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减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施

文档作者：郝高峰，芦国智，尹俊杰，董丽旭文档来源：航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司		点击数：	更新时间： 2022年03月31日
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第3期(总第160期)
2012年6月
煤化工
Coal Chemical Indus
No．3(Total No．160)
Jun．2012
减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施
郝高峰，芦国智，尹俊杰，董丽旭
(航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司，甘肃兰州730050)
摘要以某年产45万t合成氨装置为例，阐述了导致系统甲醇损耗的原因，通过改进和优化设备、设
置尾气水洗塔、设置污甲醇收集系统、优化工艺路线、降低原料气中的氨含量、控制Claus气的温度和保持适
宜的汽提氮流量等措施，大大降低了系统甲醇损耗，使其控制在0．5 kg／t氨以内。
关键词低温甲醇洗，甲醇损耗，优化，改进
文章编号：1005—9598(2012)一03—0040—03 中图分类号：X781．4 文献标识码：B
低温甲醇洗工艺(Rectisol Process)是20世纪
50年代由德国林德公司(Linde)和鲁奇(Lurgi)联合
开发的一种气体净化技术，以低温甲醇作为溶剂，通
过物理吸收的方法脱除原料气中的酸性气体。整个装
置由原料气冷却、酸性气体吸收、吸收剂甲醇溶液再
生、甲醇水分离及换热网络组成，广泛地应用于合成
甲醇、合成氨、制氢、城市煤气、天然气脱硫等气体净
化装置中。目前，国内现行的一些装置曾经出现过气
液夹带、甲醇损耗过大等问题，不但引起了不必要的
损耗，甚至影响下游的正常生产。例如，Claus气中夹
带的甲醇过量时，为避免硫回收装置腐蚀严重，Claus
气只能送火炬，不但浪费资源而且污染环境[1 3。即使
是设计、运转正常的情况下，甲醇损耗也很大。以某年
产45万t合成氨装置为例(以煤为原料)，每吨氨的
甲醇损耗量按1．2 kg计，每年的甲醇消耗量就高达
540 t，折合人民币约170万元。如果能够对系统加以
优化、改进、控制，以期降低甲醇损耗是非常有意义
的。本文以年产45万t合成氨为例，就减少低温甲醇
洗装置中甲醇损耗的优化和改进措施展开论述。
l 甲醇损耗的原因
正常运行情况下，低温甲醇洗系统中导致甲醇损
耗的两大主要原因：一是出装置的气相中含微量的甲
醇，以年产45万t合成氨为例，对应的甲醇损耗约
472 t／a，如表1所示；二是为了平衡系统微量元素
(NH。、HCN)而进行的排污甲醇，对应的甲醇损耗约100
t／a。此外，废水中也含有微量的甲醇(约为0．8 t／a)，
相对于上述两项损耗，基本上可以忽略不计。
表1 出界区各项物料中甲醇含量
出界区 流量 甲醇摩尔分数 甲醇损耗
物料 ／kmol·h ／×10 ／t·a
净化气 6 638．7 8O 122．4
c02产品气 1 805．4 300 124．8
Claus气 339．8 l 100 86．1
尾气 3 346．1 180 138．8
合计472．1
注：年操作时间按7 200 h计。
系统中一旦制冷单元冷量达不到要求或是操作
不当，使系统温度升高，出界区的气相中甲醇平衡分
压增大，会直接导致甲醇损耗增大；同时，由于设备本
身和操作原因产生的气液夹带l1 ]、甲醇水分馏塔塔
釜甲醇含量过高等，都会引起系统甲醇损耗急剧增
加。除此之外，系统在开停车、检修过程中，排污、倒
淋、放空都会引起甲醇的损耗。
2 优化和改进措施
2．1 改进和优化设备
降低出界区的气相中夹带甲醇的含量，尤其是避
免出现气液夹带是降低系统甲醇损耗最直接也是最
收稿日期：2012—02—01
作者简介：郝高峰(1982一)，男，河北邢台，工程师，硕士，2009年毕业于北京化工大学化学工程专业，现从事化工工艺(低
温甲醇洗)设计工作，E-mail：haotry1O0@126．com。
2012年6月 郝高峰等：减少低温甲醇洗装置中甲醇损耗的改进措施 41
有效的方法。对于c0 吸收塔，可在其塔顶增设旋流
板和丝网除沫器，并保证净化气出口与塔板之间有足
够的气液分离空间来避免气液夹带，以降低气相中甲
醇的含量。因为一旦塔顶气液分离空间不够，高速流
动的气相可能携带过多的甲醇，这些甲醇来不及破沫
沉降，并超出了气相丝网除沫器的除沫能力；特别是
系统在高负荷下运行时，这种现象会加剧，成为气液
夹带的主要原因 2]。国内某些装置开车后，净化气夹
带甲醇严重，在塔简体结构不变的前提下，在塔顶增
设旋流板效果明显。此外，还可以在净化气出界区之
前增设1个气液分离器，并安装高效丝网除沫器来进
一步分离气相中夹带的甲醇，同时可以通过分离罐的
液位判断塔内气液两相是否充分分离、有无气液夹
带。实践证明，通过上述措施可以使净化气中的甲醇
摩尔分数控制在50 X 10一e以内。对于c0 产品气、
Claus气和放空尾气，同样可在气相出口处设置丝网
除沫器等，并保证有足够的气液分离空间，来降低气
相中甲醇的含量。
2．2 设置尾气水洗塔
降低系统甲醇损耗的另一个思路是进一步回收
气相中的微量甲醇。针对尾气中的甲醇含量较高，
可以在低温甲醇洗单元设置1个尾气水洗塔。以年
产45万t合成氨为例，设置1个规格为 3 200 nun×
15 000咖、内设4 m高规整填料或16块塔板的水洗
塔；设备总投资约140万元，用少量脱盐水洗涤尾气
中夹带的甲醇，洗涤液作为甲醇水分离塔的进料，可
以使尾气中甲醇摩尔分数降到80×10 以下，每年至
少可回收甲醇80 t，同时实现了环保和经济双重效益。
2．3 设置污甲醇收集系统
低温甲醇洗单元系统介质多为甲醇溶液，为了降
低甲醇损耗、避免污染环境，可将系统管路各点的低
点倒淋、设备反洗和故障检修时设备及部分管路中的
甲醇溶液统一排入地下污甲醇罐，根据甲醇含水量经
污甲醇泵有选择的送入热再生塔或甲醇水分离塔，回
收其中的甲醇。这样，不仅降低了甲醇损耗和污水排
放量，同时也消除了因甲醇外泄而造成的环境影响。
2．4 优化工艺路线
在低温甲醇洗工艺中，净化气中总的硫摩尔分数
可降至0．1×10 以下，c0 体积分数可降至20 X 10
以下，但对生产合成氨，仍需进一步脱除c0、Ar和cH
等残余组分，尤其是含氧化合物，以防止氨合成催化
剂中毒。如果低温甲醇洗单元后续工序采用液氮洗或
深冷分离工艺，不但能使净化气体中的(CO+CO )体积
分数≤3×10 ，同时完成配氮过程，并可以回收净化
气中的微量甲醇，有效地降低系统甲醇损耗。因为净
化气进入上述装置后，首先进入分子筛，在分子筛中
微量c0 和cH。0H被吸附下来。在分子筛再生过程中，
吸附下的c0 和cH。0H随再生氮气回到甲醇洗单元，
作为汽提氮进入汽提c0 解吸塔，这样低温甲醇洗装
置随净化气流失的甲醇又重新回到装置当中，每年可
节省约120 t甲醇，极大地降低了整个系统的甲醇损
耗。这对其他净化气精制工艺有极大借鉴意义。
2．5 降低原料气中的氨含量
原料气中不可避免地会夹带一些微量元素，如
NH3、HCN、Ar等，为了避免微量NH。的积累，系统需要
定期排放一定量的甲醇以平衡其含量。尽管适量的
NH。可使系统的pH值维持在7～8，有利于酸性气的吸
收和设备防腐，但其在系统中不断积累，一旦超标就
会生成NH4HCO ，造成管道和换热器的堵塞，增加甲醇
循环量。如果原料气中N 摩尔分数在40×10 时，
为了避免系统热再生塔回流甲醇和热再生甲醇里的
N 含量太高，必须从热再生塔塔顶回流的甲醇中排
放一小股甲醇，以减少系统中NH 的含量，使其维持
在规定的范围内。每2周～4周排放1次，每次5 m。～
10 m。，每年损耗甲醇约100 t。尽管这部分甲醇可以作
为燃料等加以利用，但从经济方面考虑，降低这部分
损耗还是大有裨益的，解决的措施就是降低原料气中
氨的含量，将生成的氨在进系统前移走，使之平衡而
不积累|3]。目前工程设计上主要有两种方法，一是在
变换工段最后一级气液分离器中设置两块塔板，用脱
盐水将氨洗涤脱除；二是原料气冷却过程中设置氨洗
涤塔，即原料气经换热冷却至l0℃左右时，在喷入小
股防冻甲醇进一步冷却前设置氨洗涤塔，用脱盐水将
原料气中的氨洗涤脱除，同时做到大大降低体系中的
水和微量元素。当原料气氨摩尔分数降至1 X 10 ～
2X 10 时，排污甲醇基本上可以忽略不计。
2．6 控制Claus气的温度
在出界区的气相中，Claus气中甲醇含量最高，
国内一些工程实例中也出现过Claus气夹带甲醇严
重超标的现象n]。除了气液分离效果差引起的气沫夹
带外，进、出酸性气分离器的Claus气温度偏高也是
甲醇含量高的主要原因之一[4]。温度越高，甲醇的饱
和蒸汽压就越高，对应在气相中的甲醇含量也就越
高，带来的损耗必然就越大。不同温度下Claus气体
组成见下页表2。
通常将2 物流的温度控制在一35℃左右，但实
际运行中由于酸性气加热器、酸性气／尾气换热器、
尾气加热器换热管堵塞、结垢和尾气温度偏高等原因
42 煤化工 2012年第3期
表2 不同温度下Claus气气体组成
沽
温度压力 流量 组成(体积分数)／％
／℃ ／kPa ／kmol·h CH3OH CO2 N2 H2S
1 45 320 340 14． O0 61．40 1．40 23．20
2 一40 280 252 0． 04 75．46 1．90 22．6O
2 一35 280 262 0．07 74．42 i．81 23．70
2 一30 280 270 0．10 73．60 1．80 24．50
2 2O 280 279 0． 30 72．60 1．70 25．40
2 一10 280 285 0．60 71．90 1．70 25．80
2 0 280 290 1．30 71．10 1．60 26．O0
注：1 物流为冷却前Claus气，2 物流为冷却后Claus气。
造成热负荷偏低，使得2 物流温度升高，系统甲醇损
耗迅速攀升。因此可在设计过程中，适当提高上述3台
换热器裕度，以避免2 物流温度高于设计值，甚至在
系统冷量充足的情况下，可在l 物流进入酸性气分
离器前设置1个备用氨冷器来控制Claus气的温度。
2．7 适宜的汽提氦流量
低温甲醇洗工艺中，采用氮气汽提的方法实现溶
剂再生、回收系统冷量及浓缩硫化氢，在此过程中，汽
提氮的流量很关键，并影响着系统甲醇的损耗。由于
C0 解吸是个吸热过程，因此在溶剂的再生过程产生
大量的冷量。汽提氮量越大，c0，解吸越彻底，释放出
的冷量也越多；但溶剂中溶解的c0：量是一定的，体
系中能够释放的冷量也是一定的，故此随着汽提氮量
的增加，尾气温度呈现出先降低后升高的趋势。显然，
如果汽捉氮量过大，势必造成尾气流量增大、温度升
高。一方面过量的尾气会降低丝网除沫器的除沫效
果，甚至造成气液夹带；同时尾气温度升高，气相中甲
醇的含量随之提高，导致甲醇损耗增加；即使假定最
终离开系统的尾气中甲醇含量恒定，甲醇损耗总量也
会随着尾气流量增大而增加。反之，如果汽提氮量过
小，又会造成汽提c0 解吸塔塔釜溶液中c0 含量过
大，不仅冷量回收不彻底，同时使热再生塔的负荷和
塔顶Claus气流量变大，最终导致酸性气分离器出口
Claus气温度升高，甲醇损耗加剧。综上所述，随汽提
氮量的增加，系统甲醇损耗同尾气温度一样呈现出先
降低后升高的趋势。根据模拟计算并结合实际运行
经验，当汽提氮流量使得汽提cO 解吸塔塔釜溶液中
n(CO。)／n(H2S)在2-3为宜。
3 结 论
通过上述工艺路线调整、优化和各项技术改进，
可以大大降低低温甲醇洗中甲醇的损耗量，将甲醇损
耗控制在0．5 kg／t氨(208．3／450 000=0．46 kg／t氨)
以内，改进后出界区各项物料中甲醇含量如表3所示。
表3 改进后出界区各项物料中甲醇含量
出界区 流量 甲醇摩尔分数 甲醇损耗
物料 ／kmol·h ／×1O ／t·a
c02产品气 1 805．4 220 91．7
Claus气 339．8 700 54．8
尾气 3 346．1 80 61．8
合计 208．3
注：年操作时间按7 200 h计。
通过工程设计上不断的摸索、改进、尝试和创新，
一定会使低温甲醇洗工艺的甲醇损耗不断降低，在源
头上为装置的稳定运行和节能减排奠定基础。
参考文献：
[1]任军平．低温甲醇洗装置酸性气体甲醇超标原因及对
策[J]．大氮肥，2008，31(4)：238—240．
[2]王峰．低温甲醇洗装置洗涤甲醇消耗偏高的原因及
对策[J]．化肥工业，2010，37(2)：59—62．
[3]陈立．浅析氨在低温甲醇洗装置中的作用[J]．化
学工业与工程技术，1997，18(4)：29—31．
[4]夏尊江，郭海彦，隋玉琴．低温甲醇洗工艺中降低甲醇
消耗的因素分析[J]．北方环境，2003，28(2)：51—52．
Optimization and Improvement on Reducing M ethanol Consumption for Rectisol Process
Hao Gaofeng，Lu Guozhi，Yin Junjie and Dong Lixu
(Lanzhou Branch of Changzheng Engineering Co．，Ltd．，Lanzhou Gansu 730050，China)
Abstract This paper exhibits detail studies on the causes of the methanol loss for a 450．000 t／a ammonia plant．
Through improving and optimizing the device and process，adding an exhaust gas washing tower and a waste methanol col—
leetion system，reducing ammonia content in the feed gas，controlling the temperature of the Claus gas and the nitrogen
flow for the stripper．the loss of methanol can be controlled below 0．5 kg per ton of ammonia production．
Key words Rectisol process，methanol consumption，optimization，improvement

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