低温甲醇洗系统冷量优化研究及应用

低温甲醇洗系统冷量优化研究及应用

王星

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350）

摘要：现阶段，随着我国综合国力的不断提升，国内的工艺水平也随之不断提升，低温甲醇洗工艺是一种成熟的气体净化技术，广泛应用于大型合成氨、煤制甲醇、羰基合成、工业制氢等煤化工、石油化工领域，是利用甲醇在低温下分步脱除工艺气中的硫化氢及二氧化碳气体。甲醇吸收CO2及H2S是一个放热过程，释放的热量需要通过闪蒸气及附加的氨冰机提供冷量等来维持系统冷量平衡。其冷量来源包括循环水冷却、富甲醇低压闪蒸解析CO2气体产生冷量和液氨（丙烯）降压闪蒸制冷等。

关键词：低温甲醇洗系统；冷量优化研究；应用

文章介绍了低温甲醇洗的工艺原理和流程，对低温甲醇洗系统的冷量来源与损耗进行说明，并简要介绍了平衡冷量的方法。针对装置运行中出现的冷量不平衡问题并且导致净化气不合格以及冰机超负荷问题进行了深入分析，并对现有工艺进行优化达到冷量的充分利用。

1低温甲醇洗的工艺简介

1.1原料气脱氨-脱氨塔

从前系统来的原料气进入到低温甲醇洗的原料气/合成气换热器和深冷器冷却到10左右，进入到氨洗涤塔脱氨。然后原料气再进入原料气最终冷却器冷却到-17°C左右。

1.2脱硫脱碳-吸收塔

-17°c左右的原料气进入吸收塔底部，在塔内用从顶部进入的低温甲醇经过四段逐步吸收，脱除原料气中的CO2和H2S.最终出吸收塔塔顶的净化气(总硫<0.1ppm、CO2约3%左右)经过多个换热器热交换回收冷量之后，被送往甲醇合成装置。

1.3有效气再生-中压闪蒸塔

甲醇在吸收塔中吸收CO2和H2S后，从吸收塔各段收液槽出来，经过氨冷器冷却后，被送到中压闪蒸塔上下两段分别闪蒸。在此，甲醇在中压下闪蒸，以去除部分氧化碳及溶解的有价值的氢气和一氧化碳以便回收利用。

1.4酸气浓缩-再吸收塔

出中压闪蒸塔的甲醇被氨冷器进一步冷却后进入再吸收塔，在此，一部分甲醇降压闪蒸出比较纯净的CO2再利用，另部分降压闪燕井经过N2气提出大部分的CO2和H2S,H2S经过冷甲醇再吸收，CO2和N2的混合气体成为尾气。

图2液相冷量回收示意

2低温甲醇洗系统的优化设计及应用

2.1取消粗脱系统以简化工艺流程

煤气中含微量的氨与羰基硫，这2种物质不容易再生，且在高温下聚合，低温下解析，使甲醇贫液质量变差，净化气指标超标。为此，取消了粗脱系统，减少了煤气中有害成分对甲醇质量的影响。

2.2增加换热器以加大冷量回收

变换气压力略高于净化气，若变换气和净化气换热器发生内漏现象,则导致变换气向净化气审气，导致出口净化气硫含量增加。富硫甲醇和贫甲醇换热器内漏,富硫甲醇进入贫甲醇中，也会造成净化气中硫含量增加，所以要增加换热器，利用原有设备，加大冷量回收。

2.2.1液相冷量回收

液相冷量回收示意图（新增换热器C-612020、C-612009和C-612022）如图2所示。

（1）利用二次吸收塔E-612061段出来的甲醇富液温度较低（-55℃）的特点，由原来直接送往Ⅱ段，改为先、后通过换热器C-612020和C-612009，与进CO2吸收塔E-61203的甲醇贫液和塔底循环液换热，再送往循环甲醇闪蒸塔E-612001（原粗煤气脱硫塔利旧）进行闪蒸，回收冷量，降低贫液和吸收液温度，提高同等循环量下CO2吸收塔的吸收能力。

（2）增加1台缠绕式换热器C-612022，闪蒸后的甲醇富液通过换热器C-612022，与脱硫塔、脱碳塔底部甲醇换热，再返回Ⅱ段进行氮气气提，进一步回收冷量。

2.2.2气相冷量回收

气相冷量回收示意图（二次吸收塔改造部分）如图3所示（粗线为新增部分）。

图3气相冷量回收示意（二次吸收塔改造部分）

（1）取消粗脱系统，减少了粗脱硫气带走的冷量。（2）将二次吸收塔E-61206出来的闪蒸气由原来的Ⅰ股改为Ⅲ股，分别送往排放气换热器C-61213、氮气冷却器C-61210和热再生塔冷却器C-612025（利旧），以便进一步回收冷量，降低能耗。同时，为了保证闪蒸效果，经核算后，将二次吸收塔E-61206内的三次塔盘改为了填料。

2.3回收CO2产品气以减少碳排放

由于现有装置CO2产品气产量较少，不能满足改造后气化系统输煤需求，故对现有CO2闪蒸塔和H2S闪蒸塔进行改造，使CO2气产能提高，以满足气化系统输煤需求，同时，降低消耗，减少碳排放。改造后，CO2产品气由原来的8000m3/h增加至16000m3/h。

2.3.1CO2闪蒸塔E-61204的改造

取消CO2闪蒸塔E-61204原Ⅳ段气提氮气，将CO2产品气由原来的仅第Ⅲ段采出，改为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段采出，从而增加了CO2产品气量。

2.3.2H2S闪蒸塔E-61205的改造

将H2S闪蒸塔E-61205Ⅱ段出来的闪蒸气改送至Ⅲ段，经CO2闪蒸塔过来的吸收液进行再次脱硫后，并作为产品气使用。

2.4增加闪蒸气压缩机以回收系统循环气

为了回收CO2闪蒸塔I段和H2S闪蒸塔I段的闪蒸气，新增了1台闪蒸气压缩机，将闪蒸气加压后，送至变换气入口处，进行回收利用。

3低温甲醇洗系统的全局分析

3.1再沸器带入系统的蒸汽的热量

在溶剂的再生过程中，为得到较为纯净的甲醇，溶解有酸性气的富甲醇在解吸出绝大部分溶解的CO2气后，最后需要借助蒸汽加热进行再生。再生塔再沸器提供的热量带来的焓增，最终需要通过补入系统的冷量予以平衡;同时，为尽量回收甲醇，系统还设有甲醇/水分离塔，通过蒸汽加热实现甲醇和水的分离，此甲醇/水分离塔再沸器提供的热量最终也需要通过补入系统的冷量予以平衡。

3.2热再生过程损失的冷量

如前所述，酸性气的溶解过程是放热过程，其解吸过程则为吸热过程，即释放冷量的过程。理论上，富甲醇解吸得到贫甲醇的过程所释放的冷量应该与溶解产生的热量平衡，但在实际流程设计中，为得到较高浓度的酸性气，并且在微正压下实现溶剂甲醇的再生，甲醇再生塔常采用蒸汽加热汽提的方式，这将导致甲醇最后解吸出残留的H2S、CO2气过程中释放的冷量无法被回收，而是在塔内直接被外供热量抵减，使得最终解吸过程中的冷量没有得到回收，这部分冷损需要外供冷量弥补。从整个装置考虑，这部分冷量的损失已经间接地包含于上述外供的热量中了。

3.3进出装置物料间的放热与吸热

在常规的换热器设计中，为保持一定的换热推动力，冷、热物流在换热器进出口位置至少需保持8～10℃的温差。若将低温甲醇洗系统作为一个整体来考虑，这种换热器要求的换热推动力———温差也就造成了进低温甲醇洗系统物料(变换气、低压氮气、脱盐水)的热量不能被出低温甲醇洗系统的物料(净化气、CO2、尾气、富H2S气以及废水)充分吸收，即可理解为有部分热量需要放出系统，而这部分隐含的放热需要外供冷量予以平衡。

3.4泵功率产生的焓升

低温甲醇洗系统内机泵所耗的电能将会带来流体焓值增加，这部分焓升经过在全系统的作用，最终需要外供冷量予以平衡。

结语

通过对低温甲醇洗系统二次吸收塔、硫化氢闪蒸塔和二氧化碳吸收塔等进行的一系列优化改造，进一步回收了系统冷量，提高了循环甲醇质量，降低了循环甲醇量，回收了CO2产品气，减少了碳排放，降低了系统消耗等，并为甲醇合成系统和气化输煤系统提供了合格的净化气和CO2产品气，满足了气化输煤系统和甲醇合成系统的需求，为后续系统生产合格的甲醇奠定了基础，为企业增加了效益。

参考文献

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