低温甲醇洗系统的优化改造

 周  光*

 （山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司天溪煤制油分公司，山西晋城048009）

摘要：在晋煤集团天溪煤制油分公司实施造气工艺技术改造项目后，气化送出的煤气压力由原来的0.5 M Pa增加为3.7 M Pa，有效气成分(CO+H2)由原来的60%提升至90%。为适应原料气参数的变化，对低温甲醇洗系统进行了配套的优化改造。本次改造充分利用了现有装置，达到了节省投资的目的，同时回收了系统冷量，提高了循环甲醇质量，降低了系统消耗，保证了系统安全、稳定和长周期运行。

 关键词：低温甲醇洗系统；优化；冷量回收；天溪煤制油分公司

 中图分类号：TQ546.5  文章编号：0253 - 4320( 2016) 03 - 0147 - 03

 DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 03. 037

 低温甲醇洗是20世纪50年代初德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。该工艺依据低温状态下的甲醇具有对H2S和CO2等酸性气体的溶解吸收性大，而对H2和CO溶解吸收性小的这种选择性，来脱除粗变换气中的H2S和CO2等酸性气体，从而达到净化粗变换气的目的。此工艺大多应用于煤化工等气体净化单元，在工业上使用较多的工艺有鲁奇工艺、林德工艺和大连理工工艺。

 晋煤集团天溪煤制油分公司10万t/a合成油示范工程配套的净化系统采用低温甲醇洗工艺，其目的是将原料粗煤气和变换气中的CO2、H2S、有机硫及其他微量杂质脱除干净，为后续工序提供合格的甲醇合成原料气，并为克劳斯硫回收提供H2S以及为气化炉提供吹煤CO2。

 2014年，晋煤集团天溪煤制油分公司实施造气工艺技术改造项目，采用先进的HT -L航天炉粉煤加压气化技术替代原有灰熔聚粉煤加压气化技术。改造后，气化送出的煤气压力由原来的0.5 M Pa增加为3.7  M Pa，净化气气量由66 000 m3／h增至105 000 m3／h，有效气成分( CO +H2)由原来的60%提升至90%，为适应原料气参数的变化，低温甲醇洗系统进行了相应的配套装置改造和系统优化。

1低温甲醇洗系统改造前状况

 低温甲醇洗系统改造前，气化送出的煤气先进入低温甲醇洗系统进行粗脱硫，后送变换岗位，经变换调整煤气氢碳比后，再送回低温甲醇洗系统进行精脱硫和脱碳。煤气中携带的水、有机硫、油、氨和粉尘等杂质被甲醇洗涤后留存在系统中，造成系统内甲醇质量下降，严重时系统中甲醇甚至为墨黑色，出口气体指标严重超标，设备腐蚀泄漏，严重影响系统洗涤效果和工艺稳定运行。为解决甲醇脏的问题，甚至需要利用甲醇精馏装置对低甲甲醇进行再生，浪费大量人力、物力和财力。

2低温甲醇洗系统的优化设计

2.1取消粗脱系统，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，本次改造取消了粗脱系统，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，利用原有设备，加大冷量回收

2.2.1  液相冷量回收

 利用二次吸收塔E -61206 -段出来的甲醇富液温度较低（- 55℃）的特点，由原来直接送往二段，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。

 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，再返回二段进行氮气气提，进一步回收冷量。液相冷量回收示意见图1。

2.2.2  气相冷量回收

 取消粗脱系统，减少了粗脱硫气带走的冷量。将二次吸收塔E -61206出来的闪蒸气由原来的1股改为3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。二次吸收塔改造部分气相冷量回收示意见图2。

2.3  回收CO2产品气，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，对现有CO2闪蒸塔和H2S闪蒸塔进行改造，使二氧化碳气产能提高，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8 000m3／h增加至16 000 m3／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三段采出，改为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段采出，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，当产品气使用。图3为CO2闪蒸塔和H2S闪蒸塔改造示意。

2.4增加闪蒸气压缩机，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，送至变换气人口处，进行回收利用。图4为新增闪蒸气压缩机示意。

3结果与讨论

 通过本次优化设计，低温甲醇洗系统实现了长周期、满负荷稳定运行。

3.1  甲醇循环量

 表1为低温甲醇洗系统改造前后，100%负荷甲醇循环量对比数据。通过表1可以看出，低温甲醇洗系统改造后，甲醇循环量得到了大幅的下降，贫液量由改造前的530m3／h下降至371m3／h，节省了大量的动力消耗。

3.2系统温度

 表2为低温甲醇洗系统改造前后，100%负荷系统温度对比数据。通过表2可以看出，在对系统冷量进行重新平衡后，甲醇贫液的温度降低了15℃左右，提高了冷量回收率的同时，也提高了单位甲醇吸收率。

3.3物料消耗

 表3为低温甲醇洗系统改造前后，100%负荷物料消耗对比数据。通过表3可以看出，本次低温甲醇洗系统改造后，由于处理气量的增加，由气相带出的甲醇也增多了，因此甲醇消耗增加；但未对循环水冷却进行调整，因此循环水量不变；由于改造后的系统循环量降低，因此系统的动力消耗及电量消耗得到大幅度降低。而且由于系统冷量的回收，取消了2台氨冷器，液氨的消耗也相应降低。

 改造后，低甲系统由原来的二步脱硫法改为了一步脱硫法，取消了粗脱系统，简化了工艺流程，对系统冷、热平衡重新进行了计算，新增2台换热器（C - 612020、C-612022），并将1台氨冷器(C-61209A)更换为换热器（C-612009），进一步回收了 系统冷量，降低了甲醇循环量，新增1台闪蒸汽压缩机(K -612001)，回收系统循环气，将系统处理气量由原来的103 000 m3／h提升至145 000 m3／h，增加和更改了CO2产品气采出位置，进一步满足了气化输煤纯度和用量要求，同时在二次吸收塔E -61206下部增加氮气气提管线，适当调节酸性气浓度。通过本次低温甲醇洗系统优化改造，提升了系统净化能力，降低了系统能耗，节约了系统运行成本。

 天溪公司低温甲醇洗系统自2014年10月试开车至今，已运行近1年的时间。通过工艺参数的不断调整优化，目前，低温甲醇洗系统各项运行指标已基本达到改造前的预想值，产能达到设计值的110%，单日甲醇最高产量由改造前的820 t上涨至1 200 t，日超产380 t，且随着系统的不断优化，产能将进一步提升。在节能方面，改造后低温甲醇洗系统电量消耗由原来的每小时2 333 kWh降至2 167 kWh，每天节省电量约4 000 kWh，节省电费约2 000元，按系统1年运行330 d计，年可节省电费66万元。并且由于取消了粗脱系统，系统中的甲醇质量也得到提升，不再使用精馏装置对甲醇进行再生，每年节省资金近千万元，经济效益显著。同时回收的CO2产品气也由原来的8 000m3／h增加至16 000 m3／h，不仅降低了生产成本，也大大减少了碳排放，减轻了环保压力。

4结语

 在天溪公司实施造气工艺技术改造项目的同时，低温甲醇洗系统进行了配套的优化改造，本次改造充分利用了现有装置，达到了节省投资的目的，并保证了系统安全、稳定和长周期运行。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，提高循环甲醇质量，降低甲醇循环量，回收了CO2产品气，减少了碳排放，降低了系统消耗，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。