煤制天然气装置低温甲醇洗系统运行问题及优化改造

师元华

(伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁 835000)

0 引 言

某煤制天然气装置气化系统采用碎煤加压气化工艺，下游配套钴钼系耐硫变换系统、林德十一塔低温甲醇洗系统、戴维甲烷化系统等。碎煤加压气化炉产出的粗煤气中主要含有H2、CO、CO2、CH4，还含有少量的H2S、HCN、COS、烃类物等，为满足甲烷化系统的生产需求，低温甲醇洗系统需通过萃取气提精馏、高压低温吸收、中压闪蒸、低压解吸、氮气气提、加热再生等单元依次脱除变换气中的HCN、烃类物、H2S、COS、CO2等，为甲烷化系统提供硫含量<0.1×10-6的净化气，同时副产轻烃、CO2产品气和H2S浓度为25%的酸性气。低温甲醇洗系统自原始开车以来，陆续出现了HHC倾析罐温度偏高、甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞、循环气压缩机填料泄漏、氨预洗塔液泛等问题，后通过实施相应的优化改造，上述问题得到了很好地解决。以下对有关情况作一介绍。

1 低温甲醇洗系统工艺流程简述

来自变换系统的变换气，进入低温甲醇洗系统洗氨塔脱尘、脱烃、除氨，洗氨塔出口气经原料气换热器降温后进入甲醇洗涤塔，甲醇洗涤塔自下而上分为预洗段、脱硫段、脱碳段，依次脱除变换气中的HCN、烃类物、H2S、COS、CO2等，获得的合格净化气送甲烷化系统。出甲醇洗涤塔脱硫段、脱碳段的甲醇经中压闪蒸后进入CO2解吸塔减压解吸，塔顶产出的CO2产品气经复温水洗后送蓄热式热氧化炉(RTO)，出CO2解吸塔的甲醇则依次进入H2S浓缩塔、氮气气提塔产生CO2尾气，CO2尾气经复温水洗后与CO2产品气一起送至RTO进一步处理。出氮气气提塔的甲醇进入热再生塔，经塔底再沸器蒸汽加热精馏再生，脱除其中的H2S、COS，再生后的贫甲醇降温后进入甲醇洗涤塔循环利用。出甲醇洗涤塔预洗段的甲醇进入HHC倾析罐，在HHC倾析罐内以水为萃取剂进行萃取，得到富水甲醇和轻烃，轻烃送罐区，富水甲醇则经气提塔气提后进入甲醇/水/HCN分离塔进行甲醇、水、HCN的分离。

2 HHC倾析罐操作温度偏高

2.1 问题描述

HHC倾析罐主要利用轻烃、甲醇在水中的溶解度、分配系数不同，以水为萃取剂将来自甲醇洗涤塔预洗段的富轻烃甲醇混合物中的甲醇萃取出来，得到富水甲醇和轻烃，轻烃作为副产品送至轻烃储罐外售，富水甲醇则在甲醇/水/HCN分离塔内进行分离，分离出的甲醇送热再生塔，塔底产生的废水送至污水处理系统中间水池。

该低温甲醇系统原始开车运行一段时间后，分析人员在甲醇/水/HCN分离塔塔底废水取样过程中，发现废水中有一层薄薄的油花，因污水处理系统中间水池废水中油含量要求在50 mg/L以下，当时虽未进行油含量分析，但凭经验判断甲醇/水/HCN分离塔塔底废水中的油含量明显高于中间水池废水中的油含量，即此废水中的油含量>50 mg/L，而废水中油含量升高会影响污水处理系统细菌的活性。车间组织专业技术人员对甲醇/水/HCN分离塔塔底废水含油问题进行分析与研究，发现HHC倾析罐操作温度偏高，开车以来一直维持在60 ℃以上(设计操作温度为43 ℃)，严重偏离指标。

2.2 原因分析

富轻烃甲醇来自甲醇洗涤塔预洗段左侧室，其温度为-16.80 ℃，经甲醇过滤器过滤后，通过HHC富甲醇换热器与来自热再生塔顶约96 ℃的甲醇蒸气换热，换热后去往HHC倾析罐混合室。查找HHC倾析罐操作温度偏高原因时发现，HHC富甲醇换热器未设置旁路，富轻烃甲醇换热后温度达70 ℃以上，而来自H2S馏分水洗塔的洗涤水温度超过40 ℃，两者混合后导致HHC倾析罐内的液相温度达60 ℃以上，萃取温度超标且无任何调整手段。HHC倾析罐内操作温度升高后，罐内液体分子热运动加剧，液体分子之间距离增大，相互吸引力减小，界面张力变小，导致其分散相的液滴变得细小，不易合并集聚，严重时会产生乳化现象，难于分层，不利于相界面的产生；同时，HHC倾析罐操作温度偏高还会增大甲醇、水在轻烃中的溶解度，导致轻烃中甲醇、水含量升高，影响轻烃的品质；同理，HHC倾析罐操作温度偏高，富水甲醇中的轻烃含量也会相应增加，造成部分轻烃进入甲醇/水/HCN分离塔中，导致甲醇/水/HCN分离塔塔底废水中出现少量油花。

2.3 优化改造及其效果

在HHC富甲醇换热器之富轻烃甲醇管线进/出口管线上设置旁路，以实现对进HHC倾析罐富轻烃甲醇温度的调控。优化改造后，HHC倾析罐操作温度可稳定控制在43 ℃左右，甲醇/水/HCN分离塔塔底废水中再未出现过油花。

3 甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞

3.1 问题描述

甲醇/水/HCN分离塔主要利用甲醇、水、HCN沸点的不同，通过精馏的方法对来自气提塔的富水甲醇、尾气洗涤塔废水以及来自热再生塔的小股甲醇进行分离，分离出的HCN送酸性气处理系统，分离后得到的甲醇送热再生塔，产生的废水则送至污水处理系统。

该煤制天然气装置低温甲醇洗系统自原始开车以来，运行一直很稳定，但随着运行时间的推移，操作人员发现甲醇/水/HCN分离塔塔底温度有下降趋势，开大再沸器蒸汽流量调节阀后，塔底温度恢复正常，但运行一段时间后塔底温度又开始下降，直至蒸汽流量调节阀全开塔底温度仍不能提升，此时甲醇/水/HCN分离塔塔底排放废水中甲醇含量超过0.1%。

3.2 原因分析

在甲醇/水/HCN分离塔塔底温度出现波动时，塔底再沸器蒸汽流量稳定、调节阀开关灵活、疏排水管均正常投用，基本上可排除蒸汽方面的原因所致，初步判断甲醇/水/HCN分离塔再沸器发生了堵塞，有效换热面积减小影响了再沸器的换热效果，致使甲醇/水/HCN分离塔塔底温度下降而分离效果不佳，继而造成甲醇/水/HCN分离塔塔底废水中甲醇含量偏高。拆检甲醇/水/HCN分离塔再沸器，发现大量黑色油状物附着在再沸器换热管束内。

对甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞原因进一步分析，认为原因有二：① 系统运行前期HHC倾析罐操作温度偏高，萃取效果不好，使得来自气提塔的富水甲醇中含有的烃类物较多，这些烃类物黏性较强、导热性差，进入再沸器后附着在换热管束表面；② 甲醇/水/HCN分离塔底部产生的废水pH为6～7，塔内为酸性环境，一些有机物经再沸器加热后在酸性条件下发生了聚合反应，聚合反应形成的高分子聚合物堵塞了甲醇/水/HCN分离塔再沸器换热管束，导致再沸器换热效果变差，塔底温度下降，从而影响甲醇/水/HCN分离塔的正常运行(分离效果不佳)，继而导致塔底排放废水中甲醇含量偏高，造成甲醇浪费，消耗增加。

3.3 优化改造及其效果

对于导致甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞原因之一的气提塔来富水甲醇中烃类物质含量偏高(由HHC倾析罐操作温度偏高引起)问题，已通过增设HHC富甲醇换热器旁路使该问题得到了很好地解决。对于甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞原因之二的其运行环境呈酸性的问题，新增1座碱液贮槽和2台碱液泵(一开一备)，碱液泵出口管线连接至气提塔至甲醇/水/HCN分离塔的富水甲醇管线上，即通过加入碱液来调控甲醇/水/HCN分离塔塔底废水的pH。优化改造后，甲醇/水/HCN分离塔塔底废水pH得到有效控制--一般维持在9～11，不仅有效抑制了有机物聚合反应的发生，而且可有效清除塔盘上累积的聚合物，从而解决了甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞的问题。

4 循环气压缩机填料泄漏

4.1 问题描述

来自甲醇洗涤塔脱碳段、脱硫段的富甲醇分别经循环气闪蒸罐Ⅰ、循环气闪蒸罐Ⅱ闪蒸，此两股闪蒸气与HHC倾析罐顶部闪蒸气汇合，闪蒸气的主要成分为CO267.22%、CH413.46%、H28.72%、CO 7.99%、N20.88%、其他气体1.87%，闪蒸气流量为17 745 m3/h；为了回收利用闪蒸气中的CO、H2、CH4等有效气，混合后的闪蒸气经往复式循环气压缩机加压后送至低温甲醇洗系统入口变换气中，重新返回系统。自原始开车以来，循环气压缩机运行一直很稳定，但随着运行时间的推移，循环气压缩机经常出现填料泄漏的情况，被迫停机处理，循环气压缩机频繁停机检修，而每次循环气压缩机停机检修均需12 h左右，每次停机至少影响天然气产量37 557 m3，给企业造成了一定的经济损失。

4.2 原因分析

循环气压缩机填料密封的作用主要是防止气缸中的高压气体沿活塞杆方向泄漏。实际生产中，由于用于循环气压缩机填料冷却的循环水水质较差，循环水冷却器结垢严重，循环水移热效果差，无法将填料中的热量全部带出，导致压缩机填料超温损坏，起不到应有的密封作用。

4.3 优化改造及其效果

为解决用于循环气压缩机填料冷却的循环水水质较差的问题，决定使用水质较好的脱盐水作为循环气压缩机的填料冷却水--自脱盐水总管引DN25管线至循环气压缩机厂房，厂房内新增1台小型脱盐水冷却器，将脱盐水温度降至28 ℃(压力约0.5 MPa)送往循环气压缩机填料处用于填料冷却，出填料的脱盐水并入冷凝液管网，随冷凝液返回脱盐水站重新制取脱盐水。改造后，循环气压缩机运行稳定，很少出现因填料泄漏引发的停机问题，有效提升了循环气压缩机运行的可靠性，减少了停机带来的经济损失。

5 其他异常问题

(1)正常生产中，为了脱除变换气中的煤尘和氨，氨预洗塔使用中压锅炉给水对变换气进行洗涤除尘和除氨，洗涤后产生的工艺废水送煤气水分离系统。因氨预洗塔液位调节阀为DN25截止阀，阀径较小，当系统负荷出现大幅波动(提高)时，粗煤气流量增加，变换气带尘量增大，易造成氨预洗塔液位调节阀堵塞，工艺废水无法正常外送，氨预洗塔液位增高而影响正常生产。于是，在氨预洗塔液位调节阀处增加DN50旁路，设置五阀组，当氨预洗塔液位调节阀堵塞时，可通过旁路进行调整，也可切出检修清理，以保证系统正常生产。

(2)每次煤制天然气装置开车时，在甲醇/水/HCN分离塔未正常运行前，甲醇/水/HCN分离塔塔底排放废水都存在甲醇含量超标现象，且塔底温度越低塔底排放废水中甲醇含量越高，如长时间得不到控制，不仅影响预洗系统的开车进度，而且会造成甲醇的大量浪费。于是，新增管线将(煤制天然气装置开车时)甲醇/水/HCN分离塔未正常运行前的塔底废水引至尾气洗涤塔，然后经尾气洗涤塔塔底泵加压后重新返回甲醇/水/HCN分离塔内，如此一来，既可回收废水中的甲醇，又可减少废水排放。

(3)为增强氨预洗塔的洗涤效果，原设计入氨预洗塔的DN1000变换气管线直接插入塔内正常操作液位以下，且在管线底部开满了筛孔，变换气从筛孔或底部管口穿过液面进入底部塔盘，经中压锅炉水洗涤后出氨预洗塔。实际生产中，当氨预洗塔液位增高或系统高负荷运行时，氨预洗塔经常出现液泛现象，导致出氨预洗塔变换气带液，严重时原料气换热器底部甲醇中水含量高达37.97%，易造成原料气换热器结冰堵塞，影响煤制天然气装置的安全稳定运行。于是，将氨预洗塔液位下的导流罩横向增加6根DN400分布器且均匀分布，并在每根分布器上设置182个直径为50 mm的筛孔。优化改造后，氨预洗塔再未发生过液泛或变换气带液现象，原料气换热器底部甲醇中水含量降至了4.79%。

6 结束语

该煤制天然气装置自原始开车以来，其低温甲醇洗系统陆续出现了HHC倾析罐操作温度偏高、甲醇/水/HCN分离塔再沸器堵塞、循环气压缩机填料泄漏、氨预洗塔液泛等问题，对装置的运行造成了一定的影响，为此，查找和分析问题的症结所在后，通过不断地摸索与探讨并实施相应的优化改造，低温甲醇洗系统出现的各类问题均得到了很好地解决，生产运行中系统抗干扰能力和操作弹性得到增强，各项工艺指标均在可控范围内，有力地保障了煤制天然气装置的长周期、安全、稳定运行。