浅谈低温甲醇洗工艺甲醇循环量不足的影响及处理措施

谢计广

摘 要：低温甲醇洗是以冷甲醇为原料剂，利用低温下甲醇液体与酸性气体相溶的特性，进而脱除原料气中的酸性气体。低温甲醇洗装置在运行过程中，由于甲醇循环量不足的情况极易导致装置停转、负荷增大，如果采取单一切入式的检修方法，对装置的完整性将造成严重损害。因此，本文将针对低温甲醇洗工艺流程中甲醇循环量不足对装置造成的影响，围绕采取的有效处理措施展开论述。

关键词：低温甲醇洗；甲醇循环量不足；影响；处理措施

煤制氢装置的工作原理是：生产出的合成气经CO变换、酸性气脱除以及变压吸附氢气提纯等组合工艺产出合格氢气。而酸性气脱除则采用林德低温甲醇洗工艺，由于该装置运行时间较长，导致甲醇换热器阻塞，甲醇的循环量出现严重不足的情况，对气体产出量造成严重影响。因此，必须采取有效措施，解决这一问题，确保低温甲醇洗装置能够恢复正常的运行状态。

一、甲醇循环量不足对工艺流程的影响

低温甲醇洗装置的反应过程属于物理现象，主要借助于吸收剂甲醇除去变换气中的酸性气体，当装置内部反应温度达到-51.45℃时，甲醇溶液能够快速溶解变换气中的COS、CO2、H2S酸性气体，在溶解过程中，受到甲醇溶液浓度以及装置内部温度与压力的影响，溶解速度也有所不同。富甲醇经过快速蒸发与气提再生过程，向装置内供应足够的冷量，然后闪蒸气完成循环压缩，进入到吸收塔当中，这期间，额外的损耗量达到最低值。甲醇水分离塔始终控制甲醇循环过程，并保持水平衡，这时，尾气洗涤塔将尾气中的甲醇消耗量降到最低。最后变换气中氨含量达到最小值，其中的酸性气体流经硫磺回收装置，被深度净化，进而提取出可用的硫磺产品。

如果在正常工况下，甲醇换热器的最高通量达到360t/h，当甲醇供给量无限增加，由于最高能量远小于设计最大流量值450t/h，因此甲醇的循环装置将无法正常运行，甲醇溶液也无法通过[1]。这时，甲醇的最大循环量只能满足装置78%的承受荷载，当外界荷载继续增大时，甲醇循环量就会出现严重不足的情况，变换气中的二氧化碳气体净化不完全，不符合CO2≤2%的设计标准，如果不采取处理措施，超标的CO2气体就会使甲醇吸附剂失去活性，而低温甲醇洗装置只能在低负荷下保持正常的运行状态，因此，必须进一步优化甲醇洗工艺，采取有效的处理措施对装置进行升级改造。

二、甲醇循环量不足的处理措施

（一）提压增压，提升甲醇循环量

导致甲醇循环量不足的原因主要是由于甲醇循环流通路径受阻，而受阻位置常常出现在热再生塔与甲醇存储罐之间，如果提高热再生塔的压力值，从0.20Mpa提升至0.24Mpa，就可以解决甲醇循环流通受阻的情况。因为热再生塔压力值升高，甲醇在单位时间内的循环量就会增大，当压力值达到0.24Mpa时，甲醇的最大循环量提升至345t/h，此时，变换气中的CO2含量就会降低。变换气中CO2气体含量与甲醇循环量比对数值如表1所示，二者含量的比对曲线如图1所示。

由图1可以看出，当提升热再生塔压力值以后，甲醇循环量提高，对最终产品的指标产生较大影响，变换气中的CO2含量明显降低，低温甲醇洗装置的承受荷载显著提高。但是，这种提压的方法也存在一定缺陷，在压力值升高过程中，位于热再生塔底部的贫甲醇温度值也会随之升高，贫甲醇泵的气蚀危险系数也会大幅提升。在这一过程中，位于塔顶的酸性气体温度值逐渐升高，甲醇蒸气量增大，而造成甲醇损失量过大，基于此，这种方法只适用于一些特殊的工况条件，具有一定局限性。

（二）降低吸收温度，增大酸性气体溶解度

在低温甲醇洗装置运行过程中，甲醇溶液吸收温度越低，酸性气体的脱除速度就越快，在压力值一定的情况下，系统的吸收温度与变换气的要求具有较大的关联度，其中对吸收效率造成影响的因素主要包括：系统内原料气温度值与焓值；甲醇吸收溶液自身的温度以及外界气候条件等。正常情况下，低温甲醇洗装置的内部温度值为-51℃，如果将该温度降低至-57℃，变化气中的CO2气体的吸收率就会随之增加。变换气CO2含量与甲醇温度的数值比对如表2所示，二者间的数值比对曲线如图2所示。

由图2可以看出，随着甲醇溶液的循环温度的降低，变换气中的CO2含量也随之降低，溶解速度较快。降低温度系统温度可以采取以下工艺措施，第一是降低入吸收塔的变换气温度、第二是降低贫甲醇的温度、第三是增加富甲醇的解析制冷[2]。在富甲醇解析制冷環节，主要是将低温洗装置中的酸性气送达到硫化氢浓缩塔以及气提塔中进行再生，在这一过程中，提升解吸量，增加解吸冷量，可以降低硫化氢浓缩塔内的压力值，从原来的0.60Mpa降到0.55Mpa，进而使富甲醇产生更多的冷量。此外，也可以增大进入硫化氢浓缩塔与气提塔的氮气含量，降温原理与上一种方法相同。但是，采用这种制冷方法，必须保证在标准设计值范围内，以免造成工况波动情况，而出现系统内气液不均衡现象，影响净化质量。

（三）降低甲醇溶液含水量，提升甲醇溶液纯度

由于低温甲醇洗装置标准的控水量≤1%，如果装置中甲醇溶液的水含量升高，就会直接影响净化效果，变换气中的CO2等气体就不能充分溶解，同时，装置内部的水分越高，就会加速设备的腐蚀速度，给低温甲醇洗装置的使用寿命造成诸多负面影响。甲醇溶液中的水分来源主要是变换气中水分、甲醇循环溶液水以及除盐水，针对水分来源，可以采取两种方法，去除系统中的多余水分，提高甲醇溶液的纯度。其一是定期检查机封冷却器以及各个水冷器的运行状态，如果在检查过程中发现内漏情况，必须及时予以处理。其二是增大甲醇脱水塔的负荷量，利用脱水装置控制系统内的水平衡，以达到提纯的目的。

结束语：

应对甲醇循环量不足对系统正常工作状况造成的影响，除了以上方法还可以采取提升系统吸收压力的方法，随着低温甲醇洗工艺的日渐纯熟，广大技术人员也不断探寻新方法，吸取经验教训，逐步探索总结出诸多应对措施，为工业生产提供了纯度更高、质量更好的气体原料。

参考文献：

[1]栾永超.低温甲醇洗工艺甲醇循环量不足的影响及处理措施[J].广州化工，2015（10）：154-156.

[2]晋妍.低温甲醇洗技术及其在煤化工中的应用[J].山东工业技术，2019（16）：67.