低溫甲醇洗工藝甲醇循環(huán)量不足的影響及處理措施.doc

低溫甲醇洗工藝甲醇循環(huán)量不足的影響及處理措施欒永超(神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯，017209）摘要：中國神華鄂爾多斯煤制油分公司低溫甲醇裝置于2008年5月投產(chǎn)運(yùn)行，2011年大修后出現(xiàn)甲醇循環(huán)通量不足，嚴(yán)重制約裝置負(fù)荷提高，同時裝置處于運(yùn)行狀態(tài)，無法切出檢修。本文就該問題對裝置產(chǎn)生的重大影響及在工藝方面如何解決進(jìn)行總結(jié)分析，并提出合理處理措施。裝置通過工藝優(yōu)化調(diào)整，最大限度提高了裝置運(yùn)行負(fù)荷，在裝置開工運(yùn)行狀態(tài)下，將問題解決。關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗；通量；溫度中圖分類號：TQ546.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BRECTISOL insufficient amount of influence the process of methanol circulation and treatment measuresLUAN Yong-chao(ShenHua ordos coal liquefaction corporation，Inner Mongolia ordos,017209)Abstract: China Shenhua Coal Liquefaction Branch Ordos low methanol plant put into operation in May 2008, less than methanol cycle flux overhaul after 2011, severely restricted plant load increase, while the unit is running, you can not cut out for maintenance. In this paper, a significant impact on the issue of generating means and how to resolve were analyzed in workmanship and reasonable treatment measures. Device through process optimization and adjustment to maximize the plant operation load plant started operation in the state, the problem is solved.Keywords: rectisol; flux; temperature概述神華鄂爾多斯煤制油分公司煤制氫裝置是以煤為原料，采用Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)，生產(chǎn)出的合成氣經(jīng)一氧化碳變換、酸性氣脫除和變壓吸附（PSA）氫氣提純等組合工藝產(chǎn)出合格氫氣。設(shè)計(jì)產(chǎn)氫量134808Nm3/h、H299.5%、CO+CO210mg/kg。其中酸性氣脫除采用林德低溫甲醇洗工藝，設(shè)計(jì)處理氣量為271121 Nm3/h。裝置于2008年投產(chǎn)運(yùn)行， 2011年低溫甲醇洗裝置出現(xiàn)甲醇換熱器阻塞，造成甲醇循環(huán)量提高受限，直至2014年情況惡化，甲醇循環(huán)量嚴(yán)重不足，直接影響裝置產(chǎn)品產(chǎn)量。面對嚴(yán)峻生產(chǎn)形勢，裝置急需提出合理處理措施。低溫甲醇洗工藝介紹低溫甲醇洗裝置的目的是去除變換氣中的酸性氣體成分。該過程是一種物理過程, 用低溫甲醇作為洗液(吸收劑 ),在設(shè)計(jì)溫度 -51.45時, 甲醇對于CO2、H2S和COS具有較高的可溶性。在物理吸收過程中, 含有任何成分的液體負(fù)載均與成分的分壓成比例。 吸收中的控制因素為溫度、壓力和濃度。富甲醇進(jìn)行閃蒸和氣提再生,富甲醇的閃蒸為該過程提供額外的冷量,閃蒸氣通過循環(huán)壓縮, 然后再循環(huán)到吸收塔,其損耗量最低。甲醇水分離塔保持甲醇循環(huán)中的水平衡,尾氣洗滌塔使尾氣中甲醇損耗降低到最低限度。變換氣冷卻段的氨洗滌塔使進(jìn)入低溫甲醇洗裝置中變換氣中氨含量保持最小值,酸性氣體送至硫磺回收裝置進(jìn)行進(jìn)一步凈化、提取硫磺產(chǎn)品1。76543212-H2S濃縮塔3-氣提塔4-熱再生塔5-脫水塔7-甲醇儲槽低壓氮?dú)庾儞Q氣凈化氣CO2尾氣酸性氣1-洗滌塔6-甲醇換熱器主要工藝流程如圖1所示。圖1 低溫甲醇洗工藝流程簡圖Fig.1 The process flow diagram of rectisol低溫甲醇洗裝置存在問題2011年裝置大修結(jié)束再次開車，甲醇換熱器殼程出現(xiàn)通量不足，正常工況下，最高通量為360t/h（設(shè)計(jì)最大流量為450t/h）。當(dāng)循環(huán)甲醇量繼續(xù)增加時，甲醇無法正常通過，甲醇循環(huán)無法正常進(jìn)行。該循環(huán)量最大能滿足裝置78%負(fù)荷，當(dāng)裝置繼續(xù)提高負(fù)荷時，由于甲醇循環(huán)量不足，變換氣中的CO2洗滌不完全，造成凈化氣產(chǎn)品CO2超標(biāo)（設(shè)計(jì)指標(biāo)為CO22），如CO2超標(biāo)的凈化長期氣送至PSA工段后會造成吸附劑中毒、永久失活。因此為達(dá)到產(chǎn)品指標(biāo)合格，裝置僅能維持相對低負(fù)荷運(yùn)行。2012年對該甲醇換熱器進(jìn)行化學(xué)清洗一次，2013年化學(xué)清洗兩次，但效果均不明顯。直至2014年大修后情況進(jìn)一步惡化，最大通量降低至330t/h，且整個換熱器換熱溫度大幅下降，系統(tǒng)甲醇溫度升高，冷量損失嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)一步降低。且貧甲醇泵入口溫度升高，又造成機(jī)泵氣蝕的危險。但由于嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢，裝置沒有合適機(jī)會對換熱器進(jìn)行徹底處理，僅能通過工藝手段進(jìn)行調(diào)整。工藝解決方法及效果針對低溫甲醇洗裝置甲醇循環(huán)量不足系統(tǒng)負(fù)荷不能滿足正常生產(chǎn)要求，且設(shè)備方面除更換外無其他措施的情況下，工藝方面進(jìn)行如下調(diào)整，已達(dá)到滿足裝置正常生產(chǎn)的要求：1、提高熱再生塔壓力由于甲醇循環(huán)流通受阻位置位于熱再生塔與甲醇儲罐之間，在設(shè)備安全壓力允許范圍內(nèi)將熱再生塔操作壓力由原來的0.20MPa提高至0.24MPa。當(dāng)壓力提高時，系統(tǒng)甲醇循環(huán)量會隨之增大，在熱再生塔壓力為0.24MPa下系統(tǒng)最大甲醇循環(huán)量為345t/h，在系統(tǒng)負(fù)荷穩(wěn)定的條件下，甲醇循環(huán)量提高，凈化氣出口CO2含量明顯降低，表1為甲醇循環(huán)量與凈化氣出口CO2含量對比。表1 甲醇循環(huán)量與凈化氣出口CO2含量對比表Table 1 The comparisontable ofmethanol circulation and content of CO2甲醇循環(huán)量（t/h）330334340342345凈化氣C02含量（%）1.41.20.60.20.1圖2 甲醇循環(huán)量與凈化氣出口CO2含量對比曲線Fig.2 The curves of methanol circulation and content of CO2由圖2可見，甲醇循環(huán)量對產(chǎn)品指標(biāo)影響很大，適當(dāng)通過提高熱再生塔壓力，從而將甲醇循環(huán)量提高，能夠?qū)艋瘹庵蠧O2含量降低，以達(dá)到提高系統(tǒng)負(fù)荷的目的。但該方法也存在一定缺點(diǎn)：提高熱再生塔壓力時，熱再生塔底部再生完全的貧甲醇溫度會升高，導(dǎo)致入甲醇儲罐的貧甲醇溫度升高，提高了貧甲醇泵的氣蝕危險度。提高熱再生塔壓力時，熱再生塔頂部酸性氣體溫度升高，攜帶甲醇蒸汽量增大，當(dāng)塔頂部換熱器功率不能滿足要求時，甲醇會隨酸性氣體帶出系統(tǒng)，造成甲醇損失增大。因此該方法建議僅在特殊工況下使用。2、降低系統(tǒng)吸收操作溫度吸收溫度對酸性氣體在甲醇中溶解度影響很大，溫度越低，酸性氣體的溶解度越大，壓力確定后，吸收溫度與凈化氣的最終要求有關(guān)。在低溫甲醇洗工藝流程中，影響吸收操作溫度的主要因素有：入系統(tǒng)的原料氣溫度及焓值；入塔吸收液即甲醇的溫度；氣體的解吸制冷量及外界環(huán)境的氣候條件等2。 本裝置入塔吸收操作溫度設(shè)置值為-51，操作過程中通過工藝調(diào)整最低可降至-57，循環(huán)甲醇溫度越低越有利于凈化氣中CO2的吸收，表2為甲醇溫度與凈化氣出口CO2含量對比。表2 甲醇溫度與凈化氣出口CO2含量變化對比表Table 2 The comparisontable of methanol solution temperature and content of CO2甲醇循溫度（）-57-56.5-56-55.5-55凈化氣C02含量（%）0.10.30.91.21.5圖3 溫度與CO2變化曲線Fig.3 The curves of methanol solution temperature and content of CO2 由圖3可見，低溫甲醇洗工藝中甲醇溫度是吸收效果的關(guān)鍵因素，甲醇溫度由-57提高至-55，凈化氣中C02含量大幅迅速上升，吸收效果明顯惡化。因此，改善低溫甲醇洗吸收效果，從降低吸收甲醇溫度入手可快速達(dá)到目的。通過以下工藝措施可降低吸收操作溫度：1）降低入吸收塔變換氣溫度低溫甲醇洗裝置原料氣為一氧化碳變換工段所產(chǎn)變換氣，設(shè)計(jì)溫度為40，變換氣通過原料換熱器換熱后由塔底進(jìn)人吸收塔，與塔頂貧甲醇逆向接觸，進(jìn)行物理吸收。在吸收過程中會產(chǎn)生吸附熱，塔內(nèi)吸收溫度會隨之升高，當(dāng)溫度升高時，甲醇吸收效果下降，會造成凈化氣中CO2吸收不完全，致使超標(biāo)。此時必須通過增加甲醇循環(huán)量來緩解該問題，但由于本裝置甲醇循環(huán)量受限，因此，通過降低變換氣溫度可使吸收塔內(nèi)溫度降低，從而增強(qiáng)甲醇對酸性氣體的吸收效果，促使產(chǎn)品指標(biāo)合格。2）降低貧甲醇溫度吸收酸性氣體的富甲醇通過再生后進(jìn)入甲醇儲罐，再通過換熱后降至-51以下送至吸收塔進(jìn)行吸收。因此，要達(dá)到降低貧甲醇溫度的目的必須從以下幾個方面進(jìn)行調(diào)整：a、疏通換熱器，提高換熱效率。低溫甲醇洗裝置立式繞管換熱器共五臺，隨著運(yùn)行時間增長，系統(tǒng)中腐蝕雜質(zhì)（主要為FeS）附著在換熱器管壁上，嚴(yán)重影響換熱器的換熱效果，造成裝置冷量損失，貧甲醇溫度升高。且設(shè)備在線運(yùn)行期間無法隔離清洗，因此，裝置采取了在繞管式換熱器殼程底部導(dǎo)淋配入高壓氮?dú)?，間斷向換熱器內(nèi)部通氮的方法。氮?dú)庠趽Q熱器內(nèi)部與甲醇流動形成湍流，破壞換熱器管壁形成雜質(zhì)的穩(wěn)定性，使雜質(zhì)脫落并隨甲醇溶液帶出，從而使提高管殼程的換熱效率、減少冷量損失，達(dá)到降低貧甲醇溫度的目的。b、降低循環(huán)水溫度。循環(huán)水冷卻是系統(tǒng)甲醇冷量的重要來源之一。在條件允許的情況下，適當(dāng)協(xié)調(diào)公用工程將循環(huán)水溫度盡量降至最低，保證系統(tǒng)冷量供應(yīng)，使貧甲醇得到進(jìn)一步冷卻。c、提高冷凍裝置運(yùn)行負(fù)荷。低溫甲醇洗裝置配套冷凍裝置是由一臺透平氨壓縮機(jī)將液氨送至低溫甲醇洗裝置的各臺氨冷器，再通過氨蒸發(fā)循環(huán)制冷。因此在冷凍裝置工況允許的條件下，適當(dāng)增加透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，提高系統(tǒng)負(fù)荷，增大各氨冷器送氨量，以增大液氨蒸發(fā)量，為裝置提供更多冷量，達(dá)到降低貧甲醇溫度的目的。3）加大富甲醇解吸，增大解吸制冷。低溫甲醇洗裝置中貧甲醇吸收酸性氣體后送至H2S濃縮塔及氣提塔進(jìn)行再生，再生方式通過減壓氣提的方式進(jìn)行3。因此要增大解吸量，提高解吸制冷量，只能通過以下兩種方法進(jìn)行：一是將硫化氫濃縮塔壓力控制降低，一般由控制指標(biāo)0.60MPa降低至0.55MPa即可，使富甲醇過度解吸產(chǎn)生更多冷量。二是增大進(jìn)人硫化氫濃縮塔和氣提塔的氮?dú)饬?，原理同上。但不可超出設(shè)計(jì)指標(biāo)過多，以免由于氣液不平衡使塔內(nèi)產(chǎn)生液泛，造成工況波動。3、提高甲醇純度貧甲醇中的水含量是正常生產(chǎn)中的重要控制指標(biāo)，系統(tǒng)控制水含量1%，當(dāng)系統(tǒng)甲醇中水含量升高時，會嚴(yán)重影響甲醇的吸收效果，使原料氣不能得到充分洗滌，同時系統(tǒng)中水含量較高時還會增大對設(shè)備的腐蝕，尤其對熱再生系統(tǒng)的設(shè)備影響較大4。低溫甲醇洗裝置中水分主要來源有三個方面：一是變換氣中攜帶水分進(jìn)入甲醇系統(tǒng)；二是循環(huán)水通過設(shè)備內(nèi)漏至甲醇系統(tǒng)；三是除鹽水通過閥門內(nèi)漏至甲醇系統(tǒng)。由于變換氣攜帶水分屬于飽和狀態(tài)，在一定溫度、壓力下水含量恒定，無法調(diào)整。因此要降低甲醇中水含量可通過兩種方法進(jìn)行：一是定期對裝置內(nèi)各個水冷器及機(jī)封冷卻器進(jìn)行查漏，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備有內(nèi)漏情況應(yīng)立即處理。二是提高甲醇脫水塔的負(fù)荷，利用甲醇脫水塔控制溶液系統(tǒng)中的水平衡，已達(dá)到降低甲醇中水含量的目的，提高甲醇純度。4、提高吸收壓力由亨利定律得知壓力越高，吸收效果愈好。吸收壓力高，吸收的推動力增大，既可以提高氣體的凈化度，又可以增加甲醇的吸收能力，減少甲醇的循環(huán)量5。低溫甲醇洗裝置吸收壓力取決于前工段來的變換氣壓力以及送后系統(tǒng)變壓吸附壓力的控制。因此為提高甲醇吸收效果，將系統(tǒng)壓力由設(shè)計(jì)指標(biāo)3.0MPa提高至3.1MPa，提高后甲醇吸收效果顯著增加，凈化氣中CO2含量較原壓力下明顯降低，切實(shí)能達(dá)到預(yù)期效果。但該系統(tǒng)提壓方法應(yīng)視前后系統(tǒng)工況進(jìn)行，不可提高過多。因?yàn)榍跋到y(tǒng)氣化采用shell粉煤加壓氣化爐造氣，如壓力過高會對氣化爐運(yùn)行工況造成影響，并對其飛灰反吹系統(tǒng)造成致命傷害6。因此結(jié)合整體裝置運(yùn)行情況，該方法在正常工況下慎重使用?？偨Y(jié)通過以上幾種方法的配合調(diào)整，低溫甲醇洗裝置運(yùn)行工況較之前有明顯改善，在裝置不停車的情況下進(jìn)行了及時的工藝優(yōu)化，使裝置處理能力大幅增加，系統(tǒng)負(fù)荷由78%最高可提至85%，降低裝置能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn)：1 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