低温甲醇洗系统冷量分配改造总结

汪 丽 程远见 刘彩洪

(兖矿国宏化工有限责任公司 山东邹城273512)

低温甲醇洗系统冷量分配改造总结

汪 丽 程远见 刘彩洪

(兖矿国宏化工有限责任公司 山东邹城273512)

兖矿国宏化工有限责任公司(以下简称国宏公司)500kt/a甲醇装置酸性气脱除系统采用了鲁奇公司低温甲醇洗工艺。该工艺设计理念比较成熟，自低温甲醇洗系统投入使用以来运行一直比较稳定，但在很多细节方面设计仍有所欠缺:系统的冷量分配不合理，造成了冷量的浪费，增加了消耗;同时，由于冷量分配重心偏离严重，导致系统在没有得到外界冷量补充的情况下，无法进行长时间的甲醇溶液循环，严重影响了系统切气后的甲醇再生效果。

1 低温甲醇洗系统冷量分配

在低温甲醇洗系统中，CO2尾气从洗涤液中解析时会吸收大量热量，用作系统制冷热源，此过程主要在中压闪蒸塔和低压闪蒸塔中进行。低温甲醇洗系统工艺流程见图1。

1.1 中压闪蒸塔冷量分配

由于中压闪蒸塔的闪蒸能力有限，且只是为了回收CO和H2，故此过程产生的冷量很少。中压闪蒸塔的液相冷量被直接带入低压闪蒸塔，气相冷量进入变换气冷却器，冷量被变换气吸收，闪蒸气温度由－22℃提高至25℃，完成冷量回收。

1.2 低压闪蒸塔冷量分配

中压闪蒸塔的液相进入低压闪蒸塔后，在低压闪蒸塔的一段至四段分别闪蒸，为了产生更多的冷量，采取了降压、汽提等措施。

图1 低温甲醇洗系统工艺流程

1.2.1 气相冷量分配

17000m3/h(标态)一段尾气进入变换气冷却器后，冷量被变换气吸收，温度由－49℃升高至4℃。16000m3/h(标态)二段尾气先进入热闪气换热器，冷量被热闪气所吸收，温度升高至－18℃，然后进入丙烯过冷器，冷量被丙烯吸收，温度由 －55℃升高至15℃。41000m3/h(标态)三段尾气分成2路:第1路进入氮气冷却器，冷量被汽提氮气吸收，温度由 －60℃升高至25℃;第2路先进入克劳斯气冷却器，冷量被克劳斯气吸收，温度由－60℃升高至－18℃，然后与二段尾气混合进入丙烯过冷器，冷量被丙烯吸收，温度由－55℃升高至15℃。四段尾气随汽提氮气直接进入低压闪蒸塔三段，与三段尾气混合，二段尾气与三段尾气之间有联通阀，用来调节冷量分配;最终所有尾气进入尾气洗涤塔，设计混合温度为7.4℃，除掉甲醇后放空。

1.2.2 液相冷量分配

低压闪蒸塔三段的富硫甲醇经过闪蒸后进入小型贫富甲醇换热器，冷量被来自于热再生塔的贫甲醇吸收，温度由－58℃升高至－45℃，最后进入低压闪蒸塔四段;低压闪蒸塔四段的富硫甲醇经过闪蒸后，进入再洗甲醇冷却器，冷量被来自于中压闪蒸塔一段的富碳甲醇吸收，温度由－63℃提高至－52℃，再进入中间甲醇冷却器，冷量被来自于主洗塔二段的富碳甲醇吸收，温度由－52℃升高至－44℃;然后进入大型贫富甲醇换热器，冷量被来自于热再生塔的贫甲醇吸收，富硫甲醇温度由－44℃升高至85℃，最后进入热再生塔。

2 存在的问题分析

(1)国宏公司所在地四季分明，冬、夏季温差达40℃以上，而尾气洗涤塔没有设计保温，因此，尾气混合温度会随着外界环境温度变化上下浮动。据统计数据，尾气混合温度最低－4.6℃、最高29.3℃，与设计温度(7.4℃)有较大差距。另外，前系统进行负荷调整时，会对尾气气量产生较大影响，但不会引起尾气温度大幅波动。

尾气洗涤塔的洗涤液为水，压力为常压，当尾气温度低于0℃时，极易引起塔盘和管道被冰堵塞，甚至冻坏设备。为此，临时向混合尾气内通入0.35MPa低压蒸汽，使其保持在5℃左右。虽然维持了系统的正常运行，但消耗了大量的蒸汽，增加了生产成本;当蒸汽管网波动时，尾气温度还会随之波动，使系统存在很大的隐患。2011年1月，因热电车间锅炉爆管，全厂停蒸汽，系统紧急停车，虽前系统已切气，但甲醇中仍然存在大量的CO2和H2S等尚未闪蒸，尾气混合温度迅速降至－4.3℃，导致塔盘和部分填料冻裂，造成了巨大的损失。

(2)热再生塔中完成再生的甲醇首先进入大型贫富甲醇换热器，吸收低压闪蒸塔四段富硫甲醇的冷量，温度由98.5℃降至－35.7℃，然后进入小型贫富甲醇换热器，吸收低压闪蒸塔三段富硫甲醇的冷量，温度由－35.7℃降至－50.4℃，最后进入主洗塔，成为工艺气的吸收剂，贫甲醇在主洗塔的冷量损失靠丙烯冷冻站提供的冷量弥补。在此过程中，贫甲醇的冷量来源只有低压闪蒸塔的液相冷量和丙烯制冷2个途径，而低压闪蒸塔的液相冷量来自于富甲醇的闪蒸，在系统切气的情况下，低压闪蒸塔将不能提供任何冷量。低温甲醇洗系统若要维持溶液循环，必须开启丙烯冷冻站，以抵消溶液循环和热再生所带来的热量，造成了巨大的浪费。另一方面，在丙烯冷冻站无法运行的情况下，前系统也会随之切气，低温甲醇洗系统将得不到任何冷量，溶液循环和热再生所带来的热量无法被抵消，导致系统温度持续升高，最终达到各机泵的跳车值，被迫停止溶液循环，使得甲醇无法再生。改造前、后系统切气且丙烯冷冻站无法开启时，进主洗塔贫甲醇温度变化数据统计见表1。

进主洗塔贫甲醇温度达到61.2℃时，贫甲醇泵轴承温度已达71℃，接近联锁跳车值(75℃)，紧急停止溶液循环。由表1可以看出，在没有外界冷量补充的情况下，热再生时间只坚持了141min，无法满足正常热再生要求。

3 改造措施

(1)在气相冷量的分配过程中，低压闪蒸塔一段尾气的最终温度为4℃，该温度低于尾气混合温度，还有很大的使用空间。因此，在出热再生塔贫甲醇管线上新增1台贫甲醇冷却器，将低压闪蒸塔一段的部分尾气引入该冷却器，为贫甲醇提供冷量。为了便于控制尾气温度，在一、二段尾气之间增加了联通管线，各段尾气量可以自由调配(图1虚线所示)。改造后，尾气混合温度最低11℃、最高39℃，冬季无需再补充热量。另一方面，尾气混合温度越低，越有助于减少尾气中甲醇的雾沫夹带。目前，因尾气温度提高，可加大洗涤水的循环量，还可以保证尾气甲醇的正常回收。

表1 改造前后、系统切气且丙烯冷冻站无法开启时，进主洗塔贫甲醇温度变化数据统计

(2)在热再生塔中完成再生的贫甲醇只能靠低压闪蒸塔的液相冷量和丙烯制冷来降低温度，远远不能满足生产的需要。在出热再生塔贫甲醇管线上新增的贫甲醇冷却器可将汽提氮气通过各段联通管线引入，与贫甲醇换热，即使前系统切气，在没有其他外界冷量补充的情况下，可将进主洗塔的贫甲醇温度维持在50℃左右。但这需要消耗大量的氮气，不仅成本高，而且前系统出现问题时往往没有足够的氮气可以使用。

改进措施:新增贫甲醇冷却器的进、出口尾气管线分别与循环水的上、回水管线相连。正常生产时，循环水被切出，低压闪蒸塔的尾气进新增贫甲醇冷却器;系统切气且丙烯冷冻站无法运行时，将进、出新增贫甲醇冷却器的尾气管线切出，投入循环水，以保持系统溶液循环的正常运行(图1虚线所示)。由表1可看出，改造后，进主洗塔的贫甲醇温度最终稳定在40℃左右，贫甲醇泵轴承温度保持在约61℃，完全能满足生产的需要。

2014-01-06)