论如何降低低温甲醇洗装置甲醇损耗

陈晨，袁野(国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头 014000)

0 引言

当下化工企业日渐发展，低温甲醇洗工艺日渐成熟，工艺和技术的进步给化工企业创造了巨大的效益。但在工业标准日渐提升的同时，很多化工企业的低温甲醇洗工艺暴露出一定弊端，在未来仍有巨大的发展空间。尤其是部分化工企业的低温甲醇洗装置运行中，由于各种因素造成的甲醇损耗，难以保持装置的可靠运转，增大企业的发展压力。因此，未来的发展中，化工企业要结合低温甲醇洗装置甲醇损耗的现状，采取有针对性的改进和优化策略。

1 工艺概述

以某化工企业的煤制氢装置低温甲醇洗工艺装置分析，在此装置的运行过程中，变换工序有变换气和未变换气两股原料气，这两种原料气在运行时，进入了低温甲醇洗装置洗涤塔来进入了洗气环节。伴随着工艺流程的实施，变换气中的硫化物在洗涤塔的下塔部位脱除，变换气内的CO2在洗涤塔上塔脱除，也就可以满足相应的工艺要求。吸收液在经由中、低压解吸并气提以后，也就得到了尾气，尾气回收冷量经由水洗回收甲醇后放空，吸收液在热再生塔内实现再生循环，可实现对H2S含量在30%以上酸性气体的回收，且在其回收后将其送入硫回收装置中。在该工艺流程执行中，出界区各项物料中甲醇含量如表1所示。

表1 出界区各项物料中甲醇含量

2 影响甲醇损耗的原因

2.1 净化气夹带

在该化工企业的低温甲醇洗装置运行过程中，因为其工艺流程的特殊性，当净化气出塔时，温度和压力对甲醇饱和蒸汽压的干扰非常大。如果保持其他生产要素和条件不变，甲醇蒸汽压是温度参数的函数，当净化气的温度变高 ，也就意味着此时的甲醇蒸汽压也相对较大，净化气中夹带的甲醇量也相对偏高，如果长时间维持这种情况，对低温甲醇洗装置造成的甲醇损耗将异常严重[1]。

2.2 尾气、CO2夹带

在此装置的运行过程中，根据其运行经验，当装置处于100%负荷运行条件下，此时的尾气、CO2排放量分别为96 000 m3/h、34 000 m3/h，总体的气量排放偏大，超出了正常限值，过大的排气量使得在排放的同时也夹带有大量的饱和甲醇蒸汽，引起装置中的甲醇损耗，尤其是在当低温甲醇洗装置的运行工况不稳时，尾气和CO2的夹带将更为严重。

2.3 酸性气夹带

为保持该装置正常的工艺流程实施，此装置热再生塔中所形成的酸性气一般要率先进行冷却处理。冷却处理时，酸性气温度应在-32 ℃以下，在达到气液的完全分离以后，再复热到常温条件将其送回到硫回收装置。如果装置运行中，酸性气的冷却温度达不到相应的标准，如冷却温度不够低、气液分离罐液位过高除沫器损坏的情况，就会出现甲醇的过度损耗[2]。此外，该装置进料气中的NH3在甲醇内长期积累，对洗涤塔的洗气、循环甲醇再生等流程造成了一定的干扰。针对这种情况，在装置运行的过程中，往往要不定期进行酸性气的排放，以有效排出其中的NH3。因为这一排放工作是在冷却处理之前进行的，在排放时酸性气温度高，就会携带更多的甲醇。

2.4 外排废水残留甲醇

在低温甲醇洗装置的运行中，甲醇水分离塔的容积偏小，结合对装置运行中的相关数据分析，发现再沸器加热蒸汽为1.1 MPa左右.当装置运行出现了工况不稳定的情况时，塔釜液位和温度也将同步出现巨大的变化，装置操作和运行难以保持在稳定条件，使甲醇水的分离效果不佳，塔底外排废水中也存在着一定的甲醇残留。

3 低温甲醇洗装置中甲醇损耗的控制

3.1 对设备加以改进和优化

根据低温甲醇洗装置中的甲醇损耗情况，发现出界区气相中的甲醇夹带，是引起损耗的重要原因。针对这一问题，就需要尽可能减少气液夹带的情况。可在装置中的CO2吸收塔安装旋流板和丝网除沫器，并确保净化气出口与塔板之间的气液分离空间足够，减少气液夹带，将气相中的甲醇含量控制在正常标准内。对于低温甲醇洗装置，其塔顶气液分离的空间过小时，气相就会处于高速流动的状态，甲醇夹带则难以避免。这些夹带的甲醇无法在极短的时间内完成破沫沉降，若超出了气相丝网除沫器除沫能力，甲醇损耗严重。一旦装置处于高负荷的运行条件，甲醇夹带现象将明显增强。国内的一些化工企业，其低温甲醇洗装置在开车以后，净化气的甲醇夹带问题突出，在保持塔筒体结构不变的情况下，通过在塔顶进行旋流板的安装，可有效实现对甲醇损耗的控制[3]。当然，在条件允许的情况下，也可以在净化气出界区之前安装1个气液分离器，利用分离罐液位判定塔内气液两相分离情况、有无气液夹带情况。

3.2 设置尾气水洗塔

为有效实现对低温甲醇洗装置中甲醇损耗的控制，可以回收气相中的微量甲醇。在装置运行的过程中，若尾气中的甲醇含量超出正常标准，就可以在低温甲醇洗单元中设置1个尾气水洗塔。在相应的装置内设置一个φ3 200 mm×15 000 mm、内设4 m高规整填料或16块塔板的水洗塔。根据调查，该设备的投资大约在140万元左右，在水洗涤尾气夹带甲醇的处理和控制中十分有效。实际运行时，洗涤液是甲醇水分离塔的进料，也就可以使得尾气中的甲醇摩尔分数大大降低，实现对甲醇的有效回收。

3.3 设置污甲醇收集系统

低温甲醇洗装置的运行中，对于低温甲醇洗单元系统而言，甲醇溶液是其中的关键性介质。在装置的运行过程中，应科学控制甲醇损耗，避免甲醇过度损耗引起环境污染等问题，可将生产系统管路各点的低点导淋、设备反洗和故障检修时设备、部分管路中的甲醇溶液统一排放，并将这些部位的甲醇溶液统一排放到地下污甲醇罐内。随后经由对甲醇含水量的具体情况分析，利用污甲醇泵将这些甲醇溶液送热再生塔或者甲醇水分离塔内实现进一步的处理，回收溶液中的甲醇[4]。

3.4 加强工艺路线的优化

工艺路线的优化同样是低温甲醇洗装置中甲醇损耗控制的有效策略，在该化工企业的甲醇洗工艺下，如果进行相应的工艺调整，净化气中总的硫摩尔分数、CO2体积都可进一步提升，但如果要实现高效生产，在工艺优化的过程中，还需在原有基础上进行深入的工艺优化，以脱除CO、Ar等各种残余组分。在低温甲醇洗装置运行时，后续工艺中采用是液氮洗或者深冷分离工艺，净化气中CO+CO2的体积分数显著下降，配氮过程在正常实施的同时，也可对净化气中的微量甲醇加以回收，使得甲醇损耗总量得以减少[5]。净化气在进入该装置以后，首先进入分子筛，而分子筛的特殊功能使得其中的微量CO2和CH3OH会被其所吸附，分子筛再生时，这些前期所吸附的CO2和CH3OH会随着再生氮气进入到甲醇洗单元中，作为气提氮进入气提CO2解吸塔。这种工艺路线设计下，甲醇节约效果明显。

3.5 降低原料气中的氨含量

低温甲醇洗装置的运行中，原料气中往往会伴随着很多的微量元素存在，如NH3、HCN、Ar等，如果在工艺的运行过程中NH3过度积累，为保持正常的生产作业，装置就需要定期进行甲醇排放，以平衡微量元素的含量。虽然适量的NH3能够使得系统的pH值保持在7～8之间，使酸性气的吸收更有效，实现设备防腐，但系统中NH3的过度积累也会生成新的物质，尤其是在积累超出正常限值的情况下，生成的新产物势必会引起管道、换热器的严重堵塞，甲醇循环量增多。但如果在装置运行时原料气的NH3摩尔分数为40×10-6，为了有效在生产的过程中控制系统热再生塔回流甲醇、热再生甲醇里的NH3含量，就需要从热再生塔塔顶回流的甲醇中进行适当的甲醇排放，以降低NH3含量，将这一含量指标控制在正常范围内。根据实际的甲醇控制经验，当在这一装置下，每2～4周开展1次的排放任务，且每次的排放量保持在5 ～10 m3时，每年的甲醇损耗量将达到100 t，这部分甲醇可作为燃料被回收利用，从经济性的角度来分析，对这部分甲醇损耗的控制应降低原料气中的氨含量，将生成的氨在进入系统之前就移走。

4 结语

低温甲醇洗装置在运行的过程中，面临的一个突出问题就是其甲醇损耗严重，为有效实现对装置甲醇损耗的控制，应从引起甲醇损耗的原因出发，采取相应的优化和改进措施，提升低温甲醇洗装置的运行效率和效益。