刘建宾，焦畅，赵文瑾，石海涛
（中国寰球工程有限公司北京分公司，北京100102）
［摘 要］某1 000 kt/a煤基甲醇装置主生产工艺为粉煤加压气化、耐硫部分变换、鲁奇低温甲醇洗、戴维甲醇合成等，其低温甲醇洗系统采用鲁奇九塔流程。原始试车过程中，低温甲醇洗系统变换气冷却器Ⅰ（E-101）出现冷却后变换气温度过低甚至E-101管侧冻堵的现象。经全面、系统分析，本次E-101管侧发生冻堵的直接或间接原因主要包括E-101原料气温度过低且流量过小、解吸塔气提氮气量过大致解吸尾气温度过低且流量大、解吸尾气去往酸性气/尾气换热器管线积液堵塞而致E-101壳侧低温尾气流量大、吸收塔脱硫段富碳甲醇循环量过大，采取一系列应对措施后，顺利解决了E-101管侧变换气温度过低的问题，且喷淋甲醇系统的设置可进一步防止E-101管侧冻堵现象的发生。
［关键词］低温甲醇洗系统；鲁奇九塔流程；原始试车；变换气冷却器冻堵；原因分析；应对措施
［中图分类号］TQ028.1+7 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）06-0041-03
0 引 言
某1 000 kt/a煤基甲醇装置于2017年2月投产，整体运行情况良好，投产半年后实现达标达产。该装置主生产工艺为粉煤加压气化（国产化技术）、耐硫部分变换（国产化技术）、鲁奇低温甲醇洗[1]、戴维甲醇合成等。其中，低温甲醇洗系统进料分为变换气和未变换气两股，采用鲁奇九塔（含H2S/CO2 吸收塔、CO2膨胀闪蒸塔、循环甲醇塔、H2S再吸收塔、热再生塔、排放气水洗塔、解吸塔、甲醇水分离塔、氨洗涤塔）流程，变换气吸收塔双塔并联运行，未变换气吸收塔单塔运行，共用再生单元。本低温甲醇洗系统具有如下特点：① 设备国产化率高，且价格相对低廉；② 吸收塔等塔器采用高效塔盘，系统的操作弹性大，系统处理能力大；③ 操作调节灵活，但工艺系统复杂、设计变量多，控制难度高。
低温甲醇洗系统原始试车过程中，由于上游系统分批次开车，低温甲醇洗系统经历了原料气量由少到多即负荷逐渐增加的不稳定过程，系统内的变换气冷却器Ⅰ（E-101）出现变换气温度过低甚至管侧冻堵的现象。经全面、系统分析，找到了E-101冻堵的主要原因及其影响因素，并提出了切实可行的预防措施及解决方法，为系统后续试车及生产运行提供了有力的理论指导、操作经验与技术支持。以下对有关情况作一介绍。
1 低温甲醇洗系统概况
1.1 低温甲醇洗系统工艺流程简介
低温甲醇洗系统的主要作用是脱除变换气中的CO2、H2S等酸性气，产出合格的产品气（净化气）用于下游合成系统[2]。本低温甲醇洗系统进料分为变换气和未变换气两股，变换气流量约为未变换气流量的2倍；变换气采用双吸收塔并联脱除其中的酸性气，未变换气采用单吸收塔脱除其中的酸性气，净化后的变换气与未变换气经过系统内复热至常温后进入甲醇合成系统；吸收塔采用典型的逆流吸收操作，上段脱碳下段脱硫，贫甲醇与富甲醇同时吸收酸性气，既保证了吸收效果，又尽可能地节省了贫甲醇消耗及甲醇再生能耗。吸收未变换气与变换气后的富甲醇共用1套闪蒸解吸及热再生系统，再生后的贫甲醇再根据需要分配至未变换气吸收塔与变换气吸收塔，以减少再生系统设备投资与占地面积等。再生过程中产生的酸性气，直接送下游克劳斯硫回收系统副产硫磺；闪蒸塔产生的CO2气作为产品气经CO2压缩机加压至5 MPa后送上游气化系统用作煤粉输送载气；解吸塔中由氮气气提产生的尾气经水洗后由排气筒放空。
1.2 变换气冷却单元流程简介
变换气首先进入低温甲醇洗系统氨洗涤塔，洗氨后40 ℃的变换气分为两股，一股去往变换气冷却器Ⅰ（E-101，为单管程单壳程绕管式换热器），在此与一股低温解吸尾气换热(变换气走管程，尾气走壳程)后温度降至约20 ℃，而后进入变换气分离罐Ⅰ（D-101）分离出液相；另一股变换气去往变换气冷却器Ⅱ（E-102），在此被一股净化后的低温原料气冷却至20 ℃左右，而后进入变换气分离罐Ⅱ（D-102）分离出液相。出D-101与D-102顶部的两股变换气混合并经进一步冷却后进入变换气吸收塔。
2 运行问题
变换气冷却器Ⅰ（E-101）管侧原料气进口、出口设计温度分别为40 ℃、20 ℃。低温甲醇洗系统原始试车过程中，由于上游原料气供应不稳定，操作人员并未重点关注E-101管侧原料气进口温度（TI01），而对于E-101管侧原料气出口温度（TI02），由于低温对吸收操作有利，故开车过程中重点关注TI02是否过高（TI02设有温度高报警，但无温度低报警）。原始开车一段时间后，随着TI02降至0 ℃且持续降低，原料气携带的饱和水蒸气冷凝、挂霜，并逐渐积累，导致管程原料气流量大大减少，影响正常生产，最终E-101管侧冻堵，系统停车。
E-101冻堵过程中各主要参数的变化趋势如图1。可以看到，自当日11：00开始，E-101路原料气（变换气）流量（FI01）开始逐渐下降，而此时TI02为0.9 ℃（接近0 ℃），而后即便开始提升TI01，TI02仍继续下降至冰点以下，同时FI01逐渐降低，表明此时E-101管侧已出现结霜等现象而影响了原料气流通；随着E-101管侧结霜加剧，TI02进一步降低，FI01甚至低至几乎为0，此时E-101管侧已严重冻堵。
3 变换气冷却器Ⅰ冻堵原因分析及确认
当变换气冷却器Ⅰ（E-101）冻堵事件发生后，该系统设计及操作人员迅速响应、积极应对，并及时联系专利商、换热器厂家等有关方，据低温甲醇洗系统流程及运行特点与实际操作情况，进行了如下相关分析。
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