夏祖虎

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

低溫甲醇洗工藝利用H2、H2S、COS 和CO2等氣體在低溫甲醇中溶解度不同的特點來進行凈化，國內(nèi)外煤化工裝置廣泛運用的有魯奇工藝及林德工藝。兩種工藝技術(shù)有著氣體凈化度高，選擇性好，溶劑損耗低等共同點，工藝流程及換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上略有不同，其操作及調(diào)整也相應(yīng)存有差異[1]。

1 工藝原理

低溫甲醇洗利用H2、H2S、COS 和CO2等氣體在低溫甲醇中溶解度的不同，用低溫甲醇來吸收脫除變換氣中的酸性氣(H2S、CO2和COS 等),從而得到凈化氣，凈化氣中CO2含量低于20ppm(v/v)，總S 含量低于0.1ppm(v/v)。低溫甲醇洗原料氣與粗氫氣組成對比如表1。

表1 低溫甲醇洗原料氣與粗氫氣體積組成對比

2 工藝流程區(qū)別

魯奇及林德低溫甲醇洗主工藝流程類似，但在細節(jié)流程設(shè)計上各具特點。

(1)原料氣冷卻。魯奇工藝原料氣冷卻流程為：常溫的變換氣經(jīng)氨洗塔脫氨后經(jīng)一級冷卻至15℃左右，送至原料氣分液罐，液相凝液出裝置，氣相與噴淋甲醇混合經(jīng)二級冷卻至-7℃去到吸收塔。林德工藝原料氣冷卻流程為：常溫的變換氣經(jīng)氨洗塔脫氨后與噴淋甲醇混合經(jīng)冷卻至-10℃去到原料氣分液罐，液相經(jīng)換熱器復(fù)熱后去到甲醇水分離塔，氣相去到吸收塔。

(2)中壓閃蒸。魯奇工藝中無硫甲醇及含硫甲醇分別去到中壓閃蒸塔上塔及下塔，上塔與下塔的閃蒸氣經(jīng)再吸收塔底來的富H2S 甲醇吸收CO2后送至閃蒸氣壓縮機入口，經(jīng)壓縮后返回至原料氣二級冷卻器前，從而盡可能降低壓縮機功耗。林德工藝未設(shè)置中壓閃蒸塔，無硫甲醇及含硫甲醇分別經(jīng)換熱器冷卻后去到中壓閃蒸罐，兩股閃蒸氣匯合送至閃蒸氣壓縮機，經(jīng)壓縮后返回至原料氣冷卻器前。

(3)熱再生部分。魯奇工藝中，熱再生塔分為熱閃蒸段、氣提段及水富集段。其中，熱閃蒸段為獨立容器，置于熱再生塔頂部，經(jīng)閃蒸后的富甲醇靠重力流至氣提段，氣提段設(shè)置積液箱，再生后的貧甲醇大部分從積液箱抽出經(jīng)多級冷卻后送至吸收塔，小部分的貧甲醇送至水富集段。對比魯奇，林德工藝中熱再生塔無熱閃蒸段，H2S 富集塔塔底富甲醇經(jīng)復(fù)熱后送至熱閃蒸罐，閃蒸后的富甲醇泵入熱再生塔，再生后的貧甲醇送至甲醇收集罐，再經(jīng)多級冷卻后送至吸收塔，熱再生塔底設(shè)置隔板，水富集段位于一側(cè)。

(4)吸收溶劑。魯奇工藝設(shè)置兩股吸收劑，分別為貧甲醇及半貧甲醇，兩股吸收劑分別抽出一小股作為噴淋甲醇，且互為備用。林德流程吸收劑僅貧甲醇，噴淋甲醇從多臺貧/富甲醇換熱器中貧甲醇側(cè)常溫部位抽出。

(5)克勞斯氣系統(tǒng)。魯奇工藝中，原料氣經(jīng)一級冷卻后分液罐凝液外排，從而去除了部分NH3，循環(huán)系統(tǒng)中NH3累積量較少，因此克勞斯冷卻器未設(shè)置副線。對比魯奇，林德工藝中原料氣分液罐中甲醇水溶液送至甲醇水分離塔，溶解的NH3在系統(tǒng)中富集，因此克勞斯氣冷卻器設(shè)置副線，目的是為了防止銨鹽結(jié)晶。

(6)換熱網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)魯奇流程換熱器為普通列管式換熱器，由于換熱量大，主回路換熱器體積較為龐大。林德工藝使用多臺專利設(shè)備—繞管換熱器，可進行多股物料同時換熱，其換熱面積大、效率高、體積小、能耗低，較魯奇換熱流程有著不小的優(yōu)勢。近些年魯奇流程也廣泛使用繞管換熱器，盡可能降低裝置能耗[2]。

3 工藝操作說明

(1)控穩(wěn)系統(tǒng)壓力。氣體在甲醇中溶解度隨壓力降低而降低，壓力過低可能導(dǎo)致吸收塔塔頂凈化氣不合格；壓力波動將引起各塔液位紊亂，若局部液位低聯(lián)鎖停泵，將導(dǎo)致甲醇循環(huán)中斷，嚴重時造成裝置停車。因此，為保證低溫甲醇洗平穩(wěn)運行，必須控穩(wěn)系統(tǒng)壓力。

(2)保證冷量供應(yīng)。氣體在甲醇中溶解度隨溫度升高而降低，若系統(tǒng)冷量供應(yīng)不足，將導(dǎo)致酸性氣體吸收不完全，吸收塔塔頂凈化氣不合格。為保證冷量供應(yīng)，應(yīng)密切關(guān)注制冷系統(tǒng)工作狀況，并及時調(diào)整深冷器液位。

(3)維持甲醇循環(huán)。貧甲醇經(jīng)多級冷卻后去到吸收塔塔頂吸收酸性氣體，溶解有酸性氣體的富甲醇經(jīng)中壓閃蒸、低壓閃蒸、氮氣氣提及熱再生后再次成為吸收劑，形成閉環(huán)回路。維持甲醇循環(huán)是低溫甲醇洗運行的首要條件，因此在操作中應(yīng)密切關(guān)注甲醇泵尤其是高壓貧甲醇泵的工作狀況，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時切換備用泵運行，同時控穩(wěn)各塔液位，避免液位低聯(lián)鎖停泵。

(4)確保再生效果。貧甲醇的質(zhì)量將直接影響酸性氣體的脫除效果。若貧甲醇中水含量超標，將導(dǎo)致甲醇吸收能力下降，系統(tǒng)負荷加不上去，同時會加劇CO2、H2S 等對設(shè)備及管道的腐蝕，產(chǎn)生固體雜質(zhì)，使甲醇變臟，堵塞設(shè)備和管線，使系統(tǒng)工況惡化。若貧甲醇中氨含量超標，將生成硫氨，在吸收塔頂部分解造成凈化氣中硫化氫超標。因此，低溫甲醇洗在操作過程中應(yīng)關(guān)注貧甲醇采樣分析數(shù)據(jù)，根據(jù)分析數(shù)據(jù)及時調(diào)整氣提氮氣量、熱再生塔及甲醇水分離塔負荷，確保再生后的貧甲醇合格[3]。

4 工藝操作細節(jié)區(qū)別

(1)循環(huán)中斷處理。魯奇工藝中吸收劑有兩路，貧甲醇及半貧甲醇，若半貧甲醇中斷，可通過提高貧甲醇量來緩解，若貧甲醇中斷，可通過降低負荷，提高半貧甲醇量短暫維持；林德工藝僅一路吸收劑，若貧甲醇中斷將導(dǎo)致裝置停車。

(2)熱再生液位控制。魯奇工藝熱再生塔氣提段設(shè)置積液箱，若熱閃蒸段進料中斷，積液箱從正常液位降至聯(lián)鎖停泵液位緩沖時間一般為5～7min，因此正常操作過程中，熱再生塔氣提段宜維持較高液位；林德工藝貧甲醇從熱再生塔抽出后去到甲醇收集罐，收集罐從正常液位降至聯(lián)鎖停泵液位緩沖時間一般為25～30min，因此正常操作過程中，熱再生塔無需維持高液位。

(3)噴淋甲醇中斷處理。魯奇工藝噴淋甲醇有兩路，分別來自貧甲醇泵及半貧甲醇泵出口，若在用噴淋甲醇中斷，可及時切換至備用線；林德工藝噴淋甲醇僅一路，來自貧甲醇泵出口，若非停泵導(dǎo)致噴淋甲醇中斷而短期內(nèi)無法投用，將導(dǎo)致裝置停車。

(4)甲醇水分離塔腐蝕。魯奇工藝原料氣分液罐液相為酸性水，送出裝置，甲醇水分離塔進料部分為熱再生塔水富集段來的甲醇水溶液及尾氣洗滌塔來的含CO2甲醇水溶液，塔壁及內(nèi)件為均勻腐蝕；林德工藝甲醇水分離塔進料除與魯奇工藝相同的兩路進料以外，原料氣分液罐底部液相組分也來到甲醇水分離塔，由于該股液相含H2S、HCN 等強腐蝕性介質(zhì)，導(dǎo)致甲醇水分離塔長期運行后該股液相進塔管口處腐蝕穿孔，影響裝置安全生產(chǎn)。

(5)系統(tǒng)氨氮累積。魯奇工藝原料氣分液罐外送的酸性水中已含部分氨氮，且熱再生塔回流泵出口設(shè)置含氨甲醇外排線，因此循環(huán)甲醇中氨含量超標可能性不大；林德工藝中變換氣中的氨氮組分全部進入循環(huán)系統(tǒng)，其熱再生塔型式及操作條件有別于魯奇工藝，通過蒸汽氣提的方式將氨氮從克勞斯氣中排出，若再生塔操作不當(dāng)，克勞斯氣換熱器易發(fā)生銨鹽結(jié)晶，系統(tǒng)氨氮累積量亦有超標可能[4]。

5 結(jié)語

低溫甲醇洗技術(shù)為魯奇及林德共同開發(fā)，兩種工藝主體流程及操作原則一致，細節(jié)方面各有所長。魯奇工藝設(shè)置兩股吸收劑及噴淋甲醇，若甲醇中斷尚有時間處理，避免非計劃停工；原料氣分液罐液相送出裝置，熱再生塔回流泵出口設(shè)置外排含氨甲醇管線，可有效避免氨氮累積；甲醇水分離塔操作安全，管口不會出現(xiàn)腐蝕穿孔風(fēng)險。林德工藝廣泛使用繞管換熱器，系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)更加合理，冷量消耗低；設(shè)置貧甲醇收集罐，緩沖時間長，便于控穩(wěn)系統(tǒng)液位[5]。