低温甲醇洗热再生系统存在的问题及解决措施

马 伟，程 伟，刘克存

（国能榆林化工有限公司，陕西 榆林 719302）

国能榆林化工有限公司（简称榆林化工）一期一阶段60 万t/a 聚烯烃项目于2015年12月建成投产，二阶段项目为年产186 万t 煤制甲醇（MTO 级）联产40 万t 合成气制乙二醇，其中煤制甲醇装置于2020年12月投产。MTO 级甲醇合成工艺以煤为原料，采用GE 水煤浆加压气化制取粗煤气，经过部分粗煤气耐硫变换、低温甲醇洗气体净化制备合格的合成气，再经过甲醇合成生产MTO 级甲醇，送往下游生产聚丙烯。榆林化工煤制甲醇装置投料试车1 个多月以来，低温甲醇洗装置热再生塔顶冷凝器换热效率低，导致贫甲醇再生不合格，净化气总硫不达标，酸性气夹带甲醇，致使贫甲醇中水含量、废水中甲醇含量一直超指标，严重影响到系统的稳定运行。榆林化工针对这些问题进行了原因分析，并采取了针对性的改进措施，现介绍如下。

1 低温甲醇洗工艺运行中存在的问题

榆林化工酸性气体脱除装置由低温甲醇洗单元、CO 深冷分离单元、高压PSA 单元、冷冻站单元组成，其中低温甲醇洗单元采用鲁奇（Lurgi）专利技术，目前系全球首套单系列最大工艺，处理变换气量52.76×104m3/h 、未变换气量44.98×104m3/h ，主要任务是接收气化变换装置的变换气和未变换气，将其中的CO2、H2S、COS 等酸性气体脱除，得到氢碳比（摩尔比）略大于2 且总硫体积分数＜0.1×10-6的净化合成气，作为甲醇合成单元原料气；送出10.37×104m3/h未变换净化气至CO 深冷分离单元，生产CO 产品气；送出9.88×104m3/h 富氢气至高压PSA 单元，生产H2产品气；送出H2S 体积分数大于35%的富H2S 气体至硫回收单元，生产硫磺产品。CO 产品气、H2产品气作为原料气送至乙二醇装置。

1.1 热再生塔顶冷凝器（E-119）换热效率低

2020年12月26日，系统开车投用热再生塔（C-105）再沸器以来，E-119 壳程出口温度（TI-1314）一直缓慢上涨，从40 ℃涨至78 ℃，高于设计指标（40 ℃），对系统产生了一定的影响。首先，热再生塔回流温度高，使贫甲醇再生不合格，贫甲醇中总硫体积分数50×10-6，高于设计值（20×10-6），导致合成气总硫超指标，体积分数达0.22×10-6（设计值为小于0.1×10-6），影响合成单元脱硫保护剂的使用寿命；其次，酸性气温度45 ℃，超过设计值（25 ℃），导致酸性气夹带甲醇，影响硫回收单元的稳定运行以及硫磺品质，同时损失一定量的甲醇。

1.2 贫甲醇中水含量高、废水COD 频繁超标

从2020年12月26日系统开车以来，贫甲醇中的含水质量分数最高值1.58%，最低值0.84%，平均值1.12%，而设计指标为小于0.50%，一直处于超标运行，且贫甲醇颜色呈灰暗色。贫甲醇系统水含量高，一方面影响吸收效率，另一方面加剧了设备、管道腐蚀，存在安全隐患。

废水中甲醇含量高，导致COD 频繁超标，COD 最高值2700 mg/L，而控制指标要求小于1000 mg/L。废水中COD 超标，一方面影响污水处理单元的稳定运行，另一方面增加了系统的甲醇消耗。

2 原因分析

2.1 E-119 换热效率低的原因分析

E-119 换热效率低的可能因素有：换热器设计换热面积偏小、换热器结垢、进口阀节流、出口阀节流、杂物堵塞管板等。

2.1.1 确定影响因素

（1）测量E-119 循环水流量

2021年2月7日，使用超声波流量计测量E-119上水流量，值为190 m3/h。为了验证测量数据的准确性，用其测量冷冻站循环水总管流量，测量值与安装在管道上的正式流量计显示值相差2.1%，由此推断，超声波流量计测量值基本真实。测量的循环水流量（190 m3/h）仅达到设计流量的17.2%，远小于设计值，因此排除换热器设计面积偏小的因素。（2）测量E-119 循环水压力

2021年2月8日，使用同一块压力表对E-119 上水阀前后、回水阀前后4 处压力进行测量。上水阀前后压力均为0.31 MPa，回水阀前后压力均为0.15 MPa。因此排除进、出口阀节流因素。（3）压差对比

丙烯冷凝器E-402A/B 位于框架4 层平台，距离地面31.5 m，循环水侧进出口压差分别是0.09 MPa、0.10 MPa。E-119 位于框架3 层平台，距离地面20.4 m，循环水侧进出口压差0.16 MPa，与E-402A/B 循环水相比压差较大，因此推测多种因素中，E-119 管程堵塞的可能性最大。

2.1.2 堵塞原因分析

2021年2月8日，在测量E-119 上水阀后压力时，将盲盖拆除后，发现一小片黑色填料（直径约4 cm），经确认为供水单元凉水塔填料。于是将E-119上水阀后导淋全开1 min，冲出许多黑色填料。

由此推断，E-119 管程被供水单元凉水塔填料堵塞的可能性最大。

2.2 贫甲醇水含量高、废水COD 频繁超标的原因分析

2.2.1 工艺流程问题

2021年2月8日，经过全面排查，发现喷淋甲醇水闪蒸罐（V-123）至热再生回流罐（V-103）液相管线有流量，经确认阀门内漏。正常工况下，V-103 液相送至醇水分离塔（C-106）上塔，在C-106 切出情况下，将V-123 液相输送至V-103。V-123 液相含水质量分数设计值65%，若部分送至V-103，V123 液相将被直接送至热再生塔（C-105），不仅将水带入贫甲醇中，而且将部分杂质带入贫甲醇中。

2.2.2 灵敏板温度控制问题

C-106 塔灵敏板温度（TI-1323）设计值118 ℃，系统开车以来，灵敏板温度波动非常大，最高128 ℃，最低102 ℃，且波动周期频繁。TI-1323 若高，整个塔盘温度梯度上升，重组分上移，则C-106 塔顶甲醇蒸汽水含量高，导致贫甲醇水含量高；TI-1323 若低，整个塔盘温度梯度降低，轻组分下移，则C-106 废水中甲醇含量高。TI-1323 波动主要有两个原因：其一，低压蒸汽管网压力波动，最高1.53 MPa，最低1.41 MPa，导致醇水分离塔再沸器E-116A/B 热负荷变化；其二，C-106 塔灵敏板控制点（TIC-1323）与再沸器蒸汽流量不能实现串级控制，手动调节滞后，调节幅度难以控制。

3 采取的措施及效果

3.1 E-119 换热效率低的处理措施

在E-119 进口循环水管线上带压开孔，增加反冲洗管线。2021年2月16日完成了在线带压开孔，进行了两次反冲洗，冲出大量填料与沙子。反冲洗后效果明显，E-119 循环水量增至1440 m3/h，TI-1314 降低至35 ℃，控制在设计值（40 ℃）内，低温甲醇洗工况好转，甲醇再生合格，合成气总硫控制在指标范围内，酸性气温度控制在指标范围内、且不再夹带甲醇。

3.2 贫甲醇水含量高、废水COD 频繁超标的处理措施

3.2.1 工艺流程改进

更换V-123 至V-103 液相管线的内漏阀门，并加盲板隔离。逐渐开大C-106 顶部甲醇蒸汽流量控制阀（FV-1309），确保C-106 上塔至下塔液相温度（TI-1338）控制在指标范围内。

3.2.2 优化TI-1323 控制指标

调整过程中，首先确保环保指标合格，其次降低贫甲醇中的水含量，即先控制TI-1323 在较高值，确保废水中COD 合格，然后再尝试逐渐降低TI-1323，从而降低贫甲醇中的水含量。调整过程中TI-1323 与C-106 塔分析数据见表1。

表1 TI-1323 与C-106 塔分析数据

由表1 可知，2021年2月10日，将TI-1323 控制在123 ℃，废水中甲醇含量合格，C-106 塔顶甲醇蒸汽水含量和贫甲醇水含量超标；逐渐降低TI-1323 至113 ℃，废水中甲醇含量、C-106 塔顶甲醇蒸汽中水含量、贫甲醇水含量均合格：贫甲醇含水质量分数连续取样分析12 次，均达到＜0.50%的控制指标，贫甲醇液清澈透明；废水中甲醇质量分数连续取样分析12次，均达到＜500×10-6的控制指标；COD 连续7 d 合格。

2021年2月14日—19日，进行TIC-1323 的PID参数整定。2月19日，将TIC-1323 与E-116A 蒸汽流量串级控制，E-116B 蒸汽流量手动控制。PID 参数整定后效果明显，C-106 塔灵敏板温度TI-1323 波动大幅度减少，由21 ℃降低至4 ℃，满足工艺需求，低温甲醇洗系统逐渐好转。

3.3 改造后系统运行情况

优化改造完成后，低温甲醇洗系统运行稳定，经过4 个多月的运行，贫甲醇中含水质量分数平均0.35%，达标率100%；废水中甲醇质量分数平均3×10-6，COD 40 mg/L，达标率100%；同时系统蒸汽消耗显著降低，节约1.1 MPa 过热蒸汽1.2 t/h。