柏月波 周杰
(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273512)
林德低溫甲醇洗工藝?yán)淞炕厥辗桨傅奶接?/p>
柏月波 周杰
(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273512)
2014年7月,兗礦集團(tuán)在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市達(dá)拉特旗新建的榮信化工有限公司年產(chǎn)900kt甲醇項(xiàng)目正式投產(chǎn),酸性氣脫除工序采用了德國林德公司的低溫甲醇洗工藝,工藝氣處理量為417682m3/h(標(biāo)態(tài))。近年來,該低溫甲醇洗工藝在國內(nèi)新建的項(xiàng)目中得到了廣泛運(yùn)用,大有取代魯奇工藝的趨勢,其設(shè)計(jì)理念比較先進(jìn),尤其是在冷量回收方面尤為優(yōu)秀。但在非正常狀態(tài)下,林德工藝的應(yīng)變措施卻比較少,甚至存在諸多生產(chǎn)安全隱患。比如在冷量分配方面,設(shè)計(jì)過于簡潔,操作彈性也比較小,在事故應(yīng)急處理方面略顯不足。
根據(jù)氣體在液體中被吸收放熱、解析吸熱的原理,在低溫甲醇洗系統(tǒng)中,CO2從甲醇中解析時會吸收大量熱量,從而可用于系統(tǒng)制冷。解析過程主要在中壓閃蒸槽(V02和V03)、低壓閃蒸槽(V04和V08)和低壓閃蒸塔(T02,T03和T06)及其他輔助設(shè)備中進(jìn)行(圖1)。
圖1 冷量回收工藝流程
1.1中壓閃蒸槽(V02和V03)冷量回收
中壓閃蒸槽(V02和V03)均為臥式,操作壓力為1.0MPa,其中,V02用來解析來自吸收塔的富碳甲醇,V03用來解析來自吸收塔的富硫甲醇。V02解析產(chǎn)生的氣相冷量與V03解析產(chǎn)生的氣相冷量(9000m3/h)匯合后進(jìn)入氣體壓縮機(jī),經(jīng)加壓后與變換氣匯合,此部分氣相冷量被用來克服氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量,溫度由-22℃升高至45℃。隨著甲醇循環(huán),V02的液相冷量被直接帶入V08,V03的液相冷量被直接帶入低壓閃蒸塔(T02和T03)。
1.2低壓閃蒸塔(T02,T03和T06)和低壓閃蒸槽(V08)的冷量回收
富碳甲醇由中壓閃蒸槽(V02)進(jìn)入低壓閃蒸槽(V08)后,壓力由1.0MPa降低至0.2MPa,CO2解析產(chǎn)生的部分氣相冷量(15000m3/h)與由V03進(jìn)入T02的富硫甲醇解析產(chǎn)生的氣相冷量(12000m3/h)混合,另一部分(13000m3/h)與T03一段所產(chǎn)生的氣相冷量(70000m3/h)混合。V08與T02混合的氣相冷量進(jìn)入貧甲醇冷卻器(E03)殼程,部分冷量被貧甲醇回收,溫度由-56℃升高到-21℃,然后進(jìn)入變換氣冷卻器(E02)管程,剩余的冷量被變換氣回收,溫度升高至28℃,水洗后排入大氣。V08與T03一段混合的氣相首先進(jìn)入甲醇再冷器(E23)殼程,部分冷量被富甲醇回收,氣相溫度由-62℃升高至-21℃,隨后進(jìn)入變換氣冷卻器(E02)管程,剩余的冷量被變換氣回收,溫度升高至28℃,水洗后排入大氣。V08和T02的液相冷量隨著甲醇循環(huán)進(jìn)入T03一段。
V08的富碳甲醇、V03的富硫甲醇、T02的富硫甲醇在T03一段混合,操作壓力降至常壓,CO2解析產(chǎn)生的氣相冷量(70000m3/h)與V08產(chǎn)生的部分氣相冷量匯合。液相隨著甲醇循環(huán),首先進(jìn)入貧甲醇冷卻器(E08)殼程,部分冷量被貧甲醇回收,液相溫度由-62℃升高至-51℃,隨后進(jìn)入富甲醇冷卻器(E06)殼程,部分冷量被富甲醇回收,溫度由-51℃升高至-29℃,然后進(jìn)入富甲醇冷卻器(E07)殼程,剩余的冷量被富甲醇回收,溫度由-29℃升高至-14℃,最后進(jìn)入T03二段。
T03二段的操作壓力為常壓,為了加強(qiáng)閃蒸效果,配置了汽提氮?dú)?,在二段產(chǎn)生的氣相冷量(30000m3/h)直接進(jìn)入T03一段。液相冷量隨著甲醇循環(huán)進(jìn)入貧甲醇冷卻器(E09)和貧富甲醇換熱器(E19),冷量被貧甲醇回收,溫度由-31℃升高至25℃,隨后進(jìn)入低壓閃蒸塔(T06)。T06的操作壓力為常壓,同樣配置了汽提氮?dú)猓约訌?qiáng)閃蒸效果。CO2解析產(chǎn)生的部分氣相冷量(26000m3/h)直接進(jìn)入T03二段。液相冷量隨著甲醇循環(huán)進(jìn)入貧富甲醇換熱器(E10),冷量被貧甲醇回收,液相溫度由12℃升高至89℃,隨后進(jìn)入熱再生塔(T04)。
系統(tǒng)的冷量分配過程較為復(fù)雜,中間部分冷量可根據(jù)需要自由分配,但冷量的總量是固定的。德國林德公司所設(shè)計(jì)的此套系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時運(yùn)行非常穩(wěn)定,且冷量回收率很高,為節(jié)省投資,設(shè)備及管道所選用的材料都是剛好滿足正常使用條件。但各國生產(chǎn)模式及經(jīng)營理念是有差異的,在國內(nèi),甲醇生產(chǎn)裝置并非一直保持滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),經(jīng)常出現(xiàn)前系統(tǒng)半負(fù)荷運(yùn)行,甚至1/4負(fù)荷運(yùn)行,在此種非正常生產(chǎn)條件下,林德工藝的系統(tǒng)冷量分配方案將無法保證低溫甲醇洗全系統(tǒng)的運(yùn)行。在生產(chǎn)過程中,存在以下問題。
(1)前系統(tǒng)由滿負(fù)荷改為半負(fù)荷運(yùn)行時,進(jìn)入低溫甲醇洗系統(tǒng)的變換氣流量由417682m3/h降至210000m3/h左右,為保證后系統(tǒng)甲醇合成的氫碳比要求,貧甲醇總流量由490000kg/h降至290000kg/h。在此工況下,系統(tǒng)冷量雖然在緩慢減少,但在短時間內(nèi)還是很充足的,而系統(tǒng)的兩大熱源變換氣和貧甲醇卻在瞬間減少了很多,勢必造成系統(tǒng)溫度的失控。由此會帶來如下問題:富甲醇冷卻器(E07)負(fù)責(zé)利用吸收塔三段和四段的富甲醇回收T03一段的液相冷量。在正常情況下,吸收塔富甲醇的溫度由-5℃降至-28℃,T03液相溫度由-29℃升至-14℃。此時,吸收塔的富甲醇量只有原來的一半左右;另外,由于變換氣氣量的降低,導(dǎo)致吸收塔富甲醇的溫度急劇下降;同樣,因E06和E08的熱量減少,導(dǎo)致了T03液相到達(dá)E07時的溫度急劇下降,而E07及其附屬管道材質(zhì)所能承受的最低溫度為-40℃,在此種工況下,將存在凍壞設(shè)備的危險。前系統(tǒng)負(fù)荷減半時E07后吸收塔富甲醇和E07前T03液相溫度統(tǒng)計(jì)(2014年8月16日)見表1。
表1 前系統(tǒng)負(fù)荷減半時吸收塔富甲醇出E07和T03液相入E07的溫度統(tǒng)計(jì)℃
由表1可以看出:前系統(tǒng)負(fù)荷減半后,在E07前T03液相溫度是持續(xù)下降的,在80min時間內(nèi)由-28.9℃降至-38.6℃,已接近設(shè)備所能承受的最低溫度,且沒有停止下降的趨勢,為防止凍壞設(shè)備,采取了緊急停車處理。同樣的情況也存在于貧富甲醇換熱器(E19)和低壓閃蒸塔(T06)及其附屬管道上,所不同的是,此部分設(shè)備及其管道所能承受的最低溫度為-20℃。
(2)前系統(tǒng)負(fù)荷改變引起的冷量與熱量的失衡還會導(dǎo)致進(jìn)入尾氣洗滌塔(T08)的溫度急劇下降,由于T08內(nèi)的介質(zhì)為水、壓力為常壓,當(dāng)CO2尾氣溫度低于0℃時,極易引起塔盤和管道被冰凍堵塞,甚至凍壞設(shè)備。為此,德國林德公司作了如下設(shè)計(jì):當(dāng)入塔溫度低于5℃時,副線閥門聯(lián)鎖打開,與此同時,T08出口閥聯(lián)鎖關(guān)閉,這樣可確保T08的安全。但T08被短路后,尾氣中夾帶的甲醇將得不到回收而造成極大浪費(fèi)。另外,甲醇中溶解的H2S及COS等有毒物質(zhì)將被直接排入大氣中,造成環(huán)境污染。
(1)E07殼程(T03液相所走路線)進(jìn)、出口加副線(如圖1虛線所示),依靠副線閥門開度調(diào)節(jié)T03液相進(jìn)入E07的量,即使系統(tǒng)冷量與熱量失衡時,也可保證E07及其附屬管道的安全。但此種改造會將多余的冷量帶入T03二段,導(dǎo)致E19和T06及其附屬管道所承受的傷害更大。為此,在E09出口增加酸性氣冷卻器(E30),依靠閥門開度調(diào)節(jié)T03二段液相進(jìn)入E30的量(如圖1虛線框所示)。當(dāng)溫度失控時可按如下操作:打開T03二段液相進(jìn)入E30的入口閥,減少丙烯冷卻器(E17)的丙烯用量,必要時可減少酸性氣水冷器(E13)的循環(huán)水用量。由于酸性氣的溫度較高(91℃),可輕易給T03二段液相升溫,同時酸性氣自身得到降溫。另外,由于減少了丙烯及循環(huán)水的用量,降低了消耗,提高了經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)改造后,前系統(tǒng)負(fù)荷減半時經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整操作的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(2014年10月2日)見表2。
表2 系統(tǒng)改造后,前系統(tǒng)負(fù)荷減半時經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整操作的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)℃
由表2可以看出:前系統(tǒng)負(fù)荷減半后,由于短時間內(nèi)系統(tǒng)冷量過剩,T03一段液相到達(dá)E07前的溫度依舊呈下降趨勢,因此,關(guān)小進(jìn)E07的閥門,并打開了副線閥,吸收塔富甲醇的溫度因此得到控制,最低溫度只有-27.2℃,保證了E07及其附屬管線的安全。T03一段液相的冷量帶到二段后,投用E30,并減少了丙烯和循環(huán)水的用量,T03二段液相的溫度同樣得到控制,最低溫度只有-8.3℃,保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(2)CO2尾氣進(jìn)入T08前配0.5MPa蒸汽管線(如圖1虛線所示),前系統(tǒng)負(fù)荷波動或者外界氣溫發(fā)生變化所引起的溫度失控都可用蒸汽所攜帶的熱量來補(bǔ)償。正常生產(chǎn)時,蒸汽閥門保持微開狀態(tài),保證此股蒸汽處于熱備狀態(tài),防止緊急情況下,由于冷凝液過多,短期內(nèi)無法有效地提高CO2尾氣溫度。另外,CO2尾氣中的部分甲醇也會溶解在蒸汽中進(jìn)入T08后,隨著脫鹽水進(jìn)入塔釜,最后被一同送入甲醇水分離塔。
引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)時,一定要考慮到生產(chǎn)模式及經(jīng)營理念的差異,對于不適合國內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的部分應(yīng)及時進(jìn)行改造。林德低溫甲醇洗工藝設(shè)計(jì)理念比較先進(jìn),尤其是在冷量回收方面,此部分的工藝流程也比較復(fù)雜。但其在換熱部分過于簡潔,與閃蒸部分的面面俱到形成了鮮明的對比,在系統(tǒng)負(fù)荷波動較大時,很難找到有效的應(yīng)對措施。改造后,此套系統(tǒng)可隨意根據(jù)負(fù)荷作出相應(yīng)的調(diào)整,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
2014-12-23)