低溫甲醇洗系統(tǒng)的優(yōu)化改造
周 光*
（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司天溪煤制油分公司，山西晉城048009）
摘要：在晉煤集團天溪煤制油分公司實施造氣工藝技術改造項目后，氣化送出的煤氣壓力由原來的0.5 M Pa增加為3.7 M Pa，有效氣成分(CO+H2)由原來的60%提升至90%。為適應原料氣參數(shù)的變化，對低溫甲醇洗系統(tǒng)進行了配套的優(yōu)化改造。本次改造充分利用了現(xiàn)有裝置，達到了節(jié)省投資的目的，同時回收了系統(tǒng)冷量，提高了循環(huán)甲醇質量，降低了系統(tǒng)消耗，保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和長周期運行。
關鍵詞：低溫甲醇洗系統(tǒng)；優(yōu)化；冷量回收；天溪煤制油分公司
中圖分類號：TQ546.5 文章編號：0253 - 4320( 2016) 03 - 0147 - 03
DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 03. 037
低溫甲醇洗是20世紀50年代初德國林德公司和魯奇公司聯(lián)合開發(fā)的一種氣體凈化工藝。該工藝依據(jù)低溫狀態(tài)下的甲醇具有對H2S和CO2等酸性氣體的溶解吸收性大，而對H2和CO溶解吸收性小的這種選擇性，來脫除粗變換氣中的H2S和CO2等酸性氣體，從而達到凈化粗變換氣的目的。此工藝大多應用于煤化工等氣體凈化單元，在工業(yè)上使用較多的工藝有魯奇工藝、林德工藝和大連理工工藝。
晉煤集團天溪煤制油分公司10萬t/a合成油示范工程配套的凈化系統(tǒng)采用低溫甲醇洗工藝，其目的是將原料粗煤氣和變換氣中的CO2、H2S、有機硫及其他微量雜質脫除干凈，為后續(xù)工序提供合格的甲醇合成原料氣，并為克勞斯硫回收提供H2S以及為氣化爐提供吹煤CO2。
2014年，晉煤集團天溪煤制油分公司實施造氣工藝技術改造項目，采用先進的HT -L航天爐粉煤加壓氣化技術替代原有灰熔聚粉煤加壓氣化技術。改造后，氣化送出的煤氣壓力由原來的0.5 M Pa增加為3.7 M Pa，凈化氣氣量由66 000 m3／h增至105 000 m3／h，有效氣成分( CO +H2)由原來的60%提升至90%，為適應原料氣參數(shù)的變化，低溫甲醇洗系統(tǒng)進行了相應的配套裝置改造和系統(tǒng)優(yōu)化。
1低溫甲醇洗系統(tǒng)改造前狀況
低溫甲醇洗系統(tǒng)改造前，氣化送出的煤氣先進入低溫甲醇洗系統(tǒng)進行粗脫硫，后送變換崗位，經(jīng)變換調整煤氣氫碳比后，再送回低溫甲醇洗系統(tǒng)進行精脫硫和脫碳。煤氣中攜帶的水、有機硫、油、氨和粉塵等雜質被甲醇洗滌后留存在系統(tǒng)中，造成系統(tǒng)內甲醇質量下降，嚴重時系統(tǒng)中甲醇甚至為墨黑色，出口氣體指標嚴重超標，設備腐蝕泄漏，嚴重影響系統(tǒng)洗滌效果和工藝穩(wěn)定運行。為解決甲醇臟的問題，甚至需要利用甲醇精餾裝置對低甲甲醇進行再生，浪費大量人力、物力和財力。
2低溫甲醇洗系統(tǒng)的優(yōu)化設計
2.1取消粗脫系統(tǒng)，簡化工藝流程
煤氣中含微量的氨與羰基硫，這2種物質不容易再生，且在高溫下聚合，低溫下解析，使甲醇貧液質量變差，凈化氣指標超標。為此，本次改造取消了粗脫系統(tǒng)，減少了煤氣中有害成分對甲醇質量的影響。
2.2增加換熱器，利用原有設備，加大冷量回收
2.2.1 液相冷量回收
利用二次吸收塔E -61206 -段出來的甲醇富液溫度較低（- 55℃）的特點，由原來直接送往二段，改為先、后通過換熱器C -612020和C-612009，與進CO2吸收塔E-61203的甲醇貧液和塔底循環(huán)液換熱，再送往循環(huán)甲醇閃蒸塔E -612001（原粗煤氣脫硫塔利舊）進行閃蒸，回收冷量，降低貧液和吸收液溫度，提高同等循環(huán)量下CO2吸收塔的吸收能力。
增加1臺纏繞式換熱器C -612022，閃蒸后的甲醇富液通過換熱器C -612022與脫硫塔、脫碳塔底部甲醇換熱，再返回二段進行氮氣氣提，進一步回收冷量。液相冷量回收示意見圖1。
2.2.2 氣相冷量回收
取消粗脫系統(tǒng)，減少了粗脫硫氣帶走的冷量。將二次吸收塔E -61206出來的閃蒸氣由原來的1股改為3股，分別送往排放氣換熱器C -61213、氮氣冷卻器C -61210和熱再生塔冷卻器C-612025（利舊），以便進一步回收冷量，降低能耗。同時，為了保證閃蒸效果，經(jīng)核算后，將二次吸收塔E -61206內的三次塔盤改為了填料。二次吸收塔改造部分氣相冷量回收示意見圖2。
2.3 回收CO2產(chǎn)品氣，減少碳排放
由于現(xiàn)有裝置CO2產(chǎn)品氣產(chǎn)量較少，不能滿足改造后氣化系統(tǒng)輸煤需求，對現(xiàn)有CO2閃蒸塔和H2S閃蒸塔進行改造，使二氧化碳氣產(chǎn)能提高，以滿足氣化系統(tǒng)輸煤需求，同時，降低消耗，減少碳排放。改造后，CO2產(chǎn)品氣由原來的8 000m3／h增加至16 000 m3／h。
2.3.1CO2閃蒸塔E-61204的改造
取消CO2閃蒸塔E-61204原Ⅳ段氣提氮氣，將CO2產(chǎn)品氣由原來的僅第三段采出，改為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段采出，增加了CO2產(chǎn)品氣量。
2.3.2H2S閃蒸塔E-61205的改造
將H2S閃蒸塔E-61205Ⅱ段出來的閃蒸氣改送至Ⅲ段，經(jīng)CO2閃蒸塔過來的吸收液進行再次脫硫后，當產(chǎn)品氣使用。圖3為CO2閃蒸塔和H2S閃蒸塔改造示意。
2.4增加閃蒸氣壓縮機，回收系統(tǒng)循環(huán)氣
為了回收CO2閃蒸塔I段和H2S閃蒸塔I段的閃蒸氣，新增了1臺閃蒸氣壓縮機，將閃蒸氣加壓后，送至變換氣人口處，進行回收利用。圖4為新增閃蒸氣壓縮機示意。
3結果與討論
通過本次優(yōu)化設計，低溫甲醇洗系統(tǒng)實現(xiàn)了長周期、滿負荷穩(wěn)定運行。
3.1 甲醇循環(huán)量
表1為低溫甲醇洗系統(tǒng)改造前后，100%負荷甲醇循環(huán)量對比數(shù)據(jù)。通過表1可以看出，低溫甲醇洗系統(tǒng)改造后，甲醇循環(huán)量得到了大幅的下降，貧液量由改造前的530m3／h下降至371m3／h，節(jié)省了大量的動力消耗。
3.2系統(tǒng)溫度
表2為低溫甲醇洗系統(tǒng)改造前后，100%負荷系統(tǒng)溫度對比數(shù)據(jù)。通過表2可以看出，在對系統(tǒng)冷量進行重新平衡后，甲醇貧液的溫度降低了15℃左右，提高了冷量回收率的同時，也提高了單位甲醇吸收率。
3.3物料消耗
表3為低溫甲醇洗系統(tǒng)改造前后，100%負荷物料消耗對比數(shù)據(jù)。通過表3可以看出，本次低溫甲醇洗系統(tǒng)改造后，由于處理氣量的增加，由氣相帶出的甲醇也增多了，因此甲醇消耗增加；但未對循環(huán)水冷卻進行調整，因此循環(huán)水量不變；由于改造后的系統(tǒng)循環(huán)量降低，因此系統(tǒng)的動力消耗及電量消耗得到大幅度降低。而且由于系統(tǒng)冷量的回收，取消了2臺氨冷器，液氨的消耗也相應降低。
改造后，低甲系統(tǒng)由原來的二步脫硫法改為了一步脫硫法，取消了粗脫系統(tǒng)，簡化了工藝流程，對系統(tǒng)冷、熱平衡重新進行了計算，新增2臺換熱器（C - 612020、C-612022），并將1臺氨冷器(C-61209A)更換為換熱器（C-612009），進一步回收了 系統(tǒng)冷量，降低了甲醇循環(huán)量，新增1臺閃蒸汽壓縮機(K -612001)，回收系統(tǒng)循環(huán)氣，將系統(tǒng)處理氣量由原來的103 000 m3／h提升至145 000 m3／h，增加和更改了CO2產(chǎn)品氣采出位置，進一步滿足了氣化輸煤純度和用量要求，同時在二次吸收塔E -61206下部增加氮氣氣提管線，適當調節(jié)酸性氣濃度。通過本次低溫甲醇洗系統(tǒng)優(yōu)化改造，提升了系統(tǒng)凈化能力，降低了系統(tǒng)能耗，節(jié)約了系統(tǒng)運行成本。
天溪公司低溫甲醇洗系統(tǒng)自2014年10月試開車至今，已運行近1年的時間。通過工藝參數(shù)的不斷調整優(yōu)化，目前，低溫甲醇洗系統(tǒng)各項運行指標已基本達到改造前的預想值，產(chǎn)能達到設計值的110%，單日甲醇最高產(chǎn)量由改造前的820 t上漲至1 200 t，日超產(chǎn)380 t，且隨著系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，產(chǎn)能將進一步提升。在節(jié)能方面，改造后低溫甲醇洗系統(tǒng)電量消耗由原來的每小時2 333 kWh降至2 167 kWh，每天節(jié)省電量約4 000 kWh，節(jié)省電費約2 000元，按系統(tǒng)1年運行330 d計，年可節(jié)省電費66萬元。并且由于取消了粗脫系統(tǒng)，系統(tǒng)中的甲醇質量也得到提升，不再使用精餾裝置對甲醇進行再生，每年節(jié)省資金近千萬元，經(jīng)濟效益顯著。同時回收的CO2產(chǎn)品氣也由原來的8 000m3／h增加至16 000 m3／h，不僅降低了生產(chǎn)成本，也大大減少了碳排放，減輕了環(huán)保壓力。
4結語
在天溪公司實施造氣工藝技術改造項目的同時，低溫甲醇洗系統(tǒng)進行了配套的優(yōu)化改造，本次改造充分利用了現(xiàn)有裝置，達到了節(jié)省投資的目的，并保證了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和長周期運行。通過對低溫甲醇洗系統(tǒng)二次吸收塔、硫化氫閃蒸塔和二氧化碳吸收塔等進行的一系列優(yōu)化改造，進一步回收了系統(tǒng)冷量，提高循環(huán)甲醇質量，降低甲醇循環(huán)量，回收了CO2產(chǎn)品氣，減少了碳排放，降低了系統(tǒng)消耗，并為甲醇合成系統(tǒng)和氣化輸煤系統(tǒng)提供了合格的凈化氣和CO2產(chǎn)品氣，滿足了氣化輸煤系統(tǒng)和甲醇合成系統(tǒng)的需求，為后續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)合格的甲醇奠定了基礎，為企業(yè)增加了效益。
