低温甲醇洗冷量消耗全局分析及优化措施
贾光伟
（中国天辰工程有限公司，天津 300400）
［摘 要］ 通过对低温甲醇洗系统进行全局分析，总结出补入低温甲醇洗系统的冷量主要消耗在平衡带入系统的热量、平衡输入系统的泵功率以及平衡进出界区物料释放的热量三个方面，并结合某煤制甲醇项目实际生产数据发现，上述三者中，平衡带入系统的热量约占80.14%，平衡输入系统泵功率约占16.33%，平衡进出界区物料温差导致的放热约占3.53%，并在此基础之上提出优化流程以降低系统冷量消耗的方向。
［关键词］ 低温甲醇洗；冷量消耗；全局分析；优化方法
［中图分类号］ TQ 025.4 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0053-03
1 概 述
在煤化工项目中，粗合成气中除含有H2、CO等有效组分外，还含有H2S、COS等酸性气杂质，这些杂质不仅对合成反应没有贡献，而且H2S、COS等硫化物的存在还会导致合成催化剂中毒，影响催化剂的使用寿命。因此，合成气在进入合成工序之前，必须进行净化处理，脱除其中的H2S等酸性气杂质。
常用的净化工艺中，低温甲醇洗工艺因具有可同时脱除有机硫、气体净化度高、吸收选择性高以及溶剂甲醇热稳定性和化学稳定性好等优点，在近年来煤化工项目兴建的热潮中迅速成为粗煤气净化的首选技术［1-3］。
由于低温甲醇洗主要工艺系统均在低温下运行，系统冷量补充就成为大家一直关注的焦点。目前文献［4-6］论述多集中在分析系统内局部换热、冷量回收以及运行期间系统冷量不足的解决办法等方面，但鲜有从全局的角度对装置冷量消耗进行分析。本文将低温甲醇洗系统看成一个整体，试图从全局角度分析装置补充冷量的去处，并以某煤制甲醇项目实际生产数据为例，指出各处冷量消耗所占的比重，同时提出通过全局优化以降低系统冷量消耗的改进措施。
2 低温甲醇洗流程简介
目前主流的低温甲醇洗流程主要包含6台塔的操作，其余基本是系统内的换热网络。在吸收塔，低温甲醇对变换气完成吸收，净化气出界区，富甲醇送往下游系统；富甲醇在CO2产品塔中经中压闪蒸后得到纯度较高的CO2气体，之后富甲醇进一步在H2S浓缩塔闪蒸释放出大部分酸性气，最后在再生塔内经热再生后作为溶剂循环回吸收塔，完成整个循环。为保证尾气中甲醇含量达标，还设置有尾气洗涤塔。同时，设置有甲醇/水分离塔，以回收甲醇溶剂。
3 低温甲醇洗冷量补充位置分析
补入低温甲醇洗系统的冷量，主要有两类：一类是循环水供给的冷量，因为循环水温度相对较高，通常被看作低等级冷量；另一类是由制冷剂（氨或者丙烯）蒸发供给系统的冷量，因为制冷剂温度通常能达到-40 ℃左右，因而被看作是补入系统的高等级冷量。而在低温甲醇洗工艺中，补充冷量的位置大致有以下四处。
（1）吸收塔最上段段间。酸性气溶于甲醇的过程是放热过程，随着酸性气不断地被甲醇吸收，甲醇的温度逐步升高，为保证甲醇一直处于较低温度，对酸性气具有较大的溶解度，在吸收塔段间，需要将温度升高的甲醇溶剂抽出进行冷却。考虑到此处吸收效果的好坏直接关系到净化气的质量，因此通常在此流程中设置1台由制冷剂蒸发制冷的冰机对甲醇进行冷却。
（2）富甲醇中压闪蒸前。在低温甲醇洗工艺中，甲醇温度越低，越利于酸性气的吸收，越利于减少溶剂的循环量。受制于制冷剂的固有性质，制冷剂能提供的冷量等级最高在-40 ℃左右，很难再制备更高等级的冷量。而系统内流体的减压闪蒸过程，通过节流、解吸能达到的最低温度仅与流体的初始温度及前后压差有关。因此，在富甲醇闪蒸前，首先利用制冷剂对其进行进一步的冷却，随后在较低的温度下进一步闪蒸，就会得到更高等级的冷量。因此，在富甲醇闪蒸前，通常会设置制冷剂蒸发制冷的冰机对富甲醇进行进一步冷却。
（3）热再生塔顶。在热再生塔顶，一是用循环水对塔顶气相进行冷凝，建立回流；二是为减少送出界区的提浓酸性气夹带甲醇，通常会再设置制冷剂蒸发制冷的冰机对酸性气进行进一步冷却，以实现低温下进一步分离酸性气中夹带甲醇的目的。
（4）贫甲醇循环回路起始端。为尽可能减少高等级冷量的消耗，在贫甲醇开始循环前，会首先采用循环水提供的低等级冷量对贫甲醇进行冷却。
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