低温甲醇洗装置的优化

2023-01-14杨亮亮李慧鹏

氮肥与合成气 2022年1期

杨亮亮，李慧鹏，杨晶

(河南晋控天庆煤化工有限责任公司，河南沁阳 454500)

河南晋控天庆煤化工有限责任公司年产30万t合成氨、52万t尿素、副产5×108m3工业燃气(LNG)项目，配套低温甲醇洗装置。

1 低温甲醇洗

低温甲醇洗工段主要起到净化气体的作用，来自变换工段的粗煤气经过降温冷却后，在粗煤气分离器(S02)分离气体中携带的水、不饱和碳氢化合物等杂质，之后气体进入低温甲醇洗的脱硫塔和二氧化碳吸收塔，送往液氮洗工段。吸收完气体的甲醇溶液经过循环再生重新利用。热再生塔(T05)再生系统经再沸器再生加热，甲醇溶液中闪蒸出的硫化氢冷却后，在硫化氢气体分离器(S04)分离甲醇，经过复热送往硫回收工段，分离后的甲醇回收至回流槽(V01)。预洗系统包括共沸塔(T08)、甲醇水塔、萃取器(V02)，其中T08主要作用是将甲醇水中的油加热后从塔顶冷凝分离排出系统，甲醇水塔主要作用是将甲醇水分离回收甲醇蒸汽，产生的废水送往生化水处理。同时当变换气体中含有油类物质时，会在V02中将油类物质分离，送往石脑油储罐。

2 出现的问题及改造措施

2.1 SO4顶部出口气相管线堵塞

硫化氢富气又称酸性气，根据有关文献，氨和甲醇为极性物质，相似相容。在常温常压下，氨极易在甲醇中溶解，其在甲醇中的溶解度是硫化氢的10多倍、二氧化碳的60多倍[1]。S04顶部出口气相管线前后压差高，通过分析底部排出的甲醇得知，其中含有氨盐。氨与硫化氢在此处生成硫化铵，并随气体流动进入气相管道[2]。铵盐在此处聚集，导致酸性气排出不畅，系统憋压，影响正常运行。同时酸气分液罐液底部有“U”型弯，正常运行时罐中有一定的液位，起到水封的作用，防止V01中气体不经过换热直接串入外排酸性气中。

针对外排不畅，关闭热再生气冷却器(E012)的循环水，将E012出口气相温度控制在65 ℃，经过提温后，在S04顶部温度会上涨至0 ℃以上。短暂运行后，再将循环水恢复至正常运行开度，酸性气管线压差明显降低。酸性气分液罐在液位满时，发生虹吸效应，是导致酸性气压力周期性波动的原因。利用系统停车大修的机会，在酸性气分液罐排液管线最高点增加阀门。排气阀门投入使用后，保证酸性气分液罐液位始终保持稳定液位，有效避免酸性气压力波动，保证了后工段硫回收系统的稳定运行。

2.2 V01中甲醇的油含量高

随着低温甲醇洗系统长时间运行，变换气中携带的油类物质会通过预洗系统带入到V01中，当V01中甲醇的油含量较多时，会影响甲醇对二氧化碳和硫化氢的吸收，导致循环量过大、系统能耗增加、系统温度升高，同时甲醇消耗变大。为杜绝类似现象的发生，加入部分水，将甲醇中溶解的油类物质萃取分层，作为日常取样判断分析的依据。当甲醇中油类物质的体积分数超过三分之一时，通过V01底部导淋排至地下槽，最终排出系统；同时向系统中补充新鲜甲醇，保证其纯度。原设计中，V01底部的回流泵出口自调阀后有退液管线至预洗系统，实际运行过程中，由于压力不足无法将V01中的甲醇液送往V02，导致甲醇无法被再生利用，造成浪费。系统停车大修期间，将退液管线改至回流泵(P61306)出口阀前，解决了设计上的缺陷。

2.3 S02堵塞

来自变换的粗煤气在经过降温冷却后进入S02。因分离气体中携带水分等杂质，在实际运行过程中，当环境温度较低时，S02排液管线发生堵塞，分离出的物质无法正常送出系统。通过拆检、取样分析，该不明物质温度低于100 ℃时，由固态变为液态。为保证管线排液顺畅，在管线增加低压蒸汽伴热，同时做好保温。投入使用后，管线未再发生堵塞现象，降低了检修的频率。

2.4 系统水含量高

低温甲醇洗系统停车检修期间，管道设备内部用大量的水进行清洗，导致开车过程中系统水含量高。有关文献记载，当贫甲醇中水质量分数超过4%时，硫化氢在贫甲醇中溶解度大幅下降[3]。系统贫甲醇体积分数长期高于1.5%，无法有效降低，通过取样分析再沸器蒸汽冷凝液中的甲醇含量，发现T05再沸器和甲醇水塔(T09)再沸器发生泄漏。切换再沸器，将泄漏的再沸器切出系统后堵漏，最终成功降低了低温甲醇洗中的水含量，保证了生产稳定运行。

2.5 系统甲醇消耗高

实际运行过程中，进装置粗煤气体积流量为35万m3/h时，低温甲醇洗系统月度消耗甲醇量为150 t，消耗偏大。通过取样分析，外排二氧化碳产品气中携带甲醇体积分数为100×10-6，预洗闪蒸塔(T07)二段气体排往酸性气火炬管线，其中甲醇体积分数为200×10-6。为降低系统甲醇消耗，改变工艺操作。首先将T07二段的气体回收至T04二段，回收其中的甲醇，同时利用停车大修，对二氧化碳闪蒸段进行拆检，发现其中的降液管线脱落。将管线恢复后，二氧化碳中甲醇体积分数最低降至10×10-6。通过回收这两种气体中的甲醇，同样负荷的工况下，甲醇月度消耗量降低至110 t，有效控制了生产成本。同时通过增加尾气洗涤塔解决排放气运行过程中实际流量大于设计值的问题。洗涤塔的一侧预留检修场地以满足塔的吊装、塔板装卸，塔的人孔、手孔朝向检修。同时在设计塔的裙座高度充分考虑泵的汽蚀余量要求[4]。两个洗涤塔实现并联运行，降低了排放气中甲醇含量，进而降低了系统甲醇消耗。