許德友(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰旗煤制天然氣有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

0 引言

由于甲烷是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一，對(duì)人體具有一定的危害性以及毒性，所以社會(huì)加大了對(duì)甲烷排放含量的關(guān)注力度。在此環(huán)境中，行業(yè)對(duì)低溫甲洗醇工藝應(yīng)用中的二氧化碳排放氣中甲烷含量展開了嚴(yán)格控制，希望通過對(duì)甲烷含量進(jìn)行有效管控的方式，保證該項(xiàng)工藝應(yīng)用的長久性以及綠色性，確保其能夠在現(xiàn)代化生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的作用[1]。

1 低溫甲醇洗工藝

低溫甲醇洗工藝會(huì)通過將冷甲醇作為吸收溶液的方式，運(yùn)用低溫環(huán)境中甲醇對(duì)酸性氣體溶解度較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)原料氣中酸性氣體進(jìn)行脫除處理，會(huì)通過對(duì)解吸塔以及吸收塔等設(shè)備的應(yīng)用，完成酸性氣體的吸收，并通過將貧液甲醇送入到吸收塔中的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的循環(huán)性利用。工藝應(yīng)用具有選擇性理想以及凈化度高等方面的優(yōu)勢(shì)，可以在塔中進(jìn)行脫硫以及脫碳處理，工藝技術(shù)整體應(yīng)用較為成熟，在天然氣脫硫以及工業(yè)制氫等領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。雖然工藝的投資成本相對(duì)較高，但其在蒸汽消耗以及溶劑價(jià)格等方面的優(yōu)勢(shì)，卻是其他脫硫脫碳工藝所不能比擬的，脫硫凈化度相對(duì)較高，會(huì)對(duì)甲醇的生產(chǎn)產(chǎn)生積極影響[2]。

2 甲烷及降低甲烷含量必要性分析

甲烷屬于有機(jī)化合物范疇，在自然界有著廣泛分布，是沼氣以及天然氣等氣體的重要組成成分，也被稱為瓦斯。在2018年，學(xué)者直接證明甲烷是造成地球表面溫室效應(yīng)增加的主要因素。由于甲烷是造成溫室效應(yīng)的重要?dú)怏w，會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大污染，而作為天然氣的重要組成成分，大量甲烷的排放也會(huì)對(duì)公司造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)甲烷含量進(jìn)行控制顯得極為重要[3]。

3 降低低溫甲醇洗CO2排放氣中CH4含量方式方法

為對(duì)甲烷含量控制優(yōu)化方式展開深入性研究，在此將以實(shí)際案例為例，對(duì)具體的降低管控方法展開探討。

3.1 工程案例的基本情況介紹

本次工程為某天然氣公司的工藝改造工程，公司運(yùn)用低溫甲醇洗工藝，對(duì)變換冷卻裝置輸出氣體進(jìn)行了選擇性吸收，對(duì)煤氣中的二氧化碳以及硫化氫等酸性氣體進(jìn)行了去除，對(duì)水和油等雜質(zhì)進(jìn)行了清理，所獲得的二氧化碳不高于1.5%，總的硫含量不高于0.2 mg/L，凈化氣符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。在完成處理之后，會(huì)將凈化氣送入到甲烷化裝置之中，進(jìn)行甲烷合成處理。在完成對(duì)富甲醇的吸收之后，會(huì)通過利用再生塔展開減壓閃蒸處理，完成處理之后的二氧化碳會(huì)直接排放到大氣之中[4]。

3.2 降低甲烷含量方式方法

3.2.1 甲烷損失研究

由于該項(xiàng)工藝在使用過程中存在著能耗過高的狀況，所以企業(yè)決定對(duì)二氧化碳排放氣中甲烷含量展開分析，希望通過展開合理計(jì)算以及調(diào)整優(yōu)化的方式，做好節(jié)能降耗改造工作，保證設(shè)備運(yùn)行的環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性。按照工藝流程，在經(jīng)過變換裝置處理之后，粗煤氣會(huì)進(jìn)入到低溫甲醇洗裝置之中，會(huì)在經(jīng)過冷卻降溫以及分離等一系列處理之后，在脫硫塔中展開預(yù)洗以及主洗操作。其中，在預(yù)洗階段，會(huì)對(duì)粗煤氣中混合苯以及水分等物質(zhì)進(jìn)行去除處理，能夠通過對(duì)雜質(zhì)的清理避免對(duì)主洗段甲醇造成污染問題。主洗段處理過后的硫化氫甲醇富液，會(huì)被送入到硫化氫濃縮塔之中進(jìn)行處理，展開減壓閃蒸以及氣提等一系列處理，會(huì)對(duì)一段閃出的一氧化碳以及甲烷等有效氣體進(jìn)行回收，對(duì)二段閃蒸出氣體含有的硫化氫進(jìn)行三段濃縮處理，并會(huì)同三段閃蒸出的二氧化碳，一起送入到尾氣系統(tǒng)之中，會(huì)在經(jīng)過尾氣洗滌塔的處理之后進(jìn)行排放處理[5]。

在經(jīng)過脫硫處理之后，氣體會(huì)被送入到脫碳塔之中，完成凈化氣的生成任務(wù)，將吸收的二氧化碳甲醇富液送入到二氧化碳閃蒸塔之內(nèi)，通過減壓閃蒸以及氣提等一系列處理，對(duì)一段閃蒸有效氣體實(shí)施回收，并對(duì)二、三段閃蒸氣體進(jìn)行冷量回收處理，通過將其送入到洗滌塔的方式，進(jìn)行洗滌排放操作。硫化氫濃縮塔一段以及二氧化碳閃蒸塔一段有效氣體，會(huì)在壓縮機(jī)加壓的作用之下，被送入到系統(tǒng)回收裝置之中。由于存在著大量二氧化碳，沒有被回收利用便被排放的狀況，所以需要通過對(duì)工藝流程的分析，明確二氧化碳的具體來源。按照分析結(jié)果，二氧化碳來源主要集中在二氧化碳閃蒸塔二段排放氣、硫化氫濃縮塔三段排放氣以及二氧化碳閃蒸塔三段排放氣部分[6]。

在對(duì)實(shí)際組分與設(shè)計(jì)組分進(jìn)行對(duì)比分析之后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的甲烷排放量要遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，公司每年的損失費(fèi)用要高于設(shè)計(jì)值800萬元左右。鑒于此，需要對(duì)工藝流程以及甲烷排放情況進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，以便做好甲烷的回收與利用工作，保證工藝開展環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性，減少公司不必要損失。

3.2.2 理論分析研究

通過對(duì)該項(xiàng)工藝的分析可以發(fā)現(xiàn)，工藝的物理吸收解吸過程是遵照亨利定律進(jìn)行操作的。按照亨利定律內(nèi)容，在總壓不高的環(huán)境下，如果處于恒溫條件，稀溶液上方氣體溶質(zhì)平衡分壓和溶質(zhì)液相中濃度屬于正比例關(guān)系。氣壓的分壓越高，其在溶液中的溶解度也會(huì)越大，可以通過增加壓力的方式提高吸收率。反之，可以通過減少壓力的方式，保證解吸工作開展質(zhì)量。通常溶解度系數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生改變，溫度降低溶解度會(huì)出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，因此一般物理吸收操作需要在較為低溫的環(huán)境中展開，而且解吸操作需要在高溫環(huán)境中進(jìn)行[7]。

綜上所述，可以根據(jù)亨律定律的特點(diǎn)，在進(jìn)行工藝處理過程中，可以通過提升濃縮塔以及閃蒸塔溫度的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)此段有效氣態(tài)一氧化碳、甲烷等有效氣體的全面性回收。通過對(duì)具體工藝運(yùn)行情況的分析可以發(fā)現(xiàn)，閃蒸塔以及濃縮塔的提溫或降溫工作無法無限循環(huán)進(jìn)行，會(huì)因?yàn)橛行怏w回收壓縮機(jī)條件的影響，在壓縮機(jī)出口溫度以及入口壓力等要求的限制之下，需要做好入口壓力與出口溫度的聯(lián)鎖設(shè)置，以便為往復(fù)式壓縮機(jī)安全運(yùn)行提供可靠保障，防止因?yàn)樯郎剡^大或壓差等問題，導(dǎo)致壓縮機(jī)的氣閥或活塞環(huán)等部件出現(xiàn)損壞問題。

3.2.3 優(yōu)化調(diào)整方式

由于在具體運(yùn)行過程中會(huì)受到工藝條件以及設(shè)備等方面因素的限制，所以只能對(duì)工藝指標(biāo)進(jìn)行小幅度的調(diào)整。一方面需要按照壓縮機(jī)的出口溫度報(bào)警值以及入口壓力等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過工藝操作的方式，保證壓縮機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)度，確保入口壓力與溫度的穩(wěn)定性，通過對(duì)硫化氫濃縮塔一段以及二氧化碳閃蒸塔一段的壓力進(jìn)行合理管控的方式，將其壓力控制在合理范圍之內(nèi)。同時(shí)需要通過對(duì)再生塔再生壓力實(shí)施控制的方式，對(duì)貧甲醇溫度進(jìn)行管控，做好操作壓力的調(diào)節(jié)，以便合理展開貧甲醇的降溫操作；另一方面需要對(duì)硫化氫濃縮塔以及二氧化碳閃蒸塔的溫度進(jìn)行提升處理，做好壓縮機(jī)出口溫度的管控，確保有效氣體回收量能夠呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì)，但此時(shí)存在著操作彈性逐漸減小的問題。同時(shí)需要按照二氧化碳以及一氧化碳等物質(zhì)，在甲醇中的溶解度情況，適當(dāng)增加硫化氫濃縮塔以及二氧化碳閃蒸塔的甲醇噴淋量。由于此時(shí)再吸收液給料泵的打量已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)，無法再續(xù)提升，所以需要在有限的環(huán)境之中，對(duì)解析氣體內(nèi)有效氣體濃度進(jìn)行增加處理。此外，因?yàn)槲找航o泵設(shè)計(jì)流量已經(jīng)與現(xiàn)有工藝條件需求存在差異，所以企業(yè)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)此方面技術(shù)進(jìn)行了改造。由于涉及到公司的保密技術(shù)，所以在此不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。在此過程中，可以通過減少二氧化碳吸收塔半貧液甲醇循環(huán)量的方式，達(dá)到減少二氧化碳吸收塔內(nèi)甲烷吸收量的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降低甲醇富液到二氧化碳閃蒸塔閃蒸氣中甲烷含量的效果。

3.3 結(jié)果分析

通過對(duì)最終處理后的甲烷排放含量進(jìn)行檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二氧化碳排放氣體中的有效甲烷氣體含量已經(jīng)下降了0.3%，雖然經(jīng)濟(jì)效益得到了有效節(jié)約，但卻存在著再生系統(tǒng)操作彈性嚴(yán)重下降的狀況，事故承受能力逐漸變?nèi)?，需要操作人員投入更大的精力進(jìn)行精細(xì)化管理。由于在進(jìn)行改造之后，甲烷排放指標(biāo)仍然沒有達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，所以技術(shù)人員對(duì)產(chǎn)生這一結(jié)果的原因進(jìn)行了總結(jié)與分析。從綜合情況來看，造成這一問題的原因主要?dú)w結(jié)于以下三點(diǎn)[8]：(1)在設(shè)計(jì)方面存在缺陷，無法達(dá)到對(duì)有效氣體進(jìn)行全部收回的效果；(2)存在設(shè)備選型問題，只能依據(jù)設(shè)備現(xiàn)有工況進(jìn)行調(diào)整操作，設(shè)備更換條件并不理想，且在工藝路線選擇上也存在著一定的狀況；(3)技術(shù)人員的操作技能存在一定問題，操作規(guī)范性有待提高。

鑒于上述各項(xiàng)問題，企業(yè)對(duì)問題展開了針對(duì)性的優(yōu)化處理。在經(jīng)過一系列的改造與優(yōu)化升級(jí)之后，甲烷的控制量達(dá)到了預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了理想化的二氧化碳排放管控模式。

4 結(jié)語

鑒于甲烷氣體排放對(duì)于環(huán)境以及人體所造成的不良危害，在對(duì)低溫甲醇洗工藝進(jìn)行應(yīng)用過程中，需要加強(qiáng)對(duì)二氧化碳排放量中甲烷含量的控制力度。需要通過對(duì)工藝指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格管控以及進(jìn)行技術(shù)改造等方式，降低甲烷的實(shí)際含量，并要通過不斷完善工藝人員操作技能水平以及優(yōu)化工藝路線選擇等方式，對(duì)含量降低結(jié)果進(jìn)行不斷優(yōu)化，保證最終的排放氣體中的甲烷含量濃度能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠?yàn)樾袠I(yè)健康化發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)作出更大的貢獻(xiàn)。