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低温甲醇洗系统冷量优化研究及应用的探讨

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  摘 要:近年来,低温甲醇洗工艺发展较为成熟,并且在石化领域得到了很广泛的应用。本文首先介绍了低温甲醇洗系统的工艺流程,并分析了该系统冷量损失的情况,然后提出了针对性的解决措施,希望能够为相关的工作提供一定的参考。
  关键词:低温甲醇洗;冷量平衡;循环
  本文以合成氨装置为例,对甲醇在低温环境下,除去硫化氢以及二氧化碳气体的原理进行了研究,并且发现气体的吸收是一个放热的过程,需要一定的冷量来维持系统的平衡。
  1 低温甲醇洗系统冷量研究
  1 1具体流程
  一般情况下,合成氨装置都是采用低温甲醇洗工艺,首先变换气需要经过一氧化碳变换单元,等到温度达到38℃以上时,再进入换热器中,然后将温度降低到6℃左右,并继续进入变换气分离罐中,实现气液分离,将水分排出。分离完成后的变换气需要再次进入换热器中,直至温度达到-27℃以下,然后进入吸收塔,进行洗涤处理。整个流程充分利用了低温甲醇溶解度高的特点,当硫化氢和二氧化碳气体经过吸收之后,需要进入变压吸附单元内进行一系列的处理。饱和的甲醇需要进入浓缩塔进行硫化氢的提纯处理,而分离完成后的甲醇会进入再生塔进行再生处理。这里需要注意的是,-50℃左右的二氧化碳与6℃左右的交换气进行接触后会发生换热反应,从而将气体的温度提升至3℃,然后直接排放到大气中。至于甲醇低温洗涤后产生的低温尾气,需要进入除沫器内,然后利用氮气回收冷量,最终温度保持在-10℃左右。
  1 2损失原因
  低温甲醇洗系统中的冷量来源主要包括低温二氧化碳气体、低温尾气和氨压缩机制冷三个方面,所以我们从以下角度分析冷量损失的原因:
  首先,尾气排放温度不高。装置在运行过程中,经常会出现硫化氢产生压差过大,造成装置高负荷运行的情况,并且导致甲醇中含有大量的酸性气体。如果将浮阀塔盘改为固阀塔盘,会在一定程度上改善上述情况,但是随着尾气流量的增加,换热器和氮气冷却器无法有效地对尾气进行收集,直接后果就是尾气排放温度过低。比如正常计划排放温度为-15℃,结果实际排放温度为-25℃,这就说明冷量会被尾气带走,无法进行有效的回收,从而加大了装置的负荷,而且温度过低可能导致管道破裂,出现一系列的安全问题。
  其次,如果-50℃左右的冷甲醇不经过气体分离器,直接进入污甲醇罐,那么就会与已有的甲醇混合在一起,然后直接进入热再生塔内,这种情况会损失大量的冷量,而且二氧化碳气体也会夹带一定比例的甲醇,说明整个系统存在较大的漏洞,甲醇散发和流失十分严重。
  最后,装置中的一些设备在运行过程中会受到材料的质量、性能以及焊接效果的影响,所以导致系统存在内漏的隐患,而且一旦发生内漏,就会产生结晶,降低换热的效率,严重时甚至会堵塞管道,致使装置无法正常运行。
  2 优化低温甲醇洗系统的策略
  2 1添置换热器
  为了有效解决尾气带走冷量的问题,需要添置一定数量的换热器,起到缓冲和循环的作用,这样可以在硫化氢浓缩塔与甲醇洗系统中的变换气单元之间搭建一个通道,便于低温尾气与变换气之间进行深度的冷热交换。需要注意的是,无论增加几台换热器,最终目的都是为了保证交换器出口的温度在6℃左右,所以具体的添置还需要根据实际情况进行分析。可以先添置一台换热器,然后进行气体交换,测量温度,如果符合设计标准,就不需要再额外添置,如果温度较低,就需要在此基础上继续添置。一般而言,添置一台换热器后,装置的负荷能够降低50%以上,尾气排出时的温度能够提高10℃左右,加上二氧化碳气体的混合,有效回收的冷量能夠达到1000kW,满足生产的需求。
  2 2添置甲醇泵
  对于低温冷甲醇经常出现未经回收直接进入再生塔的情况,可以添置低温甲醇泵,将冷甲醇与装置内的甲醇进行充分的混合,然后再输送到再生塔中。按照1t/h的流量计算,如果冷甲醇的温度由-50℃上升至80℃,那么粗略估计,每小时能够回收的冷量在1.5TJ以上,这相当于每小时约降低了0.8t的蒸汽消耗。
  2 3升级深冷器
  因为变换气深冷器在运行过程中会出现内漏的情况,所以需要对深冷器的材料进行更新,而且目前一些换热器能够代替变换气深冷器完成一定的任务,为了保证变换气深冷器发挥应有的作用,需要合理选择和使用内盘管的材料,提高稳定性和可靠性,并发挥氨冷器的作用,在线进行检修,防止出现不必要的停产。当完成上述优化后,可以提高低温甲醇洗系统的效率,并且有效和充分地对系统产生的冷量进行利用,同时解决了前期存在的安全隐患。
  3 结论
  综上所述,冷量在低温甲醇洗系统中的作用十分重要,为了减少冷量损失,并且保证安全生产,需要合理对尾气的排放温度进行控制,并且使用回收泵,对低温甲醇进行回收,从而提升系统的效率。
  参考文献:
  [1]苑桂金.低温甲醇洗净化工艺的影响因素分析[J].石化技术,2018,25(09):161+164.
  [2]李建峰.低温甲醇洗系统环保控制要点及工艺优化[J].中氮肥,2019(01):48-51.
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