低温甲醇洗工段洗涤塔积液问题分析及解决
低温甲醇洗技术广泛应用于煤化工甲醇合成、氨合成等领域[1,2]。本项目为37 万t/a合成氨及丁辛醇生产装置, 采用大连理工大学低温甲醇洗工艺。洗涤塔共分为ABCD四段, 变换气中的硫化物在洗涤塔下塔 (A段) 脱除, 变换气中的CO2在洗涤塔上塔 (B、C、D段) 脱除, 达到规定指标 (总硫≤0.1ppm, CO2≤10ppm, CH3OH≤25ppm) 后送出装置。洗涤塔操作正常与否直接影响出装置净化气是否达标, 进而影响下游氨合成工段。本文分析了低温甲醇洗工段运行过程中洗涤塔集液盘积液现象及相应处理措施。
1 洗涤塔集液盘液位问题
洗涤塔流程如下图所示, 原料气从塔底进入洗涤塔, 自下而上穿过ABCD四段, 净化气从塔顶离开进入下游工段。甲醇从塔顶喷入, 自上向下穿过各层塔盘和集液盘到达塔釜。由于低温甲醇洗属于物理方法, H2S、COS和CO2等酸性气体在甲醇中的溶解度随温度升高而降低, 为了保证吸收效果, 本装置工艺采用甲醇段间冷却方法。甲醇分别从C段和D段集液盘引出, 经过绕管换热器E-06和氨冷器E-05冷却后返回洗涤塔, 该过程依靠重力自流完成。
本项目低温甲醇洗工段开车之后, 洗涤塔C段和D段集液盘存在积液问题, D段液位在80%~95%之间波动, C段液位在50%~90%之间波动。积液有两方面影响:一、影响净化气指标。本项目生产合成氨和丁辛醇, 不同装置负荷根据情况调整, 当变换气量及循环甲醇量变化时, 集液盘内液位波动较大, 极端情况下甲醇直接通过升气管降入洗涤塔下一段, 影响甲醇段间冷却效果, 进一步影响净化气指标。二、洗涤塔集液盘液位波动带动整个装置温度、压力和液位的波动, 导致频繁操作, 增大装置操作难度。
2 原因分析
洗涤塔C段和D段集液盘液位高度是由液体从上段自流至下段所需克服的阻力降决定的, 正常情况下该过程阻力降包含两部分: (1) 管道阻力降。 (2) 氨冷器及绕管换热器自身阻力降。
D段液位压差=管道阻力降+E06管程阻力降
C段液位压差=管道阻力降+E05 管程阻力降+E06 管程阻力降
核算C段管道阻力降为11KPa, D段管道阻力降为7KPa。氨冷器E-05管程设计阻力降为8KPa, 绕管换热器E-06管程设计阻力降为10KPa。结合设备资料, 计算C段正常液位应为2.1m, 对应液位计显示数据为60%左右, D段正常液位应为0.5m, 对应液位计显示数据应为17%左右。装置运行情况与计算值差异较大, 由此判断甲醇段间冷却流程中存在其它阻力降。
从理论上分析, 其它阻力降可能由以下原因导致: (1) 系统中存在异物, 导致堵塞。 (2) 氨冷器E-05绕管换热器E-06存在制造问题, 设备实际阻力降大于设计阻力降 (。3) 绕管换热器E-06存在气阻。
关于第一种原因, 如果系统中存在杂质引起堵塞, 那堵塞应该在氨冷器E-05和绕管换热器E-06入口。装置运行期间, 现场尝试打开绕管换热器E-06 底部管道的导淋, 甲醇排入地下污甲醇管网, 洗涤塔C段和D段集液盘液位迅速下降, 据此排除杂质堵塞的可能性。
关于第二种原因, 由于工艺流程中氨冷器和绕管换热器进出口未设计压力表, 现场无法判断。
关于第三种原因, 如图三所示, 大连理工大学工艺中绕管换热器E-06 管程采用上进下出的设计方式, 绕管换热器E-06管程管道存在高袋, 装置运行过程中气体可能在绕管换热器顶部积聚引起气阻, 从而导致洗涤塔集液盘上液位的升高。
3 解决措施
根据以上原因分析, 可以制定相应处理措施, 减少洗涤塔C、D段集液盘液位过高问题。
3.1减小管道阻力降:由于洗涤塔段间甲醇流动依靠重力自流完成, 宜减小管道阻力降。可以从两点入手, 第一、调整设备布置, 将氨冷器E-05布置在距绕管换热器E-06较近的位置, 减少管道长度。第二、配管过程中尽量减少弯头个数。
3.2 避免气阻发生:从绕管换热器E-06顶部引一路放空就近送至甲醇闪蒸罐V-07,
发生气阻时将积聚的气体排出。
3.3 在E-06管程进出口增设压力表, 及时了解甲醇流经E-06过程中的阻力降。
3.4 考虑加大洗涤塔段间甲醇出口和回流口之间的高差或者增加集液盘的高度, 避免甲醇直接从升气管下降。
4 结语
由于项目一期装置已经开车, 部分措施不能施行, 洗涤塔CD段液位仍然维持在80%左右, 由于并未出现液泛而且洗涤塔出口净化气指标合格, 所以并未进一步与设备厂家联系确认绕管换热器自身阻力降, 上述措施已在本项目二期设计中考虑。
摘要：洗涤塔是低温甲醇洗的核心设备, 其正常操作与否影响净化气指标。本文介绍了37万t/a合成氨及丁辛醇生产装置低温甲醇洗工段运行过程中洗涤塔集液盘积液现象及相应处理措施。
关键词：脱硫脱碳,低温甲醇洗,洗涤塔,积液,集液盘
参考文献
[1] 张述伟, 低温甲醇洗、液氮洗工艺技术[R].大连:大连理工大学, 2012.
[2] 尹爱存, 贺兰云.两种低温甲醇洗工艺对比[J].天然气化
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