低温甲醇洗尾气换热系统优化

2017-06-23徐立龙任静天华化工机械及自动化研究设计院有限公司甘肃兰州730060兰州石化职业技术学院甘肃兰州730060

化工管理 2017年16期

关键词：加热器工艺流程尾气

徐立龙任静(.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州 730060；.兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060)

低温甲醇洗尾气换热系统优化

徐立龙1任静2(1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州 730060；2.兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060)

介绍低温甲醇洗尾气换热系统，针对某厂尾气换热后温度过低，导致系统运行不稳定的问题，提出多种切实可行的解决方案，通过PROII和HTRI软件联合使用比较，得到最经济可行的方案。

低温甲醇洗；尾气；换热器

低温甲醇洗(Rectisol)工艺是由德国的林德公司(linde)和鲁奇公司(lurgi)在20世纪50年代共同开发的一种高效的气体净化工艺[1]，它是采用冷甲醇作为溶剂吸收原料气中的CO2、H2S等酸性气体，该工艺具有气体净化度高，选择性好，溶剂消耗少，能耗低等显著特点[2]。近年来，低温甲醇洗工艺在流程优化、节能降耗、降低投资、提高装置操作灵活性等方面都在不断的改进。

本文针对某工厂低温甲醇洗装置运行中尾气水洗塔进塔尾气温度过低的问题，在分析低温甲醇洗尾气循环换热系统的基础上，提出了多种解决方案，并寻求最佳解决方案。

1 低温甲醇洗尾气换热系统

某厂采用大连理工大学七塔工艺流程，其中气提二氧化碳解吸塔产生温度较低的尾气，为充分利用尾气所带冷量，将其分成三股，一股用来冷却来自液氮洗的气提氮，另两股用来冷却热再生塔塔顶酸性气，完成换热后的三股尾气混合后进入尾气水洗塔，用脱盐水洗涤回收尾气中夹带甲醇。(图1)

2 尾气换热系统存在问题及对策

2.1 运行问题分析

某厂经一段时间运行后，出现以下问题：现有的低温甲醇洗装置按设计工况进尾气水洗塔的尾气温度范围应为20～40℃，而经一段时间的稳定运行后，进尾气水洗塔的尾气实际温度较低，最低时可达-5℃，导致尾气水洗塔内结冰，分析其原因有以下几个方面：

(1)尾气加热器规格偏小，设计工况可将尾气加热至40℃左右，而实际运行过程中因换热量不够，导致几股尾气混合后温度偏低。(2)原设计来自液氮洗的气提氮温度为40℃，而现场实际供应的气提氮温度为18℃，从而使尾气经氮气冷却器后温度偏低。(3)在液氮洗分子筛再生过程中，进入系统的气提氮温度下降，持续时间约为2h，温度最低可降至-60℃以下，从而导致进入系统中的气提氮温度可降至-22℃左右，使氮气冷却器可为尾气提供的热量减少，换热器出口尾气温度过低，它与其它尾气直接混合，导致混合后尾气温度偏低。

2.2 处理方案

原工艺流程存在一定的瓶颈，为控制酸性气中甲醇夹带量，使甲醇彻底分离，需控制酸性气/尾气换热器出口酸性气温度[3-5]，在此基础上再保证进尾气水洗塔的尾气温度，使系统稳定运行。

在分析原工艺流程的基础上，提出以下方案：(1)不改变原工艺流程，在保证酸性气/尾气换热器出口酸性气温度的基础上，增大尾气加热器进口尾气量，使尾气温度提高。(2)不改变原工艺流程，加大尾气加热器规格，增大换热面积，使尾气加热器出口温度升高。(3)改变原工艺流程，把出气提二氧化碳解吸塔的尾气分成两股，一股与来自液氮洗的气提氮换热，一股与热再生塔顶酸性气换热，换热升温后的尾气混合后进入尾气加热器，经进一步加热升温后进尾气水洗塔。(图2)

2.3 方案分析

在考虑流程与控制的基础上，对提出的方案进行分析：

(1)尾气加热器规格较小，换热器所留裕度较低，增大换热器入口尾气量，极易造成尾气系统憋压，影响正常操作，也达不到提高尾气混合后温度的作用，此方案可予以排除。

图1 尾气循环换热流程图

(2)增大尾气加热器规格，可提高尾气混合后温度。但液氮洗分子筛再生的过程中，进入系统的氮气温度不断变化，引起混合后尾气温度相应变化，此时系统中应增加一自控阀，以调节尾气加热器入口尾气量，这种调节必然导致酸性气/尾气换热器出口酸性气温度随之变化，必须增加一连锁点，在整个分子筛再生的过程中，自控阀不断调节，导致系统运行的不稳定。

在增大尾气加热器规格而其它设备规格不变的前提下，使用PROII软件模拟某厂出现的尾气混合后温度过低问题，模拟后各控制点温度见表1。

表1 各控制点温度比较

相对某厂原设备，只改变尾气换热器规格，在保证进入气提二氧化碳解吸塔的气提氮温度、氮气冷却器规格不变的前提下，减少<2>的流量，增加<3>的流量，通过尾气加热器换热后可提高尾气混合后温度，依此通过PROII和HTRI软件联合计算可得到尾气加热器规格。

将增大后尾气加热器规格与原加热器规格做一比较：

表2 尾气加热器规格比较

(3)改变工艺流程，尾气先经酸性气/尾气换热器换热，由于尾气量的增加，可进一步降低酸性气中甲醇携带量，且换热器出口温度降低有利于换热器传热；在输入氮气温度变化的过程中，只需加一闸阀调节尾气加热器进口流量分配，即可调节尾气混合后温度，使尾气混合温度在一定范围内波动，而不影响系统的其它温度点。

在增大尾气加热器规格与方案<2>一致后，改变工艺流程，而其它设备规格不变的前提下，用PROII软件模拟尾气循环换热过程，各控制点温度见表3。

表3 方案3控制点温度比较

2.4 经济效益分析

方案2与方案3的比较见表4。

表4 方案比较

方案2需增大尾气加热器规格，增加一自控阀，此时尾气加热器出口酸性气量温度降低，可节约热再生塔塔顶冷凝器循环水用量；方案3需增大尾气加热器规格，增加一闸阀，此时尾气加热器入口温度为-11.69℃，出口温度为2.62℃，则尾气加热器管程材料可改用Q245R替代原有的09MnNiDR+0Cr18Ni10Ti，换热管可用20#钢替代原有的S30403，同时具有方案(2)节约循环水用量的特点，经济效益明显。