劉 莎

(北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075)

我國能源結(jié)構(gòu)為富煤、少油、缺氣，這種特殊的能源結(jié)構(gòu)決定了煤化工發(fā)展的重要性。近年來我國煤化工發(fā)展如火如荼，合成氣的制備與凈化是煤化工中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要生產(chǎn)出滿足產(chǎn)品生產(chǎn)合格的合成氣組成。但隨著大型煤化工的發(fā)展，低溫甲醇洗因其具有選擇性高、溶解度大、循環(huán)量小、熱穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為公認(rèn)的凈化度高且廣泛應(yīng)用在煤制甲醇、煤制合成氨、煤制油、煤制氣等的合成氣凈化方法[1-2]。

對于目前使用的低溫甲醇洗流程，根據(jù)吸收介質(zhì)的不同，可分為全貧液吸收、半貧液吸收和氮?dú)馄岚胴氁毫鞒蘙3-6]。全貧液流程使用完全再生后甲醇作為脫硫脫碳的原料，半貧液流程則是一部分脫硫脫碳原料來自于閃蒸出一部分CO2后的半貧甲醇，一部分為完全再生后的全貧甲醇；氮?dú)馄岚胴毤状剂鞒淌窃诎胴毤状悸烦痰幕A(chǔ)上，用氮?dú)鈱胴毤状计岷笏腿胛账鰹槲談?。本文主要對三種流程進(jìn)行對比。

1 流程對比介紹

低溫甲醇洗的流程是典型且優(yōu)良的實(shí)現(xiàn)酸性氣脫除的物理凈化的流程，利用甲醇在低溫下對酸性氣溶解度大的特點(diǎn)，甲醇通過反復(fù)的吸收和解吸操作，實(shí)現(xiàn)CO2和H2S的脫除。

低溫甲醇洗流程圖見以下3幅圖，圖1為全貧液低溫甲醇洗工藝流程簡圖，圖2為半貧液低溫甲醇洗工藝流程簡圖，圖3為氮?dú)馄岚胴氁旱蜏丶状枷垂に嚵鞒毯唸D，從流程可以看出三種低溫甲醇洗的流程的基本設(shè)計(jì)思想相同，整個流程都可以分為：①主洗部分，即在此實(shí)現(xiàn)甲醇脫除酸性氣中的CO2和H2S，達(dá)到氣體凈化的目的；②富甲醇中壓閃蒸回收有效氣即為了降低CO和H2的損失率，提高原料的回收率，即在進(jìn)行解吸之前通過中壓閃蒸回收CO和H2；③低壓閃蒸和硫化氫濃縮，為回收系統(tǒng)冷量，同時也為了實(shí)現(xiàn)甲醇中H2S的富集，采用低壓閃蒸和氮?dú)馄岬霓k法脫除甲醇中的溶解的二氧化碳； ④甲醇熱再生，通過蒸汽加熱汽提的方式使甲醇徹底再生，滿足甲醇吸收的要求；⑤甲醇水分離，此部分是為了保證循環(huán)甲醇的含水率；⑥尾氣洗滌部分，此部分是滿足環(huán)保要求，保證尾氣排放滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)以及回收損失的甲醇。

全貧液流程和半貧液流程為典型的低溫甲醇洗流程，也是目前應(yīng)用較多的流程，由圖1和圖2可以看出，圖2比圖1多了一股低壓解吸CO2后的半貧液甲醇作為吸收劑，即圖2中的虛線部分。半貧甲醇為閃蒸出CO2的甲醇，此股甲醇為系統(tǒng)最冷甲醇，半貧甲醇的引入不僅降低了系統(tǒng)的冷量，同時也降低了后續(xù)熱再生的蒸汽消耗。從系統(tǒng)設(shè)置來說，半貧液流程比全貧液流程增加了一套半貧液系統(tǒng)，換熱網(wǎng)絡(luò)也會有所不同，操作調(diào)節(jié)也會相對復(fù)雜一些。

由圖2和圖3可以看出，圖3是在圖2的基礎(chǔ)上增加了一個氮?dú)馄崴磮D3中的云線部分，此塔主要是用一股氮?dú)馄釄D2的的半貧甲醇，用汽提后的半貧甲醇作為吸收劑，氮?dú)馄岣M(jìn)一步的降低了此股甲醇的溫度，使整個系統(tǒng)的冷量即消耗較半貧甲醇又有所降低。

圖1 全貧液低溫甲醇洗工藝流程簡圖

圖2 半貧液低溫甲醇洗工藝流程簡圖

圖3 氮?dú)馄岚胴氁旱蜏丶状枷垂に嚵鞒毯唸D

2 主要技術(shù)參數(shù)對比

本文以林德流程為基準(zhǔn)，以60萬噸/年的煤制甲醇進(jìn)行對比。

2.1 循環(huán)甲醇溫度對比

三種流程循環(huán)甲醇溫度及主洗塔溫度對比見表1。

表1 循環(huán)甲醇溫度對比/℃

由表1可以看出，半貧液系統(tǒng)流程的操作溫度比全貧液低，而氮?dú)馄岚胴氁毫鞒滔到y(tǒng)的操作溫度最低。這是因?yàn)楦鶕?jù)溶解度規(guī)律，溫度越低，吸收的CO2越多，半貧甲醇為系統(tǒng)溫度最低的甲醇，半貧甲醇的引入，降低了主洗塔的溫度，相應(yīng)的增加酸性氣的溶解度，富甲醇閃蒸時單位甲醇釋放的CO2更多，這樣解吸后的甲醇溫度更低。因此半貧甲醇的系統(tǒng)溫度較全貧甲醇的系統(tǒng)溫度低。

從冷量平衡來說，最大限度的解吸甲醇中的CO2，就可以提高閃蒸制冷量，因此在半貧甲醇系統(tǒng)引入一股汽提氮?dú)猓拱胴毤状冀馕龈嗟腃O2，循環(huán)的半貧甲醇溫度較未汽提的更低，因此氮?dú)馄岬陌胴毤状剂鞒滔到y(tǒng)溫度更低。

2.2 循環(huán)甲醇溫度對比

三種流程的循環(huán)甲醇量對比見表2。

表2 循環(huán)甲醇量對比

由表2可以看出，由于半貧甲醇的引入，系統(tǒng)中循環(huán)的全貧液甲醇有所降低，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒瘫热氁毫鞒虦p少30.9%，比半貧液流程減少5.2%，這是因?yàn)楦蜏囟鹊腃O2甲醇作為吸收段的吸收劑，從表1可以看出，獲得了更低的主洗塔溫度，溶解的CO2量越多，甲醇閃蒸時會獲得更低的溫度，降低了系統(tǒng)溫度的同時降低了全貧甲醇循環(huán)量。

由表2看出整個系統(tǒng)循環(huán)的甲醇(全貧甲醇+半貧甲醇)半貧液流程較全貧流程大，因氮?dú)馄岬囊?，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒太@得了更低的半貧液溫度，所以循環(huán)的半貧液量大大減少，所以氮?dú)馄岚胴氁毫鞒痰娜到y(tǒng)循環(huán)甲醇最小，對系統(tǒng)電量影響較大，電量對比見表5。

2.3 冷量的對比

低溫甲醇洗在低溫條件下能更好的分離脫除酸性氣體，所以需要保證低溫甲醇洗系統(tǒng)內(nèi)部足夠的冷量，低溫甲醇洗的冷量一方面來自于系統(tǒng)內(nèi)富甲醇閃蒸CO2提供的制冷量；另一方面來自于界外通過氨制冷或丙烯制冷補(bǔ)充的-40 ℃冷量與循環(huán)水補(bǔ)充的冷量。低溫甲醇洗發(fā)展至今，流程已經(jīng)相當(dāng)成熟且穩(wěn)定，現(xiàn)在最大限度的回收冷量，是低溫甲醇洗非常重要的環(huán)節(jié)。三種流程冷量消耗的對比見表3：

表3 三種流程冷量消耗對比

注：循環(huán)水消耗不包含壓縮機(jī)及配套-40 ℃冷凍站消耗量。

從表3可以看出，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒瘫热氁毫鞒坦?jié)約冷量19.3%，比半貧液節(jié)約冷量9.7%。這是因?yàn)閺睦淞炕厥諄碚f閃蒸釋放的CO2量越多，回收的冷量越多。結(jié)合表1與表2，系統(tǒng)溫度越低，溶解度越大，貧甲醇循環(huán)量越小，系統(tǒng)冷量越低。

冷量消耗是低溫甲醇洗的核心指標(biāo)，冷量消耗的減少，有利于減少低溫甲醇洗配套冷凍站裝置的建設(shè)投資和運(yùn)行投資。

2.4 蒸汽消耗對比

低溫甲醇洗是通過蒸汽加熱汽提的方式保證貧甲醇純度和保證系統(tǒng)水含量，三種流程的蒸汽消耗見表4。

表4 蒸汽消耗對比

由表4可以看出，甲醇水分離塔蒸汽消耗基本相同，這主要是因?yàn)榧状妓炙饕欠蛛x原料中攜帶的水分，保證系統(tǒng)甲醇的含水率，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而熱再生的蒸汽消耗相差較大，這是因?yàn)檫M(jìn)入循環(huán)的貧甲醇量減少，進(jìn)入熱再生塔的貧甲醇減少，所以甲醇熱再生所需要的蒸汽也相應(yīng)減少。

2.5 電量消耗對比

低溫甲醇洗的動力消耗主要用于循環(huán)甲醇的輸送和循環(huán)氣的加壓，同時將低溫甲醇洗配套的-40 ℃冷量折合為電量，三種流程消耗的電量對比見表5。

表5 電量消耗對比

由表5可以看出，半貧液吸收流程的輸送泵的耗電量最大，這是因?yàn)樵诘蜏丶状枷粗?，輸送泵的耗電最多的是循環(huán)洗滌甲醇的輸送，包含貧甲醇及半貧甲醇，此部分泵相當(dāng)于將甲醇從將近常壓加壓到吸收壓力，耗電量較大。壓縮機(jī)的耗電量也與所有的循環(huán)甲醇量相關(guān)，這是因?yàn)榛厥沼行鈺r所有的甲醇都要進(jìn)行閃蒸，循環(huán)甲醇的量決定了閃蒸的氣量，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的電耗，結(jié)合表2可以看出，半貧液流程的貧甲醇加半貧甲醇量最大，因此耗電量最大。

2.6 操作費(fèi)用對比

以年操作時間8000 h計(jì)算，三種流程的操作費(fèi)用對比見表6。

表6 操作費(fèi)用對比

注：1.低溫甲醇洗配套冷凍站為丙烯制冷。

2.林德的氮?dú)馄崃鞒讨械獨(dú)庀牧亢苄?，若不?jì)氮?dú)獾牟僮髻M(fèi)用，全貧液流程 4687.9萬元，半貧液流程4467.8萬元，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒?590.7萬元。

由表6可以看出，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒梯^全貧液流程節(jié)約操作費(fèi)用4937.15萬元，較半貧液流程節(jié)約4077.06萬元。

3 結(jié) 語

通過對全貧液流程、半貧液流程及氮?dú)馄崃鞒痰膶Ρ龋梢钥闯龉霉こ滔暮湍瓴僮髻M(fèi)用：全貧液流程>半貧液流程>氮?dú)馄岚胴氁毫鞒蹋已b置規(guī)模越大，差距越大，優(yōu)勢越明顯，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒淌悄壳拜^優(yōu)秀的流程。

因洗劑的不同，流程設(shè)置稍有區(qū)別，半貧液流程較全貧液

流程多了半貧液循環(huán)系統(tǒng)，而氮?dú)馄岚胴氁毫鞒逃衷诎胴氁毫鞒痰幕A(chǔ)上增設(shè)了一個氮?dú)馄崴?，增加的部分就會增加裝置投資，但同時全貧甲醇的減少，減少了熱再生系統(tǒng)的投資及部分換熱器的投資以及低溫甲醇洗配套冷凍站的裝置投資，所以在進(jìn)行裝置投資比較時需綜合考慮對比分析，這與裝置規(guī)模有關(guān)。用戶在進(jìn)行流程選擇時，需綜合原料的氣量，考慮裝置的投資，公用工程的配套及操作的復(fù)雜性，進(jìn)性綜合考慮。對于冷量不足的現(xiàn)有低溫甲醇洗裝置，氮?dú)馄岚胴氁毫鞒桃彩且粋€很好的思路。