低溫甲醇洗在氨壓縮機(jī)低負(fù)荷下的運行

萬俊宏，馬 輝

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

低溫甲醇洗在氨壓縮機(jī)低負(fù)荷下的運行

萬俊宏，馬 輝

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

分析和探討氨壓縮機(jī)負(fù)荷低的原因，對低溫甲醇洗的影響，并介紹應(yīng)對措施和效果。關(guān)鍵詞：低溫甲醇洗；氨壓縮機(jī)組；氨冷器；措施

我公司甲醇事業(yè)部是具有年產(chǎn)500kt甲醇產(chǎn)能的新型煤化工裝置。本裝置煤氣化引進(jìn)殼牌技術(shù)，甲醇凈化采用德國魯奇低溫甲醇洗工藝。該凈化工藝技術(shù)先進(jìn)，能耗低，吸收效果好，是目前煤化工合成氣廣泛采用的凈化工藝。

1 工藝流程概述

1．1 甲醇洗工藝簡述

我公司魯奇低溫甲醇洗工藝采用七塔工藝。1塔為吸收塔，主要是吸收CO2、H2S、NH3和HCN等。2塔為中壓閃蒸塔，主要是回收H2和CO等有效組分。3塔為再吸收塔，上段閃蒸出合格的CO2產(chǎn)品氣體，經(jīng)CO2壓縮機(jī)加壓供給氣化工段輸送煤粉，這樣可以大量減少氣化工段N2的使用量，增加有效氣并降低消耗；3塔底部重新吸收4塔頂部閃蒸出來的H2S，濃縮H2S。4塔為熱再生塔，通過甲醇蒸氣汽提并充分再生，汽提后的甲醇經(jīng)冷卻送至吸收塔頂部作為主沖洗甲醇，汽提出來的氣體經(jīng)冷卻一部分回到再吸收塔來濃縮H2S，一部分作為Claus氣體送到硫回收單元。5塔為甲醇水塔，主要是分離系統(tǒng)中的水。6塔為洗滌塔，洗滌再吸收塔的閃蒸氣。7塔為氨洗滌塔，洗滌進(jìn)低溫甲醇洗工藝氣中的NH3和HCN。

在凈化氣中，主要含有一氧化碳、氫氣和二氧化碳以及少量的氮氣、氬氣、甲烷等惰性氣體，其中對硫化物的控制是最主要的控制指標(biāo)。硫是最常見的毒物，是引起催化劑活性下降的主要原因，硫以COS和H2S的形式存在，只要有極少量的銅在銅基催化劑表面生成穩(wěn)定的Cu2S，覆蓋在合成催化劑表面，就會使銅基催化劑活性衰退并永久中毒，所以要求控制凈化氣總硫量（H2S＋COS）≤0．1×10－6，經(jīng)過精脫硫裝置后總硫量控制在5×10－9以下。

控制總硫的主要手段就是提高甲醇洗的吸收效率，甲醇在操作壓力下溫度越低吸收效果越好，所以對低溫甲醇洗系統(tǒng)的冷量控制是控制凈化氣品質(zhì)的主要手段。氨壓縮機(jī)組主要是給低溫甲醇洗提供開車和正常生產(chǎn)時所需的冷量，保證吸收所需的低溫。

1．2 氨壓縮機(jī)組

甲醇洗工藝氣進(jìn)口溫度總高于凈化氣、CO2產(chǎn)品、汽提放空氣和Claus氣溫度，并且甲醇在管道、設(shè)備輸送的過程中也會有冷量損失。低溫甲醇洗在正常運行時汽提段和CO2閃蒸雖提供大量的冷量，但不夠，另外的冷量由氨壓機(jī)提供。氨壓機(jī)出口液氨由兩個串聯(lián)、規(guī)格一樣的循環(huán)水換熱器A和B冷卻后到氨儲罐。A在上，B在下，循環(huán)水走管程并且是兩管程，下進(jìn)上出。流程示意如圖1，氨壓機(jī)及透平工況參數(shù)見表1、2。

圖1 工藝流程示意

表1 氨壓縮機(jī)透平正常和額定工況參數(shù)

表2 氨壓縮機(jī)額定工況參數(shù)

2 氨壓縮機(jī)低負(fù)荷對系統(tǒng)的影響

作為冷凍系統(tǒng)的核心設(shè)備，氨壓縮機(jī)低負(fù)荷運行對低溫甲醇洗影響較大。自開車以來多次出現(xiàn)氨壓縮機(jī)低負(fù)荷運行工況。

2．1 氨冷器漏氨引起的負(fù)荷波動

2011年5月份，氨壓縮機(jī)循環(huán)水出口檢測到氨，一般在90～150mg／L。這樣，一周左右的時間需要加10t氨，增加了消耗。氨冷器液氨出口溫度在35℃以下，氨壓機(jī)出口壓力在1．35MPa以下。由于換熱管焊堵得太多，天氣逐漸變熱，氨冷器液氨出口溫度開始上漲，但是氨壓機(jī)出口壓力還遠(yuǎn)低于喘振壓力，氨壓縮機(jī)能保證正常運行。

進(jìn)入6月份，氣溫逐漸升高，在氣化工段95%的負(fù)荷下，氨冷器出口溫度漲到39～40℃，氨壓機(jī)出口壓力上漲至1．51～1．53MPa。為了防止喘振，降低了氨壓縮機(jī)透平轉(zhuǎn)速，從6 815r／min逐漸降至6 100r／min來降低出口壓力。這樣，雖然有效緩解了喘振的風(fēng)險，降低了氨冷器出口液氨溫度1～2℃，但低溫甲醇洗所需冷量卻不夠，系統(tǒng)溫度開始上漲。夏天本地最高氣溫38～39℃，7～8月份氨壓機(jī)負(fù)荷和低溫甲醇洗的溫度還隨著天氣的變化和白天夜間溫度的變化而變化。白天氣溫較高，正常負(fù)荷下循環(huán)水溫度從天亮開始上漲，最高到33℃；從14～15點循環(huán)水溫度開始下降，最低至28～29℃。為了盡量給低溫甲醇洗提供多的冷量，氨壓縮機(jī)出口壓力一般都在1．50～1．53MPa。循環(huán)水溫度能明顯改變氨冷器換熱效果進(jìn)而改變氨壓縮機(jī)出口壓力，對處于喘振邊緣的氨壓縮機(jī)影響很大。

低溫甲醇洗系統(tǒng)溫度升高，尤其是來自熱再生塔經(jīng)換熱到吸收塔頂部的主沖洗甲醇溫度由－46℃上漲到最高－33℃，主沖洗量加到350m3／h，來自再吸收塔上部的另一股富甲醇的量也加到260m3／h，但是吸收塔的氣體吸收效果仍然很不理想，凈化氣中CO2含量高達(dá)5%～7．3%，而設(shè)計值只有3．14%。最壞的結(jié)果是凈化氣中出現(xiàn)了H2S，最高達(dá)到5．3×10－6，H2S能對合成催化劑造成永久性中毒而失活。雖然在合成塔入口有精脫硫裝置，但是長期的H2S超標(biāo)也能使硫穿透。如此，只能降低氣化工段負(fù)荷來減少冷量損失，負(fù)荷最低降到80%，產(chǎn)量減少6～8t／h。

2．2 制冷劑品質(zhì)差引起的負(fù)荷波動

氨的純度對制冷效果會產(chǎn)生很大影響。如果低溫甲醇洗單元的制冷器漏，甲醇吸收液會進(jìn)入液氨系統(tǒng)，制冷效果會降低。正常時制冷器出口的甲醇液溫度為－36．5℃左右，進(jìn)甲醇使其溫度升高5～10℃。同時甲醇液中的CO2和少量水等也進(jìn)入了氨系統(tǒng)，會在氨系統(tǒng)形成結(jié)晶。這樣會堵塞氨壓縮機(jī)入口過濾網(wǎng)，使其入口量減少；結(jié)晶使制冷器和氨冷器換熱效率降低，氨冷器出口溫度上漲；進(jìn)入氨系統(tǒng)中的一些CO和H2使氨壓縮機(jī)出口壓力上漲；氨壓縮機(jī)入口分離器會經(jīng)常帶液；這些都會降低氨壓縮機(jī)的負(fù)荷。

氨壓機(jī)段間冷卻器2為循環(huán)水換熱器，氨側(cè)壓力一般為0．28MPa，小于循環(huán)水壓力。如果段間冷卻器2漏，氨系統(tǒng)將進(jìn)水。如果漏量較大，水會在制冷器迅速累積，制冷效果大大降低，直到制冷器出口的甲醇液溫度與進(jìn)甲醇的溫度相等；系統(tǒng)中的水使氨壓縮機(jī)的振值偏高，對設(shè)備造成一定的損壞；氨壓縮機(jī)入口分離器會更加頻繁地帶液，同時一段出口溫度會從160℃迅速降到75℃左右，對設(shè)備造成損壞，也給操作帶來很大困難。這樣會降低氨壓縮機(jī)負(fù)荷。

制冷器中的水含量最高達(dá)到過48%，運行時的解決辦法是在線排制冷劑中的水。先讓氨壓機(jī)降低負(fù)荷，把入口壓力提到10～15kPa，迅速通過制冷器導(dǎo)淋排液體，然后氨壓機(jī)提負(fù)荷。如此可堅持運行，但會增加操作難度，對氨壓機(jī)和低溫甲醇洗洗滌效果造成很大沖擊。

給氨系統(tǒng)補充的氨的純度也要嚴(yán)格控制，如果里面含有其他雜質(zhì)，會在制冷器累積，對氨壓縮機(jī)組也會造成一定的損壞。

3 氨壓縮機(jī)低負(fù)荷應(yīng)對措施

在低溫甲醇洗溫度較高時，為了防止H2S超標(biāo)所做的調(diào)整如下。

（1）加大主循環(huán)量，但要適量，循環(huán)量過多會使系統(tǒng)溫度升高，反而不利于氣體的吸收。

（2）加大H2S吸收段的量，由160m3／h提高到210m3／h。調(diào)整時要緩慢，同時也要適量，甲醇量增大時也減少了CO2產(chǎn)品量，CO2產(chǎn)品是用于氣化工段代替N2輸送煤粉，能大大增加工藝氣中的有效氣含量。

（3）盡量減少系統(tǒng)中水含量，甲醇水塔積極調(diào)整。

（4）盡量降低系統(tǒng)中的氨含量，熱再生冷凝液由不定時排放改為定時排放。每天零點和12點各排一小時，使主沖洗甲醇中氨含量降至40mg／L以下。后期改為隔兩小時排兩小時。

（5）加大再吸收塔汽提氮的量，盡量增加CO2閃蒸量，增加閃蒸所產(chǎn)生的冷量。汽提氮的量過大會使部分H2S和COS被汽提出來，所以要適量，防止排放超標(biāo)。

（6）加大熱再生塔汽提段的蒸汽量，使主沖洗甲醇中的H2S、COS、NH3、HCN等被充分汽提出來。

（7）系統(tǒng)溫度的升高使中壓閃蒸塔閃蒸出更多的氣體，加大其再吸收甲醇量來降低循環(huán)氣壓縮機(jī)的負(fù)荷。

（8）減少H2S循環(huán)段的循環(huán)量或者減到零來減少系統(tǒng)中的H2S。

（9）定時補新鮮甲醇，置換系統(tǒng)污甲醇。

（10）氨冷器A／B上部加涼棚和用消防水噴水降溫。

（11）氨冷器循環(huán)水高點增加排氣閥。

（12）供水風(fēng)機(jī)加到最大負(fù)荷，盡量降低循環(huán)水溫度。

（13）停車時對氨冷器進(jìn)行非化學(xué)法除垢。

如果以上方法還是不能使凈化氣中的H2S降至0．1×10－6以下，迅速果斷通知氣化工段降負(fù)荷或者將工藝氣全部或部分導(dǎo)至放空。直至凈化氣中的H2S不超標(biāo)。

4 結(jié) 語

通過采取各種措施降低氨壓縮機(jī)出口壓力和溫度，使用各種方法減少低溫甲醇洗凈化氣H2S含量，基本解決H2S超標(biāo)問題。從2008年5月份試車至今，煤化工裝置7～8月份在85%以上的負(fù)荷下運行，運行效果良好。

Running of Low Temperature Methanol Wash under Low Load of Ammonia Compressor

WAN Jun－h(huán)ong，Ma Hui
（Zhongyuan Dahua Co．of Henan Coal ＆Chemical Industry Corporation，Puyang Henan 457004，China）

Analyze and explore the reasons for the low load of ammonia compressor，its impact on the low temperature methanol wash unit and the countermeasures and effects．

rectisol unit；ammonia compressor unit；ammonia cooler；measures

TQ223．12＋1

B

1003－6490（2012）03－0085－03

2012－04－13

萬俊宏（1984－），男，河南開封人，助理工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)管理工作。