低温甲醇洗工艺分析

陈佳汇

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

低温甲醇洗工艺技术是煤化工生产中应用最为广泛的技术类型，该技术类型进行煤气化生产不但可以有效提升气体的净化度，同时具有选择性好、脱硫脱碳成果突出等优势。从技术实现角度上来看，划分为甲醇洗涤、富甲醇闪蒸再生、硫化氢浓缩以及甲醇水分分离等多个方面，特别的，尾气的处理环节以环保工作为核心，与甲醇洗工艺关系并不密切，但是会影响到生产的各个环节。为了进一步探讨鲁奇低温甲醇洗工艺技术的操作模式与装置改善策略，现就低温甲醇洗工艺技术的基本概念与相关内容进行分析。

1 低温甲醇洗工艺技术概述

低温甲醇洗工艺技术是现阶段煤化工生产中普遍的应用技术，根据工艺设备设置的特征进行分类，可以划分为鲁奇工艺、林德工艺两种类型。在生产过程中，无论是林德工艺还是鲁奇工艺，基本都包括了硫化氢浓缩、甲醇水分离、富甲醇闪蒸等基本环节，两者在原料气的洗涤与再生循环方面早期存在一定的差别。鲁奇工艺多采用中压洗涤模式，而林德工艺则采取传统洗涤模式。林德工艺中利用富硫化氢甲醇过滤设备进行过滤，同时添加原料气水分离器进行原料气的过滤，相比于鲁奇生产工艺具有一些特征。另外，鲁奇工艺主洗塔应用预洗甲醇的处理模式，林德则是采取贫甲醇由上到下进行原料气洗涤的工艺。林德工艺当中再生精甲醇会作为循环用料进行换热处理，鲁奇工艺则采取90℃精甲醇循环给料的模式，不需要进行循环水换热器的专门设置。在实际应用过程中，两种低温甲醇洗工艺技术在实际生产工艺条件差别不大，但是在冷量供应、工艺冷损以及含水率等方面还是存在不小的差异。在具体应用过程中，具有投资成本低、应用难度小等优势，借助于该优势进行技术升级能够满足低温甲醇洗工艺技术基本需求，同时获得显著的经济效益。得益于近几年煤化工产业的高速发展，低温甲醇洗工艺技术不断完善，鲁奇和林德的工艺发展至今已经大同小异。

2 鲁奇低温甲醇洗工艺原理与工艺流程特征

在低温甲醇洗工艺技术应用过程中，安装净化装置的主要目的是去除掉大量的酸性气体，该过程本身属于物理过程，其原理以亨利定律和拉乌尔定律为基础，采取甲醇作为吸收剂，低温高压下吸收，高温低压下解吸。在本案例中，选择设计温度为-56℃，此时甲醇具有溶解大量酸性气体的能力，针对二氧化碳、硫化氢等酸性气体具有良好的溶解选择性。吸收过程需要涉及多个控制因素关系，包括温度、压力以及甲醇循环流量等。在该生产过程中，富甲醇会经过闪蒸与气提工艺获取冷量，随后由其提供主要冷却作用，同时配套的丙烯制冷设备给系统提供外来冷量以维持系统温度在设计温度范围内。闪蒸气经过循环压缩后达到循环损耗量控制的效果，同时可以持续循环到吸收塔内部，保持损耗量得到合理性控制。甲醇的水分分离机构则主要用于解决甲醇循环过程中的水平衡问题。尾气洗涤设备采用尾气洗涤处理的方式来控制尾气中的甲醇损耗量，将其控制在最低限度的损耗同时满足尾气排放的环保要求。

在生产过程中，装置低温甲醇洗工艺技术需要满足吸收塔脱硫、脱碳的技术要求。吸收塔从上而下被分为脱碳段、脱硫段以及预洗段，变换气经过氨洗塔洗涤与二氧化碳、尾气、粗氢等换热后进入变换气吸收塔的预洗段，脱除HCN等微量组分，预洗后甲醇离开吸收塔底去闪蒸再生。预洗后的变换气进入吸收塔脱硫段，经过富载CO2甲醇洗涤，脱除H2S、COS，洗涤后的富载H2S甲醇经过闪蒸、汽提、加热达到循环再生的效果，再生后的贫甲醇则可以经过循环流量泵加压处理的方式进入吸收塔当中，达到循环控制的要求。脱硫后变换气进入吸收塔脱碳段，在此段变换气中CO2含量被闪蒸冷甲醇、热再生冷甲醇洗涤降低，在洗涤吸收过程中，甲醇被吸收热加热，温度显著升高，因此甲醇在吸收塔由上向下洗涤过程中，从中抽出经过换热冷却后回到吸收塔继续吸收CO2。洗涤后的富载CO2甲醇经过闪蒸后由循环泵加压送回吸收塔进行主洗甲醇循环。

3 鲁奇低温甲醇洗工艺操作要点与装置改善策略

3.1 鲁奇低温甲醇洗工艺操作要点

（1）温度

温度是热（冷）平衡和物料平衡的主要因素，是决定吸收效果和净化气质量主要操作参数。酸性气体在甲醇中的溶解度随着温度降低而增大，尤其是从-30℃降到-60℃以下时，溶解度急剧增加。在系统内部匹配专用丙烯制冷设备来满足冷量的需要，通过尾气闪蒸处理技术来满足操作温度的实际控制要求。综合工艺过程，涉及到甲醇循环温度的因素包括丙烯冷冻系统、气提氮气流量以及甲醇循环流量等。

（2）压力

压力的平稳与否直接影响到净化气的质量、系统的热（冷）平衡和物料平衡，甚至威胁到装置的安全生产。在操作中压力不能作为日常调节产品质量的手段，应保持恒定为好。在对塔压进行调节时，要进行全面而周密的分析，尽力找出影响塔压的主要因素进行准确而合理的调节，使操作平稳，当需要借助塔顶容器的排气阀来调节塔压时要缓慢进行，不要猛开猛关，也不要随便改变控制的给定值，以免造成大幅度的液位波动或冲塔事故。

（3）液位

液位是系统物料平衡操作的集中表现，各塔液位的高低将不同程度地影响产品质量及操作平衡及甲醇泵运转，所以平衡好各塔液位尤为重要。

3.2 鲁奇低温甲醇洗工艺控制目标与改进方向

贫甲醇的再生效果直接关系到甲醇的吸收能力、产品气的质量以及设备腐蚀等问题，所以贫甲醇的再生效果在实际生产过程中是极其重要的工艺控制目标。贫甲醇当中水含量是生产控制的重要技术指标，该指标影响系统生产的多个环节。一般来说，鲁奇低温甲醇洗工艺过程中要求系统的含水量控制在1%以内。一旦出现含水量较高的情况，不但会严重影响甲醇的吸收效果，同时也容易构成腐蚀环境，对设备造成严重的腐蚀影响。为了保证甲醇的再生质量，热再生系统的压力、温度、顶回流需根据装置负荷以及样品分析数据及时调整，同时利用甲醇水分离塔实现水分离控制，做好溶液系统内部的水平衡管理。在进行贫甲醇含水量的控制时，需要做好贫甲醇总硫含量的控制与管理工作。此外还需注意NH3在系统中的累积，过多的NH3累积将导致热再生塔主汽提段中汽提H2S的甲醇蒸汽无法在顶部将NH3汽提出来，NH3最终将在热再生甲醇中以（NH4）2S的形式存在。这些氨的硫化物会随着贫甲醇进入吸收塔顶部，在此分解再次释放H2S导致净化气质量不合格。热再生塔顶气相系统中高浓度的氨还会堵塞冷换设备，一般要求热再生塔的回流罐当中NH3含量为5～10g/L，再生甲醇中的NH3含量应低于20mg/L，出工段的克劳斯酸性气中硫化氢含量应该不低于30%。结合目前的工况，虽然低温甲醇洗能基本满足生产需求，但也存在克劳斯气中的硫化氢含量时常偏低、含氨甲醇外排导致甲醇损耗量大等问题，所以如何优化工艺流程及操作提浓克劳斯气、有效改善甲醇损耗将是未来的研究方向。

4 结语

综上所述，鲁奇低温甲醇洗工艺能够很好地满足煤气化生产的实际需求，通过技术工艺对比，该生产模式在工艺稳定性、投资回报比率方面都具有不错的优势，通过明确鲁奇低温甲醇洗工艺操作的流程以及控制目标，做好工艺改进管理工作，可以显著提升鲁奇低温甲醇洗工艺的应用效果与整体效益，为促进行业稳定高速发展创造良好的条件。