两种低温甲醇洗工艺及操作对比

夏祖虎

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

0 引言

低温甲醇洗工艺利用H2、H2S、COS 和CO2等气体在低温甲醇中溶解度不同的特点来进行净化，国内外煤化工装置广泛运用的有鲁奇工艺及林德工艺。两种工艺技术有着气体净化度高，选择性好，溶剂损耗低等共同点，工艺流程及换热网络设计上略有不同，其操作及调整也相应存有差异[1]。

1 工艺原理

低温甲醇洗利用H2、H2S、COS 和CO2等气体在低温甲醇中溶解度的不同，用低温甲醇来吸收脱除变换气中的酸性气(H2S、CO2和COS 等),从而得到净化气，净化气中CO2含量低于20ppm(v/v)，总S 含量低于0.1ppm(v/v)。低温甲醇洗原料气与粗氢气组成对比如表1。

表1 低温甲醇洗原料气与粗氢气体积组成对比

2 工艺流程区别

鲁奇及林德低温甲醇洗主工艺流程类似，但在细节流程设计上各具特点。

(1)原料气冷却。鲁奇工艺原料气冷却流程为：常温的变换气经氨洗塔脱氨后经一级冷却至15℃左右，送至原料气分液罐，液相凝液出装置，气相与喷淋甲醇混合经二级冷却至-7℃去到吸收塔。林德工艺原料气冷却流程为：常温的变换气经氨洗塔脱氨后与喷淋甲醇混合经冷却至-10℃去到原料气分液罐，液相经换热器复热后去到甲醇水分离塔，气相去到吸收塔。

(2)中压闪蒸。鲁奇工艺中无硫甲醇及含硫甲醇分别去到中压闪蒸塔上塔及下塔，上塔与下塔的闪蒸气经再吸收塔底来的富H2S 甲醇吸收CO2后送至闪蒸气压缩机入口，经压缩后返回至原料气二级冷却器前，从而尽可能降低压缩机功耗。林德工艺未设置中压闪蒸塔，无硫甲醇及含硫甲醇分别经换热器冷却后去到中压闪蒸罐，两股闪蒸气汇合送至闪蒸气压缩机，经压缩后返回至原料气冷却器前。

(3)热再生部分。鲁奇工艺中，热再生塔分为热闪蒸段、气提段及水富集段。其中，热闪蒸段为独立容器，置于热再生塔顶部，经闪蒸后的富甲醇靠重力流至气提段，气提段设置积液箱，再生后的贫甲醇大部分从积液箱抽出经多级冷却后送至吸收塔，小部分的贫甲醇送至水富集段。对比鲁奇，林德工艺中热再生塔无热闪蒸段，H2S 富集塔塔底富甲醇经复热后送至热闪蒸罐，闪蒸后的富甲醇泵入热再生塔，再生后的贫甲醇送至甲醇收集罐，再经多级冷却后送至吸收塔，热再生塔底设置隔板，水富集段位于一侧。

(4)吸收溶剂。鲁奇工艺设置两股吸收剂，分别为贫甲醇及半贫甲醇，两股吸收剂分别抽出一小股作为喷淋甲醇，且互为备用。林德流程吸收剂仅贫甲醇，喷淋甲醇从多台贫/富甲醇换热器中贫甲醇侧常温部位抽出。

(5)克劳斯气系统。鲁奇工艺中，原料气经一级冷却后分液罐凝液外排，从而去除了部分NH3，循环系统中NH3累积量较少，因此克劳斯冷却器未设置副线。对比鲁奇，林德工艺中原料气分液罐中甲醇水溶液送至甲醇水分离塔，溶解的NH3在系统中富集，因此克劳斯气冷却器设置副线，目的是为了防止铵盐结晶。

(6)换热网络。传统鲁奇流程换热器为普通列管式换热器，由于换热量大，主回路换热器体积较为庞大。林德工艺使用多台专利设备—绕管换热器，可进行多股物料同时换热，其换热面积大、效率高、体积小、能耗低，较鲁奇换热流程有着不小的优势。近些年鲁奇流程也广泛使用绕管换热器，尽可能降低装置能耗[2]。

3 工艺操作说明

(1)控稳系统压力。气体在甲醇中溶解度随压力降低而降低，压力过低可能导致吸收塔塔顶净化气不合格；压力波动将引起各塔液位紊乱，若局部液位低联锁停泵，将导致甲醇循环中断，严重时造成装置停车。因此，为保证低温甲醇洗平稳运行，必须控稳系统压力。

(2)保证冷量供应。气体在甲醇中溶解度随温度升高而降低，若系统冷量供应不足，将导致酸性气体吸收不完全，吸收塔塔顶净化气不合格。为保证冷量供应，应密切关注制冷系统工作状况，并及时调整深冷器液位。

(3)维持甲醇循环。贫甲醇经多级冷却后去到吸收塔塔顶吸收酸性气体，溶解有酸性气体的富甲醇经中压闪蒸、低压闪蒸、氮气气提及热再生后再次成为吸收剂，形成闭环回路。维持甲醇循环是低温甲醇洗运行的首要条件，因此在操作中应密切关注甲醇泵尤其是高压贫甲醇泵的工作状况，若发现异常应及时切换备用泵运行，同时控稳各塔液位，避免液位低联锁停泵。

(4)确保再生效果。贫甲醇的质量将直接影响酸性气体的脱除效果。若贫甲醇中水含量超标，将导致甲醇吸收能力下降，系统负荷加不上去，同时会加剧CO2、H2S 等对设备及管道的腐蚀，产生固体杂质，使甲醇变脏，堵塞设备和管线，使系统工况恶化。若贫甲醇中氨含量超标，将生成硫氨，在吸收塔顶部分解造成净化气中硫化氢超标。因此，低温甲醇洗在操作过程中应关注贫甲醇采样分析数据，根据分析数据及时调整气提氮气量、热再生塔及甲醇水分离塔负荷，确保再生后的贫甲醇合格[3]。

4 工艺操作细节区别

(1)循环中断处理。鲁奇工艺中吸收剂有两路，贫甲醇及半贫甲醇，若半贫甲醇中断，可通过提高贫甲醇量来缓解，若贫甲醇中断，可通过降低负荷，提高半贫甲醇量短暂维持；林德工艺仅一路吸收剂，若贫甲醇中断将导致装置停车。

(2)热再生液位控制。鲁奇工艺热再生塔气提段设置积液箱，若热闪蒸段进料中断，积液箱从正常液位降至联锁停泵液位缓冲时间一般为5～7min，因此正常操作过程中，热再生塔气提段宜维持较高液位；林德工艺贫甲醇从热再生塔抽出后去到甲醇收集罐，收集罐从正常液位降至联锁停泵液位缓冲时间一般为25～30min，因此正常操作过程中，热再生塔无需维持高液位。

(3)喷淋甲醇中断处理。鲁奇工艺喷淋甲醇有两路，分别来自贫甲醇泵及半贫甲醇泵出口，若在用喷淋甲醇中断，可及时切换至备用线；林德工艺喷淋甲醇仅一路，来自贫甲醇泵出口，若非停泵导致喷淋甲醇中断而短期内无法投用，将导致装置停车。

(4)甲醇水分离塔腐蚀。鲁奇工艺原料气分液罐液相为酸性水，送出装置，甲醇水分离塔进料部分为热再生塔水富集段来的甲醇水溶液及尾气洗涤塔来的含CO2甲醇水溶液，塔壁及内件为均匀腐蚀；林德工艺甲醇水分离塔进料除与鲁奇工艺相同的两路进料以外，原料气分液罐底部液相组分也来到甲醇水分离塔，由于该股液相含H2S、HCN 等强腐蚀性介质，导致甲醇水分离塔长期运行后该股液相进塔管口处腐蚀穿孔，影响装置安全生产。

(5)系统氨氮累积。鲁奇工艺原料气分液罐外送的酸性水中已含部分氨氮，且热再生塔回流泵出口设置含氨甲醇外排线，因此循环甲醇中氨含量超标可能性不大；林德工艺中变换气中的氨氮组分全部进入循环系统，其热再生塔型式及操作条件有别于鲁奇工艺，通过蒸汽气提的方式将氨氮从克劳斯气中排出，若再生塔操作不当，克劳斯气换热器易发生铵盐结晶，系统氨氮累积量亦有超标可能[4]。

5 结语

低温甲醇洗技术为鲁奇及林德共同开发，两种工艺主体流程及操作原则一致，细节方面各有所长。鲁奇工艺设置两股吸收剂及喷淋甲醇，若甲醇中断尚有时间处理，避免非计划停工；原料气分液罐液相送出装置，热再生塔回流泵出口设置外排含氨甲醇管线，可有效避免氨氮累积；甲醇水分离塔操作安全，管口不会出现腐蚀穿孔风险。林德工艺广泛使用绕管换热器，系统换热网络更加合理，冷量消耗低；设置贫甲醇收集罐，缓冲时间长，便于控稳系统液位[5]。