日贫甲醇纯度已升至96.5%，12：30，水分离塔塔身温度梯度出现异常，进料口第20层塔盘处温度由54℃升至120℃，水分离塔压差也涨至200kPa（正常为90kPa），随后对水分离塔塔顶取样分析，发现塔顶甲醇蒸汽纯度下降至93.5%，正常运行期间进料口塔盘温度在40～60℃，温度上升说明塔内热量平衡被打破，引起重组分上移，水分被带至塔顶，导致塔顶甲醇纯度下降。此前也曾出现进料口塔盘温度上涨现象，根据以往操作经验，可能有部分杂质堵塞浮阀导致塔盘积液，不能进行正常气液热量交换，引起塔顶纯度下降。随后对水分离塔蒸汽进行了停用，加大塔顶回流和喷淋甲醇的进料量，对水分离塔内部塔盘整体进行冲洗，以降低整体塔内温度，塔底物料暂时排至地下槽储存。待水分离塔整体温度下降，进料口温度降至30℃左右后，重新投用蒸汽，蒸汽加入过程中采取少量多次的方法，防止塔身温度上升过快，同时减少喷淋甲醇量，适当增加回流量，减少水分离塔的运行负荷，通过一周时间的调节，水分离塔顶纯度为90%～94%，进料口第20块塔盘温度仍居高不下，温度维持在110℃左右，水分离塔整体梯度仍不正常，贫甲醇纯度也由原来96.5%降至93%，已经影响到了净化气总硫和CO2的吸收。通过分析讨论，并翻阅水分离塔设备图纸后，一致判定工艺操作上不存在问题，引起进料口温度异常的主要原因是进口位置塔盘积液，液体不能通过降液管回至塔底，热量在此积聚，正常运行期间进料温度在10～20℃，如塔盘不存在积液，第20块塔盘温度应该在40～60℃。为保证系统甲醇纯度，决定对水分离塔进行隔离拆检。

4 水分离塔拆检情况

为不影响整体低温甲醇洗运行，制定了水分离塔检修专项方案，计划24h内完成水分离塔的拆检工作，如检修时间过长，系统中水分含量会越来越高，另外再生塔没有了水分离塔过来的热的甲醇蒸汽，这样可能会造成再生塔的热量不足，影响热再生塔再生效果，导致塔底甲醇H2S含量升高。

4月18日22：00开始停用水分离塔，首先，把原料气气液分离罐中的液位控制降至30%，清空地下槽中的污甲醇，这样做的目的是，在检修期间由于喷淋甲醇不能停止，以便存储更多的甲醇，为检修争取时间。第二，做好水分离塔隔离工作，关闭与另外系统连接的管线阀门，关闭塔顶去热再生塔的阀门增加盲板，关闭来自热再生塔的回流管线阀门增加盲板，关闭来自原料气气液分离罐甲醇管线的阀门增加盲板，关闭水分离塔直补蒸汽阀门增加盲板，关闭进入水分离塔碱液管线阀门增加盲板，关闭再沸器蒸汽自调阀及前后截止阀，打开阀间导淋。第三，适当地增加热再生塔的蒸汽，保证热再生塔的塔底温度。第四，根据检修的情况，对水分离进行排液，氮气置换，利用除盐水进行冲洗降温，置换降温合格后打开人孔通风，待分析塔内氧含量≥18%，可燃有毒气体为0后开始进入作业。

本次检修对整体塔内进行了综合检查，打开水分离塔四个人孔，分段对1～51层塔盘进行了检查，检查发现第4、第5、第6层塔盘和降液内有较多的煤泥和铁锈，堵塞了降液通道，导致塔顶液体不能顺利流至塔底，塔压差增大，造成液泛，另外检查发现第21、22塔盘脱落，23层塔盘物料直接降至20层塔盘进料口处。水分离塔检修工作于19日20：00结束，将水分离塔人孔及相连管线复位后投用，重新投用后水分离塔整体压差和塔身温度梯度恢复正常，塔顶甲醇纯度恢复至96.5%，由于系统内甲醇纯度已降至92%（回流纯度），所以塔顶纯度偏低，低温甲醇洗内甲醇储量在400t左右，整体纯度提升需要一个缓慢过程，截止到5月10日贫甲醇纯度已升至98.5%。

5 结束语

水分离塔是整个低温甲醇洗装置中的关键设备，系统内水含量高低直接决定了脱硫脱碳的效果，对甲醇产量和合成催化剂寿命有一定的影响。当水分离塔出现异常情况时，要根据各项工艺运行参数，采取有效措施，在不影响系统运行的情况下，对问题进行分析处理，达到系统长周期稳定运行的目的。