国产化低温甲醇洗装置运行优化
雷朝红，鲍胜俭，李晓艳
（陕西神木化学工业有限公司，陕西 神木719319）
［摘 要］结合陕西神木化学工业有限公司二期甲醇装置的实际情况，介绍大连理工大学第一代低温甲醇洗工艺包首次在400 kt/a煤化工装置上的应用情况，分析与探讨系统存在的问题，并提出解决方案，以实现系统的安全、稳定、优质运行。
［关键词］ 低温甲醇洗；甲醇水分离塔；管道振动；H2S浓度；甲醇消耗；运行优化
［中图分类号］ TQ 223.12+1 ［文献标志码］ B ［文章编号］1004-9932（2015）05-0050-03
0 引 言
陕西神木化学工业有限公司二期400 kt/a甲醇装置始建于2006年，2008年8月一次试车成功。其中，气体净化单元采用的是大连理工大学开发的低温甲醇洗第一代工艺包，是大连理工大学低温甲醇洗工艺第一次工业放大到400 kt/a规模的装置上应用。改进后工艺采用6塔流程，与林德工艺相似，其冷负荷和设备投资比林德工艺低，但冷量需求比林德工艺高。
1 大连理工低温甲醇洗工艺简述
来自变换工段的压力（3.2±0.2） MPa（A）、温度＜45 ℃的变换气，与循环气混合，并在原料气中注入防止结冰及形成水合物的贫甲醇，原料气换热后从下部进入甲醇洗涤塔，与自上而下的贫甲醇逆流接触，脱除气体中的CO2、H2S和COS，塔顶出来的净化气(总硫≤0.10 ×10-6，CO2＜4.0%）送甲醇合成工段。
吸收了H2S和CO2后的甲醇富液换热降温再减压后，分别进入闪蒸罐，经循环气压缩机增压后返回到原料气中。富含CO2的甲醇先膨胀进入CO2解吸塔顶，经原料气冷却器回收冷量后进入尾气洗涤塔，用脱盐水进一步除去其中的微量甲醇后排放。富含H2S的甲醇先膨胀进入CO2解吸塔中部，闪蒸出部分溶解的CO2，同时溶解的H2S也部分闪蒸出来，用塔顶回流的不含硫甲醇液洗涤，以吸收气体中的硫化物，塔顶得到不含硫的尾气。
从H2S浓缩塔上段下部出来的含硫溶液作为系统最低冷源与贫甲醇等换热升温后进入CO2解吸塔下段，闪蒸出部分溶解的CO2等气体，液体经换热升温后进入CO2解吸塔底，闪蒸出溶解的气体。从CO2解吸塔底出来的甲醇液进入H2S浓缩塔下段，用汽提氮汽提后得到CO2含量较低且温度也较低的甲醇液，此甲醇液含有少量CO2，基本上含有原料气中所有硫化物，用泵升压，通过换热器与从甲醇热再生塔来的贫甲醇换热后进入再生塔进行热再生。再生塔塔底得到的贫甲醇经换热降温后送吸收塔顶部，塔顶得到的富含H2S的气体送硫回收系统。
从水分离器分离出来的含水甲醇还含有CO2，经换热后送入甲醇水分离塔中部，从尾气水洗塔塔底来的含有少量甲醇的水溶液也进入甲醇水分离塔中部，从再生塔底来的少量贫甲醇通过换热后作为塔顶回流。甲醇水分离塔底得到甲醇含量达到排放标准的水，排出系统。
系统中近20台的换热器组成的换热网络用以回收冷量并保证必要的工艺条件。
2 出现的问题及采取的优化措施
2.1 酸性气中H2S浓度偏低
净化装置从2008年开车以来，由于受系统和净化气中总硫含量的影响，酸性气中H2S含量一直不高（维持在18%以下），远低于设计指标（35%），且极不稳定。通过系统优化、降低洗涤甲醇循环量、调整汽提N2量、调整H2S浓缩塔操作压力、增加酸性气回流量等手段，将酸性气中H2S浓度提至了30%左右。主要运行优化措施如下。
（1）改变闪蒸气去向。水分离器分离出来的甲醇和水的混合冷凝液中吸收有一定量的CO2及H2S，通过甲醇水分离塔给料加热器换热升温后，冷凝液中大量CO2及H2S会解吸出来，原始设计气相、液相均进入甲醇水分离塔中，造成甲醇再生塔再生气中CO2含量升高。将其改入H2S浓缩管线，进入H2S浓缩塔下部，提升了富甲醇中CO2的解吸量，同时提高了再生富甲醇中的H2S含量。
（2）降低洗涤甲醇的循环量。甲醇循环量越大，洗涤同样的变换气后，甲醇中H2S浓度越低，经过闪蒸、汽提和热再生后得到的酸性气中H2S浓度也越低。为此，通过提高各氨冷器的负荷，降低贫甲醇温度，从而减小洗涤甲醇的循环量。但甲醇循环量也不能太低，否则会使出工段气体中H2S浓度超标，引起合成催化剂中毒。
（3）增加汽提N2量。正常生产中，H2S浓缩塔底部通入惰性气体N2，以降低气相中的CO2分压，促使富硫甲醇中的CO2更好地解吸出来，CO2解吸越彻底，由热再生塔解吸出来的酸性气中H2S浓度也越高。但汽提N2量不能过高，太高会使CO2解吸的同时H2S也被解吸出去，既损失H2S，又污染环境。在180 000 m3/h变换气量下，将汽提N2量由9 006 m3/h逐渐增至100 000 m3/h，既可保证放空尾气达标排放，又能提高酸性气中的H2S浓度。
（4）调整CO2解吸塔、H2S浓缩塔操作压力。CO2解吸塔设计压力为190 kPa，由于设计控制阀门通径偏小，日常运行压力始终高于220 kPa，CO2气体解吸不完全。为此，增加控制阀副线，控制运行压力至190 kPa，加大CO2气体解吸量，降低H2S浓缩塔运行负荷，且有效提高了H2S浓缩塔上段富甲醇的冷量。H2S浓缩塔设计运行压力为70 kPa，塔底部的富硫甲醇中仍含有不少的CO2，这部分CO2被带入再生塔汽提段，降低了酸性气中的H2S浓度。为此，在保证H2S浓缩塔出口气体指标的前提下，将H2S浓缩塔操作压力从70 kPa降至62 kPa，促使更多的CO2解吸出去。改进后，一是降低了贫富液换热介质中的富液温度，通过换热使入吸收塔的贫液温度降低，从而使贫甲醇循环量下降；二是塔底部的富硫甲醇中一部分CO2被除去，H2S浓度进一步提高，进入热再生塔后，解吸出来的酸性气中H2S浓度得到增高。
（5）控制循环甲醇NH3含量，增加酸性气回流量。进入低温甲醇洗系统的NH3，在甲醇再生系统中不容易脱除，不断积累,当NH3含量达到一定程度时，NH3会与H2S在热再生塔中反应生成(NH4)2S，(NH4)2S溶解于循环甲醇中，并随循环甲醇进入甲醇洗涤塔内，在塔顶分解成H2S和NH3，从而导致净化气超标。NH3和H2S浓度越高，生成(NH4)2S的几率和量越大，出工段的净化气中H2S和NH3含量越大。为此，通过再生塔气相定期排NH3，控制循环甲醇中NH3含量在指标之内，避免H2S和NH3反应，增加去H2S浓缩塔酸性气量，实现硫浓缩。
优化调整后，酸性气中H2S浓度大幅提高，并保持稳定，具体数据见表1。
更多内容请见《中氮肥》2015年第5期