煤制天然氣裝置低溫甲醇洗系統運行問題及優化改造

師元華

(伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引 言

某煤制天然氣裝置氣化系統采用碎煤加壓氣化工藝，下游配套鈷鉬系耐硫變換系統、林德十一塔低溫甲醇洗系統、戴維甲烷化系統等。碎煤加壓氣化爐產出的粗煤氣中主要含有H2、CO、CO2、CH4，還含有少量的H2S、HCN、COS、烴類物等，為滿足甲烷化系統的生產需求，低溫甲醇洗系統需通過萃取氣提精餾、高壓低溫吸收、中壓閃蒸、低壓解吸、氮氣氣提、加熱再生等單元依次脫除變換氣中的HCN、烴類物、H2S、COS、CO2等，為甲烷化系統提供硫含量<0.1×10-6的凈化氣，同時副產輕烴、CO2產品氣和H2S濃度為25%的酸性氣。低溫甲醇洗系統自原始開車以來，陸續出現了HHC傾析罐溫度偏高、甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞、循環氣壓縮機填料泄漏、氨預洗塔液泛等問題，后通過實施相應的優化改造，上述問題得到了很好地解決。以下對有關情況作一介紹。

1 低溫甲醇洗系統工藝流程簡述

來自變換系統的變換氣，進入低溫甲醇洗系統洗氨塔脫塵、脫烴、除氨，洗氨塔出口氣經原料氣換熱器降溫后進入甲醇洗滌塔，甲醇洗滌塔自下而上分為預洗段、脫硫段、脫碳段，依次脫除變換氣中的HCN、烴類物、H2S、COS、CO2等，獲得的合格凈化氣送甲烷化系統。出甲醇洗滌塔脫硫段、脫碳段的甲醇經中壓閃蒸后進入CO2解吸塔減壓解吸，塔頂產出的CO2產品氣經復溫水洗后送蓄熱式熱氧化爐(RTO)，出CO2解吸塔的甲醇則依次進入H2S濃縮塔、氮氣氣提塔產生CO2尾氣，CO2尾氣經復溫水洗后與CO2產品氣一起送至RTO進一步處理。出氮氣氣提塔的甲醇進入熱再生塔，經塔底再沸器蒸汽加熱精餾再生，脫除其中的H2S、COS，再生后的貧甲醇降溫后進入甲醇洗滌塔循環利用。出甲醇洗滌塔預洗段的甲醇進入HHC傾析罐，在HHC傾析罐內以水為萃取劑進行萃取，得到富水甲醇和輕烴，輕烴送罐區，富水甲醇則經氣提塔氣提后進入甲醇/水/HCN分離塔進行甲醇、水、HCN的分離。

2 HHC傾析罐操作溫度偏高

2.1 問題描述

HHC傾析罐主要利用輕烴、甲醇在水中的溶解度、分配系數不同，以水為萃取劑將來自甲醇洗滌塔預洗段的富輕烴甲醇混合物中的甲醇萃取出來，得到富水甲醇和輕烴，輕烴作為副產品送至輕烴儲罐外售，富水甲醇則在甲醇/水/HCN分離塔內進行分離，分離出的甲醇送熱再生塔，塔底產生的廢水送至污水處理系統中間水池。

該低溫甲醇系統原始開車運行一段時間后，分析人員在甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水取樣過程中，發現廢水中有一層薄薄的油花，因污水處理系統中間水池廢水中油含量要求在50 mg/L以下，當時雖未進行油含量分析，但憑經驗判斷甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中的油含量明顯高于中間水池廢水中的油含量，即此廢水中的油含量>50 mg/L，而廢水中油含量升高會影響污水處理系統細菌的活性。車間組織專業技術人員對甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水含油問題進行分析與研究，發現HHC傾析罐操作溫度偏高，開車以來一直維持在60 ℃以上(設計操作溫度為43 ℃)，嚴重偏離指標。

2.2 原因分析

富輕烴甲醇來自甲醇洗滌塔預洗段左側室，其溫度為-16.80 ℃，經甲醇過濾器過濾后，通過HHC富甲醇換熱器與來自熱再生塔頂約96 ℃的甲醇蒸氣換熱，換熱后去往HHC傾析罐混合室。查找HHC傾析罐操作溫度偏高原因時發現，HHC富甲醇換熱器未設置旁路，富輕烴甲醇換熱后溫度達70 ℃以上，而來自H2S餾分水洗塔的洗滌水溫度超過40 ℃，兩者混合后導致HHC傾析罐內的液相溫度達60 ℃以上，萃取溫度超標且無任何調整手段。HHC傾析罐內操作溫度升高后，罐內液體分子熱運動加劇，液體分子之間距離增大，相互吸引力減小，界面張力變小，導致其分散相的液滴變得細小，不易合并集聚，嚴重時會產生乳化現象，難于分層，不利于相界面的產生；同時，HHC傾析罐操作溫度偏高還會增大甲醇、水在輕烴中的溶解度，導致輕烴中甲醇、水含量升高，影響輕烴的品質；同理，HHC傾析罐操作溫度偏高，富水甲醇中的輕烴含量也會相應增加，造成部分輕烴進入甲醇/水/HCN分離塔中，導致甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中出現少量油花。

2.3 優化改造及其效果

在HHC富甲醇換熱器之富輕烴甲醇管線進/出口管線上設置旁路，以實現對進HHC傾析罐富輕烴甲醇溫度的調控。優化改造后，HHC傾析罐操作溫度可穩定控制在43 ℃左右，甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中再未出現過油花。

3 甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞

3.1 問題描述

甲醇/水/HCN分離塔主要利用甲醇、水、HCN沸點的不同，通過精餾的方法對來自氣提塔的富水甲醇、尾氣洗滌塔廢水以及來自熱再生塔的小股甲醇進行分離，分離出的HCN送酸性氣處理系統，分離后得到的甲醇送熱再生塔，產生的廢水則送至污水處理系統。

該煤制天然氣裝置低溫甲醇洗系統自原始開車以來，運行一直很穩定，但隨著運行時間的推移，操作人員發現甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度有下降趨勢，開大再沸器蒸汽流量調節閥后，塔底溫度恢復正常，但運行一段時間后塔底溫度又開始下降，直至蒸汽流量調節閥全開塔底溫度仍不能提升，此時甲醇/水/HCN分離塔塔底排放廢水中甲醇含量超過0.1%。

3.2 原因分析

在甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度出現波動時，塔底再沸器蒸汽流量穩定、調節閥開關靈活、疏排水管均正常投用，基本上可排除蒸汽方面的原因所致，初步判斷甲醇/水/HCN分離塔再沸器發生了堵塞，有效換熱面積減小影響了再沸器的換熱效果，致使甲醇/水/HCN分離塔塔底溫度下降而分離效果不佳，繼而造成甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水中甲醇含量偏高。拆檢甲醇/水/HCN分離塔再沸器，發現大量黑色油狀物附著在再沸器換熱管束內。

對甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因進一步分析，認為原因有二：① 系統運行前期HHC傾析罐操作溫度偏高，萃取效果不好，使得來自氣提塔的富水甲醇中含有的烴類物較多，這些烴類物黏性較強、導熱性差，進入再沸器后附著在換熱管束表面；② 甲醇/水/HCN分離塔底部產生的廢水pH為6～7，塔內為酸性環境，一些有機物經再沸器加熱后在酸性條件下發生了聚合反應，聚合反應形成的高分子聚合物堵塞了甲醇/水/HCN分離塔再沸器換熱管束，導致再沸器換熱效果變差，塔底溫度下降，從而影響甲醇/水/HCN分離塔的正常運行(分離效果不佳)，繼而導致塔底排放廢水中甲醇含量偏高，造成甲醇浪費，消耗增加。

3.3 優化改造及其效果

對于導致甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因之一的氣提塔來富水甲醇中烴類物質含量偏高(由HHC傾析罐操作溫度偏高引起)問題，已通過增設HHC富甲醇換熱器旁路使該問題得到了很好地解決。對于甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞原因之二的其運行環境呈酸性的問題，新增1座堿液貯槽和2臺堿液泵(一開一備)，堿液泵出口管線連接至氣提塔至甲醇/水/HCN分離塔的富水甲醇管線上，即通過加入堿液來調控甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水的pH。優化改造后，甲醇/水/HCN分離塔塔底廢水pH得到有效控制--一般維持在9～11，不僅有效抑制了有機物聚合反應的發生，而且可有效清除塔盤上累積的聚合物，從而解決了甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞的問題。

4 循環氣壓縮機填料泄漏

4.1 問題描述

來自甲醇洗滌塔脫碳段、脫硫段的富甲醇分別經循環氣閃蒸罐Ⅰ、循環氣閃蒸罐Ⅱ閃蒸，此兩股閃蒸氣與HHC傾析罐頂部閃蒸氣匯合，閃蒸氣的主要成分為CO267.22%、CH413.46%、H28.72%、CO 7.99%、N20.88%、其他氣體1.87%，閃蒸氣流量為17 745 m3/h；為了回收利用閃蒸氣中的CO、H2、CH4等有效氣，混合后的閃蒸氣經往復式循環氣壓縮機加壓后送至低溫甲醇洗系統入口變換氣中，重新返回系統。自原始開車以來，循環氣壓縮機運行一直很穩定，但隨著運行時間的推移，循環氣壓縮機經常出現填料泄漏的情況，被迫停機處理，循環氣壓縮機頻繁停機檢修，而每次循環氣壓縮機停機檢修均需12 h左右，每次停機至少影響天然氣產量37 557 m3，給企業造成了一定的經濟損失。

4.2 原因分析

循環氣壓縮機填料密封的作用主要是防止氣缸中的高壓氣體沿活塞桿方向泄漏。實際生產中，由于用于循環氣壓縮機填料冷卻的循環水水質較差，循環水冷卻器結垢嚴重，循環水移熱效果差，無法將填料中的熱量全部帶出，導致壓縮機填料超溫損壞，起不到應有的密封作用。

4.3 優化改造及其效果

為解決用于循環氣壓縮機填料冷卻的循環水水質較差的問題，決定使用水質較好的脫鹽水作為循環氣壓縮機的填料冷卻水--自脫鹽水總管引DN25管線至循環氣壓縮機廠房，廠房內新增1臺小型脫鹽水冷卻器，將脫鹽水溫度降至28 ℃(壓力約0.5 MPa)送往循環氣壓縮機填料處用于填料冷卻，出填料的脫鹽水并入冷凝液管網，隨冷凝液返回脫鹽水站重新制取脫鹽水。改造后，循環氣壓縮機運行穩定，很少出現因填料泄漏引發的停機問題，有效提升了循環氣壓縮機運行的可靠性，減少了停機帶來的經濟損失。

5 其他異常問題

(1)正常生產中，為了脫除變換氣中的煤塵和氨，氨預洗塔使用中壓鍋爐給水對變換氣進行洗滌除塵和除氨，洗滌后產生的工藝廢水送煤氣水分離系統。因氨預洗塔液位調節閥為DN25截止閥，閥徑較小，當系統負荷出現大幅波動(提高)時，粗煤氣流量增加，變換氣帶塵量增大，易造成氨預洗塔液位調節閥堵塞，工藝廢水無法正常外送，氨預洗塔液位增高而影響正常生產。于是，在氨預洗塔液位調節閥處增加DN50旁路，設置五閥組，當氨預洗塔液位調節閥堵塞時，可通過旁路進行調整，也可切出檢修清理，以保證系統正常生產。

(2)每次煤制天然氣裝置開車時，在甲醇/水/HCN分離塔未正常運行前，甲醇/水/HCN分離塔塔底排放廢水都存在甲醇含量超標現象，且塔底溫度越低塔底排放廢水中甲醇含量越高，如長時間得不到控制，不僅影響預洗系統的開車進度，而且會造成甲醇的大量浪費。于是，新增管線將(煤制天然氣裝置開車時)甲醇/水/HCN分離塔未正常運行前的塔底廢水引至尾氣洗滌塔，然后經尾氣洗滌塔塔底泵加壓后重新返回甲醇/水/HCN分離塔內，如此一來，既可回收廢水中的甲醇，又可減少廢水排放。

(3)為增強氨預洗塔的洗滌效果，原設計入氨預洗塔的DN1000變換氣管線直接插入塔內正常操作液位以下，且在管線底部開滿了篩孔，變換氣從篩孔或底部管口穿過液面進入底部塔盤，經中壓鍋爐水洗滌后出氨預洗塔。實際生產中，當氨預洗塔液位增高或系統高負荷運行時，氨預洗塔經常出現液泛現象，導致出氨預洗塔變換氣帶液，嚴重時原料氣換熱器底部甲醇中水含量高達37.97%，易造成原料氣換熱器結冰堵塞，影響煤制天然氣裝置的安全穩定運行。于是，將氨預洗塔液位下的導流罩橫向增加6根DN400分布器且均勻分布，并在每根分布器上設置182個直徑為50 mm的篩孔。優化改造后，氨預洗塔再未發生過液泛或變換氣帶液現象，原料氣換熱器底部甲醇中水含量降至了4.79%。

6 結束語

該煤制天然氣裝置自原始開車以來，其低溫甲醇洗系統陸續出現了HHC傾析罐操作溫度偏高、甲醇/水/HCN分離塔再沸器堵塞、循環氣壓縮機填料泄漏、氨預洗塔液泛等問題，對裝置的運行造成了一定的影響，為此，查找和分析問題的癥結所在后，通過不斷地摸索與探討并實施相應的優化改造，低溫甲醇洗系統出現的各類問題均得到了很好地解決，生產運行中系統抗干擾能力和操作彈性得到增強，各項工藝指標均在可控范圍內，有力地保障了煤制天然氣裝置的長周期、安全、穩定運行。