低溫甲醇洗裝置運(yùn)行問題剖析與優(yōu)化策略研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)中，氣體凈化環(huán)節(jié)是保障生產(chǎn)高效、穩(wěn)定運(yùn)行，以及產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。低溫甲醇洗裝置作為一種重要的氣體凈化設(shè)備，利用甲醇在低溫環(huán)境下對(duì)酸性氣體溶解度極大的特性，可有效脫除原料氣中的H?S、CO?以及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，在以煤、渣油為原料的大型合成氨、甲醇合成、工業(yè)制氫等生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。自1954年德國(guó)魯奇公司在南非Sasol公司的合成燃料廠建成世界第1套工業(yè)化低溫甲醇洗示范裝置以來(lái)，該技術(shù)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外已有百余套大中型工業(yè)化裝置采用此凈化工藝。隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)低溫甲醇洗裝置的性能和穩(wěn)定性提出了更高要求。在實(shí)際運(yùn)行過程中，低溫甲醇洗裝置會(huì)面臨諸多復(fù)雜問題，如凈化氣總硫超標(biāo)影響后續(xù)生產(chǎn)流程及產(chǎn)品質(zhì)量；系統(tǒng)甲醇損耗大不僅增加生產(chǎn)成本，還可能對(duì)環(huán)境造成污染；冷量不平衡問題導(dǎo)致裝置能耗增加、運(yùn)行效率降低；設(shè)備腐蝕與堵塞問題嚴(yán)重威脅裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，縮短設(shè)備使用壽命，增加維修成本等。這些問題的存在，不僅制約了裝置的高效運(yùn)行，還可能引發(fā)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。以寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司的低溫甲醇洗裝置為例，在運(yùn)行初期，變換氣經(jīng)吸收塔出口總硫長(zhǎng)期超標(biāo)，焦?fàn)t氣經(jīng)吸收塔出口總硫也遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，這使得凈化氣需經(jīng)過合成精脫硫槽進(jìn)一步處理，不僅頻繁更換精脫硫，還降低了催化劑使用壽命，嚴(yán)重影響產(chǎn)能。同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際甲醇消耗遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量超標(biāo)，造成甲醇大量損耗，且裝置區(qū)異味嚴(yán)重。此外，由于有機(jī)硫在系統(tǒng)中積累，含硫甲醇難以再生徹底，需定期大量補(bǔ)充新鮮甲醇置換含硫甲醇，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還面臨含硫甲醇處置難題。這些實(shí)際案例充分凸顯了研究低溫甲醇洗裝置運(yùn)行問題及對(duì)策的緊迫性和重要性。深入研究低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及有效對(duì)策，對(duì)化工生產(chǎn)具有多方面的重要意義。通過解決裝置運(yùn)行中的問題，可確保凈化氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，滿足后續(xù)生產(chǎn)工藝對(duì)原料氣純度的嚴(yán)格要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。優(yōu)化裝置運(yùn)行參數(shù)和操作流程，能夠降低甲醇損耗、減少冷量損失，提高能源利用效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。保障裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備故障和事故發(fā)生概率，降低維修成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，為化工生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性提供堅(jiān)實(shí)保障。研究成果還可為同類型裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化、操作管理提供有益借鑒，推動(dòng)整個(gè)化工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)的研究起步較早，德國(guó)林德（Linde）公司和魯奇（Lurgi）公司作為該技術(shù)的開發(fā)者，擁有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和深厚的技術(shù)積累。自1954年德國(guó)魯奇公司在南非Sasol公司的合成燃料廠建成世界第1套工業(yè)化低溫甲醇洗示范裝置以來(lái)，國(guó)外眾多學(xué)者和工程師圍繞該技術(shù)的工藝優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)等方面展開了大量研究。在工藝優(yōu)化方面，研究主要集中在如何提高酸性氣體的吸收效率、降低能耗以及增強(qiáng)裝置的穩(wěn)定性。通過對(duì)甲醇吸收機(jī)理的深入研究，優(yōu)化吸收塔的塔板數(shù)、回流比等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)H?S、CO?等酸性氣體更高效的脫除。在設(shè)備改進(jìn)上，研發(fā)了新型的換熱器、塔內(nèi)件等，提高了設(shè)備的傳熱、傳質(zhì)效率，降低了設(shè)備投資和運(yùn)行成本。美國(guó)、日本等國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)也在低溫甲醇洗技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索與其他先進(jìn)技術(shù)的集成應(yīng)用，如與膜分離技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步提高氣體凈化效果和能源利用效率。國(guó)內(nèi)對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)的研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代，隨著國(guó)內(nèi)煤化工行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)低溫甲醇洗技術(shù)的研究逐漸深入。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行優(yōu)化、故障診斷與處理等方面取得了一系列成果。通過對(duì)實(shí)際運(yùn)行裝置的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與分析，研究了原料氣組成、操作條件（溫度、壓力、流量等）對(duì)裝置性能的影響規(guī)律，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。針對(duì)裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的凈化氣總硫超標(biāo)問題，分析了原因并提出了增加活性炭脫硫槽、優(yōu)化甲醇再生工藝等解決方法；對(duì)于系統(tǒng)甲醇損耗大的問題，通過改造尾氣洗滌塔、優(yōu)化甲醇回收流程等措施，有效降低了甲醇消耗。國(guó)內(nèi)科研人員還在低溫甲醇洗技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化方面做出了努力，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝包和關(guān)鍵設(shè)備，提高了國(guó)內(nèi)低溫甲醇洗裝置的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。盡管國(guó)內(nèi)外在低溫甲醇洗裝置的研究和應(yīng)用方面取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究在應(yīng)對(duì)復(fù)雜原料氣組成方面的針對(duì)性還不夠強(qiáng)，當(dāng)原料氣中含有特殊雜質(zhì)或組成波動(dòng)較大時(shí)，裝置的適應(yīng)性和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。在低溫甲醇洗裝置的智能化控制方面，雖然已經(jīng)有一些探索，但目前的自動(dòng)化水平仍不能完全滿足生產(chǎn)過程中對(duì)精準(zhǔn)控制和實(shí)時(shí)優(yōu)化的需求。此外，對(duì)于低溫甲醇洗裝置與上下游裝置的協(xié)同優(yōu)化研究相對(duì)較少，如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，還需要進(jìn)一步深入探討。1.3研究方法與內(nèi)容本文采用了多種研究方法，以全面、深入地剖析低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)對(duì)策。通過收集國(guó)內(nèi)外低溫甲醇洗裝置的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)、技術(shù)資料以及相關(guān)研究文獻(xiàn)，對(duì)不同工況下裝置的性能表現(xiàn)、常見問題及解決措施進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和總結(jié)，為后續(xù)的分析提供了豐富的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。同時(shí)，深入寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司等企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)地考察低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行狀況，與一線操作人員和技術(shù)人員進(jìn)行交流，獲取裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中遇到的具體問題和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使研究更具針對(duì)性和實(shí)用性。基于物理吸收原理和化工熱力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)低溫甲醇洗裝置的工藝流程進(jìn)行模擬分析，研究不同操作參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）對(duì)裝置性能的影響規(guī)律，通過建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)裝置在不同工況下的運(yùn)行效果，為優(yōu)化措施的制定提供理論指導(dǎo)。本文重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括深入分析低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的凈化氣總硫超標(biāo)、系統(tǒng)甲醇損耗大、冷量不平衡、設(shè)備腐蝕與堵塞等關(guān)鍵問題的成因。從原料氣性質(zhì)、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)與材質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)等多個(gè)方面進(jìn)行剖析，找出問題的根源所在。針對(duì)上述問題，結(jié)合理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出一系列切實(shí)可行的解決對(duì)策和優(yōu)化措施。如通過優(yōu)化脫硫工藝、改進(jìn)甲醇再生流程來(lái)解決凈化氣總硫超標(biāo)問題；通過改造尾氣洗滌塔、優(yōu)化甲醇回收系統(tǒng)來(lái)降低系統(tǒng)甲醇損耗；通過調(diào)整制冷系統(tǒng)、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)冷量平衡；通過選擇合適的設(shè)備材質(zhì)、添加緩蝕劑、優(yōu)化工藝流程來(lái)解決設(shè)備腐蝕與堵塞問題等。通過實(shí)際案例分析，驗(yàn)證所提出的解決對(duì)策和優(yōu)化措施的有效性和可行性。對(duì)比措施實(shí)施前后裝置的運(yùn)行指標(biāo)，評(píng)估優(yōu)化效果，為同類型裝置的運(yùn)行管理提供參考依據(jù)。同時(shí)，對(duì)低溫甲醇洗裝置的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，提出進(jìn)一步改進(jìn)和完善的方向，以適應(yīng)不斷發(fā)展的化工生產(chǎn)需求。二、低溫甲醇洗裝置概述2.1工作原理低溫甲醇洗裝置的工作原理基于物理吸收過程，主要依據(jù)亨利定律。該定律指出，在一定的溫度和平衡狀態(tài)下，一種氣體在溶液里的溶解度與該氣體的平衡分壓成正比。甲醇作為一種極性溶劑，對(duì)H?S、CO?、COS等極性分子溶質(zhì)具有很強(qiáng)的吸收能力，而對(duì)H?、N?、CO、CH?等非極性分子溶質(zhì)的吸收能力較弱，這使得甲醇在氣體凈化過程中表現(xiàn)出良好的選擇性。在低溫甲醇洗工藝中，原料氣通常先經(jīng)過預(yù)處理，去除其中的灰塵、水分和重質(zhì)烴類等雜質(zhì)，以保證后續(xù)吸收過程的順利進(jìn)行。預(yù)處理后的原料氣進(jìn)入吸收塔，在低溫（一般為-30℃至-70℃）和高壓（通常為2-8MPa）條件下，與從吸收塔頂部噴淋而下的冷甲醇充分接觸。由于低溫高壓下，H?S、CO?等酸性氣體在甲醇中的溶解度極大，它們迅速?gòu)臍庀噢D(zhuǎn)移到液相，被甲醇溶液吸收，從而實(shí)現(xiàn)原料氣的脫硫脫碳。以某實(shí)際裝置為例，該裝置處理的原料氣中CO?含量約為30%，H?S含量約為0.5%。在吸收塔內(nèi)，經(jīng)過與冷甲醇的充分接觸，凈化氣中CO?含量可降至20ppm以下，H?S含量可降至0.1ppm以下，滿足了后續(xù)生產(chǎn)工藝對(duì)氣體純度的嚴(yán)格要求。在這個(gè)過程中，吸收塔內(nèi)的溫度和壓力對(duì)吸收效果起著關(guān)鍵作用。溫度越低、壓力越高，酸性氣體在甲醇中的溶解度越大，吸收效果越好。甲醇的循環(huán)量也會(huì)影響吸收效果，合適的甲醇循環(huán)量能夠保證足夠的吸收劑與原料氣接觸，從而實(shí)現(xiàn)高效的吸收過程。吸收了酸性氣體的甲醇溶液（即富甲醇）從吸收塔底部流出，為了使甲醇能夠循環(huán)利用，需要對(duì)富甲醇進(jìn)行再生處理，恢復(fù)其吸收能力。再生過程通常采用減壓閃蒸、氮?dú)鈿馓岷图訜嵩偕榷喾N方法相結(jié)合。富甲醇首先進(jìn)入中壓閃蒸塔，通過降低壓力，使溶解在甲醇中的一部分CO?、H?、CO等氣體閃蒸出來(lái)，這些閃蒸氣可以進(jìn)行回收利用，減少有效氣體的損失。從閃蒸塔出來(lái)的甲醇溶液進(jìn)入再吸收塔，進(jìn)一步降壓閃蒸并經(jīng)過N?氣提，提出大部分的CO?和H?S。對(duì)于溶解度較高的H?S、COS等氣體，通過加熱再生的方式，在熱再生塔中將甲醇溶液加熱至95℃以上，使這些氣體從甲醇溶液中完全解吸出來(lái)，得到純凈的甲醇（貧甲醇），貧甲醇經(jīng)過冷卻后送回吸收塔繼續(xù)吸收原料氣中的酸性氣體。在某工廠的低溫甲醇洗裝置中，通過優(yōu)化再生工藝，將熱再生塔的溫度控制在98℃，壓力控制在0.05MPa，使得甲醇的再生度達(dá)到了99%以上，有效提高了甲醇的循環(huán)利用率，降低了生產(chǎn)成本。在再生過程中，氣提氮?dú)獾牧髁亢蜏囟纫矔?huì)影響再生效果。適當(dāng)增加氣提氮?dú)獾牧髁?，可以降低溶質(zhì)分壓，促進(jìn)酸性氣體的解吸；而控制好氣提氮?dú)獾臏囟?，能夠避免?duì)甲醇溶液的溫度產(chǎn)生過大影響，保證再生過程的穩(wěn)定性。在整個(gè)低溫甲醇洗工藝中，溫度是影響吸收和解吸效果的關(guān)鍵因素。低溫有利于酸性氣體的吸收，而高溫則有利于富甲醇的再生。因此，裝置需要配備專門的制冷系統(tǒng)，如丙烯制冷系統(tǒng)，來(lái)提供低溫環(huán)境所需的冷量。通過合理控制制冷系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，以及利用富甲醇閃蒸等過程產(chǎn)生的冷量，實(shí)現(xiàn)裝置的冷量平衡，確保整個(gè)工藝過程的高效穩(wěn)定運(yùn)行。2.2工藝流程以某典型的魯奇低溫甲醇洗裝置為例，其工藝流程主要包括吸收、再生、閃蒸等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的高效凈化。原料氣首先進(jìn)入原料氣脫氨塔，與塔頂噴淋的脫鹽水逆流接觸，脫除其中的氨。這是因?yàn)榘痹诤罄m(xù)的低溫甲醇洗過程中會(huì)與甲醇發(fā)生反應(yīng)，生成銨鹽等雜質(zhì)，不僅會(huì)影響甲醇的吸收性能，還可能導(dǎo)致設(shè)備和管道的堵塞。脫氨后的原料氣依次經(jīng)過原料氣/合成氣換熱器、深冷器冷卻至10℃左右，再進(jìn)入原料氣最終冷卻器冷卻到-17℃左右，為后續(xù)的吸收過程創(chuàng)造適宜的溫度條件。冷卻后的原料氣進(jìn)入吸收塔底部，該塔是整個(gè)低溫甲醇洗裝置的核心設(shè)備之一，采用了規(guī)整填料塔或板式塔結(jié)構(gòu)，以提供良好的氣液接觸條件，實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)過程。從吸收塔頂部進(jìn)入的低溫甲醇（貧甲醇），在重力作用下自上而下流動(dòng)，與自下而上的原料氣充分接觸。在低溫高壓的環(huán)境下，甲醇對(duì)H?S、CO?等酸性氣體具有極強(qiáng)的溶解能力，按照先吸收CO?再吸收H?S的順序，經(jīng)過四段逐步吸收，原料氣中的酸性氣體被甲醇溶液吸收，從而實(shí)現(xiàn)脫硫脫碳。出吸收塔塔頂?shù)膬艋瘹?，總硫含量?.1ppm，CO?約3%左右，滿足了后續(xù)生產(chǎn)工藝對(duì)氣體純度的嚴(yán)格要求。凈化氣經(jīng)過多個(gè)換熱器熱交換回收冷量之后，被送往甲醇合成裝置。在吸收塔中吸收了CO?和H?S的甲醇（富甲醇），從吸收塔各段收液槽出來(lái)，經(jīng)過氨冷器進(jìn)一步冷卻，降低溫度以減少甲醇的揮發(fā)損失，同時(shí)提高甲醇中酸性氣體的溶解度，然后被送到中壓閃蒸塔上下兩段分別閃蒸。中壓閃蒸塔的操作壓力一般控制在1.0-1.6MPa，在這個(gè)壓力下，溶解在甲醇中的一部分CO?、H?、CO等氣體因壓力降低而閃蒸出來(lái)，這些閃蒸氣中含有一定量的有效氣體，如H?和CO，經(jīng)過壓縮后可送回原料氣系統(tǒng)進(jìn)行回收利用，提高了資源利用率，降低了生產(chǎn)成本。出中壓閃蒸塔的甲醇被氨冷器進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入再吸收塔。在再吸收塔中，一部分甲醇降壓閃蒸出比較純凈的CO?，可作為產(chǎn)品氣用于其他生產(chǎn)過程，如尿素生產(chǎn)等；另一部分降壓閃蒸并經(jīng)過N?氣提，進(jìn)一步降低甲醇中CO?和H?S的含量。N?氣提的原理是利用氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w，降低氣相中酸性氣體的分壓，根據(jù)亨利定律，使溶解在甲醇中的酸性氣體更容易解吸出來(lái)。經(jīng)過氣提后，大部分的CO?和H?S被提出，H?S經(jīng)過冷甲醇再吸收，以提高H?S的濃度，便于后續(xù)的硫回收處理；CO?和N?的混合氣體成為尾氣，經(jīng)過回收冷量后，被送入尾氣洗滌塔。從再吸收塔中出來(lái)的甲醇，經(jīng)過換熱回收冷量后用泵輸送至熱再生塔。熱再生塔是甲醇再生的關(guān)鍵設(shè)備，通過再沸器提供熱量，將甲醇加熱至95℃以上。在高溫條件下，甲醇中吸收的H?S、CO?等氣體的溶解度急劇降低，從而從甲醇溶液中完全解吸出來(lái)，使甲醇得到徹底再生，成為純凈的貧甲醇。貧甲醇經(jīng)過冷卻后送回吸收塔繼續(xù)吸收原料氣中的CO?和H?S，實(shí)現(xiàn)甲醇的循環(huán)利用。在熱再生塔中，甲醇脫除了吸收的全部氣體，但其中的水分不能有效脫出，故將熱再生塔中的一小部分甲醇輸送至甲醇水塔進(jìn)行精餾。甲醇水塔通過精餾的方式，利用甲醇和水沸點(diǎn)的差異，將甲醇中的大部分水脫除，控制水含量小于1%，然后以氣態(tài)重新返回?zé)嵩偕倮?，保證了甲醇循環(huán)中的水平衡。在再吸收塔中產(chǎn)生的尾氣，雖然經(jīng)過了一系列處理，但仍可能夾帶少量甲醇。為了減少甲醇的排放損失，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的污染，尾氣被送入尾氣洗滌塔，用脫鹽水進(jìn)行洗滌。在尾氣洗滌塔中，脫鹽水與尾氣逆流接觸，將尾氣中夾帶的甲醇溶解吸收，洗滌后的尾氣放空至大氣中，確保尾氣中甲醇含量符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。2.3技術(shù)特點(diǎn)低溫甲醇洗裝置在氣體凈化領(lǐng)域展現(xiàn)出多方面的顯著優(yōu)勢(shì)。該裝置對(duì)酸性氣體具有極高的凈化能力，能夠深度脫除原料氣中的H?S、CO?及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，使凈化氣中總硫含量可低至0.1ppm以下，CO?含量可降至10ppm以下，這為后續(xù)對(duì)氣體純度要求苛刻的化工生產(chǎn)過程，如甲醇合成、氨合成等提供了有力保障。以某甲醇合成項(xiàng)目為例，采用低溫甲醇洗裝置凈化原料氣后，合成催化劑的使用壽命從原來(lái)的1年延長(zhǎng)至2年以上，有效提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。甲醇對(duì)H?S、CO?等酸性氣體具有良好的選擇性吸收特性，這使得在吸收過程中，能夠在不同設(shè)備或在同一設(shè)備的不同部位分別吸收H?S和CO?，并且可以在不同的條件下分別解吸，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同酸性氣體的高效分離和回收。在實(shí)際操作中，通過合理控制吸收塔內(nèi)的溫度、壓力等條件，可使甲醇優(yōu)先吸收H?S，再吸收CO?，從而提高了吸收過程的針對(duì)性和有效性，減少了不必要的能耗和資源浪費(fèi)。在低溫條件下，H?S和CO?在甲醇中的溶解度極大，這使得吸收溶液的循環(huán)量較小，特別是在原料氣壓力較高時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)更加明顯。低溫下H?和CO等在甲醇中的溶解度較低，甲醇的蒸氣壓也很小，這就有效減少了有用氣體和溶劑的損失，降低了裝置的運(yùn)行成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與其他氣體凈化工藝相比，低溫甲醇洗裝置在處理相同規(guī)模原料氣時(shí)，能耗可降低20%-30%。然而，低溫甲醇洗裝置也存在一些局限性。由于裝置需要在低溫（一般為-30℃至-70℃）環(huán)境下運(yùn)行，這對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)提出了較高要求，需要采用低溫材料，如低溫碳鋼、不銹鋼等，以確保設(shè)備在低溫下的強(qiáng)度和韌性，防止設(shè)備因低溫脆裂而發(fā)生故障。部分關(guān)鍵設(shè)備，如繞管式換熱器等，技術(shù)含量高，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力有限，需從國(guó)外引進(jìn)，這導(dǎo)致裝置的一次性投資較大。甲醇是一種有毒的有機(jī)溶劑，對(duì)操作人員的健康存在潛在威脅。在裝置的操作和維護(hù)過程中，需要嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，配備完善的防護(hù)設(shè)備，如防毒面具、防護(hù)服等，以防止操作人員接觸和吸入甲醇蒸氣。一旦發(fā)生甲醇泄漏，還需及時(shí)采取有效的應(yīng)急措施，進(jìn)行泄漏源封堵和泄漏物清理，以減少對(duì)環(huán)境和人員的危害。這對(duì)操作人員的專業(yè)素質(zhì)和操作技能提出了較高要求，增加了操作和管理的難度。為了降低甲醇的毒性風(fēng)險(xiǎn)，一些企業(yè)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，減少操作人員與甲醇的直接接觸頻率。加強(qiáng)對(duì)操作人員的安全培訓(xùn)和應(yīng)急演練，提高他們應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的能力，確保裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三、運(yùn)行中常見問題分析3.1凈化氣質(zhì)量問題3.1.1總硫超標(biāo)凈化氣總硫超標(biāo)是低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中較為常見且影響嚴(yán)重的問題之一，會(huì)對(duì)后續(xù)生產(chǎn)流程及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。以寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司的低溫甲醇洗裝置為例，在裝置運(yùn)行初期，變換氣經(jīng)吸收塔T001(A/B)出口總硫長(zhǎng)期在6.80×10??左右，焦?fàn)t氣經(jīng)吸收塔T008出口總硫在7.00×10??左右。兩股氣體混合后總硫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值(≤1.00×10??)，此混合凈化氣經(jīng)過合成精脫硫槽使總硫＜1.00×10??后進(jìn)入合成塔。凈化氣總硫含量高，不僅需要頻繁更換精脫硫，增加了生產(chǎn)成本，還降低了催化劑使用壽命，進(jìn)而影響了產(chǎn)能。導(dǎo)致凈化氣總硫超標(biāo)的原因是多方面的。焦?fàn)t氣品質(zhì)差是一個(gè)重要因素。自焦化來(lái)的焦?fàn)t氣中硫含量高，使得進(jìn)入低溫甲醇洗裝置的原料氣中硫負(fù)荷增大，增加了脫硫的難度。從變換來(lái)的氣體中組分復(fù)雜，含有COS、噻吩、硫醇、硫醚等有機(jī)硫，這些有機(jī)硫很難通過貧甲醇和半貧甲醇脫除。有機(jī)硫在系統(tǒng)中積累，含硫甲醇在熱再生塔難以再生徹底，使貧甲醇中的硫含量高，從而導(dǎo)致凈化氣總硫高。在某化工企業(yè)中，由于變換氣中有機(jī)硫含量過高，盡管低溫甲醇洗裝置的操作條件已優(yōu)化至最佳，凈化氣總硫仍長(zhǎng)期超標(biāo)。經(jīng)過深入分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)硫在甲醇中的溶解度較低，且在熱再生塔中難以完全解吸，導(dǎo)致有機(jī)硫在系統(tǒng)中不斷積累，最終影響了凈化氣的質(zhì)量。原料氣流量過大也是導(dǎo)致凈化氣總硫超標(biāo)的原因之一。寧夏寶豐能源集團(tuán)的裝置設(shè)計(jì)處理原料變換氣正常流量為51萬(wàn)Nm3/h，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了提高產(chǎn)量，原料變換氣量有時(shí)高達(dá)63萬(wàn)Nm3/h。當(dāng)原料氣流量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，為了降低凈化氣總硫，必須增加吸收塔頂貧甲醇流量，從而導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)量增大。循環(huán)量的增大可能會(huì)使貧甲醇溫度升高，根據(jù)物理吸收原理，溫度升高會(huì)降低甲醇對(duì)硫的溶解度，進(jìn)而引起凈化氣總硫超標(biāo)。當(dāng)貧甲醇溫度從-40℃升高到-35℃時(shí)，甲醇對(duì)H?S的溶解度會(huì)降低約20%，這使得脫硫效果大打折扣，凈化氣總硫含量隨之升高。3.1.2二氧化碳含量異常二氧化碳含量異常也是低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中需要關(guān)注的重要問題，會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生不利影響。以大唐呼倫貝爾化肥有限公司的低溫甲醇洗裝置為例，在實(shí)際運(yùn)行過程中，曾出現(xiàn)凈化氣中二氧化碳含量異常的情況，超出了工藝要求的范圍，對(duì)后續(xù)甲醇合成等工序的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量造成了威脅。二氧化碳閃蒸塔壓力異常是導(dǎo)致二氧化碳含量異常的一個(gè)關(guān)鍵原因。二氧化碳閃蒸塔的作用是通過減壓閃蒸，使溶解在甲醇中的二氧化碳釋放出來(lái)。當(dāng)閃蒸塔壓力過高時(shí)，二氧化碳的解吸受到抑制，部分二氧化碳無(wú)法從甲醇溶液中閃蒸出來(lái)，導(dǎo)致進(jìn)入后續(xù)工序的甲醇中二氧化碳含量仍然較高。在后續(xù)的吸收塔中，由于甲醇中已含有較多的二氧化碳，其對(duì)原料氣中二氧化碳的吸收能力下降，從而使得凈化氣中二氧化碳含量超標(biāo)。若閃蒸塔壓力比正常操作壓力高出0.2MPa，二氧化碳的解吸率可能會(huì)降低15%-20%，導(dǎo)致大量二氧化碳?xì)埩粼诩状既芤褐?，最終使凈化氣中二氧化碳含量異常升高。脫硫塔甲醇量不合理也會(huì)導(dǎo)致二氧化碳含量異常。脫硫塔中甲醇的用量和分布對(duì)二氧化碳的吸收效果有著重要影響。如果甲醇量過少，無(wú)法充分吸收原料氣中的二氧化碳，會(huì)導(dǎo)致凈化氣中二氧化碳含量升高；而甲醇量過多，雖然有利于二氧化碳的吸收，但可能會(huì)造成甲醇的浪費(fèi)，增加生產(chǎn)成本，還可能影響其他工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。甲醇在塔內(nèi)的分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致局部吸收效果不佳，也會(huì)使凈化氣中二氧化碳含量出現(xiàn)異常波動(dòng)。在某工廠的低溫甲醇洗裝置中，由于脫硫塔甲醇分配器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致甲醇在塔內(nèi)分布不均，部分區(qū)域甲醇量過多，部分區(qū)域甲醇量過少。結(jié)果，凈化氣中二氧化碳含量出現(xiàn)大幅波動(dòng)，最高時(shí)超出標(biāo)準(zhǔn)值的50%，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。3.2甲醇損耗問題3.2.1尾氣帶醇寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司的低溫甲醇洗裝置在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)甲醇損耗大是一個(gè)突出問題，實(shí)際甲醇消耗遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際消耗甲醇為321kg/h，而設(shè)計(jì)甲醇消耗指標(biāo)僅為190kg/h。通過對(duì)裝置各部位的分析，發(fā)現(xiàn)尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量超標(biāo)是造成甲醇損耗過大的主要原因之一。裝置自開車以來(lái)，尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量約1.50×10?3，遠(yuǎn)超正常標(biāo)準(zhǔn)，這不僅導(dǎo)致大量甲醇隨尾氣排放而損失，還使裝置區(qū)異味嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境造成了不良影響。尾氣帶醇的原因主要是尾氣洗滌塔的洗滌效果不佳。尾氣洗滌塔的作用是用脫鹽水洗滌尾氣，以回收其中夾帶的甲醇，減少甲醇的排放損失。當(dāng)洗滌塔內(nèi)的填料出現(xiàn)堵塞、氣液分布不均勻或者洗滌水量不足等情況時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致洗滌效率降低，無(wú)法充分吸收尾氣中的甲醇。在某工廠的低溫甲醇洗裝置中，由于尾氣洗滌塔的填料被雜質(zhì)堵塞，氣液接觸面積減小，使得尾氣中甲醇含量從正常的0.05%上升至0.2%，甲醇損耗大幅增加。尾氣的流量和組成也會(huì)影響尾氣帶醇的情況。如果尾氣流量過大，超過了洗滌塔的設(shè)計(jì)處理能力，那么洗滌時(shí)間會(huì)縮短，甲醇來(lái)不及被充分吸收就被排出；尾氣中其他氣體成分的變化，也可能影響甲醇在其中的溶解度和傳質(zhì)過程，進(jìn)而導(dǎo)致尾氣帶醇量增加。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)原料氣組成發(fā)生波動(dòng)時(shí)，尾氣的組成也會(huì)相應(yīng)改變，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)尾氣中甲醇含量突然升高的情況，這與尾氣組成的變化密切相關(guān)。3.2.2其他損耗途徑除了尾氣帶醇導(dǎo)致甲醇損耗外，去硫回收酸性氣、塔底廢水、凈化氣等部位也會(huì)造成一定程度的甲醇損耗。在低溫甲醇洗裝置中，去硫回收的酸性氣中會(huì)攜帶少量甲醇。這是因?yàn)樵诩状嘉账嵝詺怏w的過程中，部分甲醇會(huì)溶解在酸性氣中，在后續(xù)的閃蒸、氣提等過程中，雖然大部分甲醇被分離出來(lái)，但仍有少量甲醇隨酸性氣進(jìn)入硫回收系統(tǒng)。在某企業(yè)的裝置中，經(jīng)過對(duì)去硫回收酸性氣的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其中甲醇含量約為0.08%，雖然比例看似不高，但由于酸性氣的流量較大，長(zhǎng)期積累下來(lái)，甲醇的損耗量也不容忽視。塔底廢水也是甲醇損耗的一個(gè)途徑。在甲醇再生過程中，會(huì)產(chǎn)生含有少量甲醇的廢水，這些廢水如果直接排放，其中的甲醇就會(huì)流失。塔底廢水的甲醇含量與甲醇再生工藝的效果密切相關(guān)，如果再生不徹底，甲醇在廢水中的殘留量就會(huì)增加。當(dāng)甲醇水分離塔的操作溫度、壓力等參數(shù)控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致甲醇和水分離不徹底，使塔底廢水中甲醇含量升高，最高可達(dá)0.5%，這不僅造成了甲醇的浪費(fèi)，還增加了廢水處理的難度和成本。凈化氣中也會(huì)含有一定量的甲醇，從而造成甲醇損耗。凈化氣中甲醇含量主要與吸收塔的操作條件有關(guān)，如吸收溫度、壓力、甲醇循環(huán)量等。當(dāng)吸收溫度過高或甲醇循環(huán)量不足時(shí)，甲醇對(duì)酸性氣體的吸收效果會(huì)受到影響，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致凈化氣中甲醇含量增加。在某裝置中，由于吸收塔的溫度控制出現(xiàn)偏差，溫度升高了5℃，凈化氣中甲醇含量從正常的0.03%升高至0.08%，使得甲醇損耗明顯增加。3.3設(shè)備故障問題3.3.1換熱器凍堵在低溫甲醇洗裝置中，換熱器凍堵是一個(gè)常見且棘手的設(shè)備故障問題，會(huì)對(duì)裝置的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。以某項(xiàng)目的低溫甲醇洗裝置為例，該裝置采用繞管式換熱器，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位容積傳熱面積大等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)坠晒に囄锪贤瑫r(shí)冷卻或加熱，且冷熱端溫差小，換熱效率高，冷量回收較為徹底，在低溫甲醇洗裝置中還可以減少甲醇的循環(huán)量，降低水、電、冷量和蒸汽的消耗。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，該繞管式換熱器卻出現(xiàn)了凍堵現(xiàn)象。該項(xiàng)目的低溫甲醇洗裝置處理的原料氣來(lái)自變換裝置，經(jīng)過氨洗滌塔后分為兩股，在送達(dá)繞管式換熱器前經(jīng)過氣量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥處管道內(nèi)徑與前后管道內(nèi)徑存在較大差異，這使得管道壓降增大，導(dǎo)致通過繞管式換熱器的氣量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)氣量，實(shí)際氣量不足設(shè)計(jì)氣量的70%。氣量減少使得換熱后溫度降低，增大了繞管式換熱器發(fā)生凍堵的可能性。原設(shè)計(jì)中該繞管式換熱器換熱后溫度為22℃，因此未設(shè)計(jì)噴淋甲醇裝置。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于上述氣量變化等因素，換熱后溫度降至-5℃，原料氣中的飽和水在低溫下結(jié)冰，附著在換熱器列管上，嚴(yán)重時(shí)造成了繞管式換熱器凍堵。凍堵現(xiàn)象發(fā)生后，換熱器前后壓差增大，原料氣量急劇減少，由于原料氣經(jīng)過管程，凍堵發(fā)生在列管內(nèi)部，水結(jié)冰膨脹，導(dǎo)致列管破裂。痕量的水過冷，累積成冰粒，在氣流沖擊下，對(duì)管子彎曲段反復(fù)撞擊，逐漸導(dǎo)致管子破裂或穿孔，進(jìn)一步加劇了設(shè)備的損壞。與包頭煤化工180萬(wàn)t煤制甲醇裝置對(duì)比，其原料冷卻器Ⅱ與該項(xiàng)目的繞管式換熱器類似，入口安裝有噴淋甲醇。在正常運(yùn)行時(shí)，該原料冷卻器Ⅱ未發(fā)生凍堵情況，但在貧甲醇泵聯(lián)鎖停車事故中，噴淋甲醇中斷，原料冷卻器Ⅱ運(yùn)行壓差由正常運(yùn)行時(shí)的22kPa上漲至35kPa，這充分說明噴淋甲醇中斷期間會(huì)發(fā)生凍堵情況，也進(jìn)一步印證了噴淋甲醇對(duì)于防止換熱器凍堵的重要性。3.3.2塔內(nèi)件損壞塔內(nèi)件損壞也是低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中不容忽視的問題，會(huì)導(dǎo)致裝置的性能下降，影響氣體凈化效果。以某化工企業(yè)的低溫甲醇洗裝置的洗滌塔為例，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了殼體漏氣現(xiàn)象，沿塔殼縱向及橫向有明顯氣泡，壓縮氣體自洗滌塔的排氣管中泄漏出來(lái)，甚至造成液面下降。經(jīng)檢查分析，發(fā)現(xiàn)是由于洗滌塔厚度不夠，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)塔體強(qiáng)度計(jì)算不足，且材質(zhì)選用不當(dāng)，無(wú)法承受塔內(nèi)的壓力和介質(zhì)的腐蝕，從而導(dǎo)致了殼體漏氣。該洗滌塔還出現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形的問題，造成填料移位，影響了洗滌效果。這主要是由于在裝置過程中操作不當(dāng)，如在安裝塔內(nèi)件時(shí)未按照規(guī)范進(jìn)行操作，導(dǎo)致塔內(nèi)件安裝不牢固；在運(yùn)行過程中，溫度和壓力的頻繁波動(dòng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，使塔內(nèi)結(jié)構(gòu)材料疲勞損壞，進(jìn)而發(fā)生變形。在洗滌塔操作中，還發(fā)現(xiàn)了塔內(nèi)填料有零散的脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致洗滌效果降低。經(jīng)檢查，是由于軟管連接不當(dāng)，在安裝填料時(shí)，軟管的連接部位沒有固定好，隨著塔內(nèi)氣液的流動(dòng)，填料受到?jīng)_擊，導(dǎo)致軟管松動(dòng)，從而使填料零件脫落；工程施工不嚴(yán)謹(jǐn)，在施工過程中沒有嚴(yán)格按照填料安裝規(guī)范進(jìn)行操作，也可能導(dǎo)致填料安裝不牢固，容易脫落。四、問題解決對(duì)策與優(yōu)化措施4.1工藝操作優(yōu)化4.1.1調(diào)整操作參數(shù)根據(jù)大唐呼倫貝爾化肥有限公司的經(jīng)驗(yàn)，在低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行中，合理調(diào)整操作參數(shù)對(duì)提升裝置性能至關(guān)重要。對(duì)于吸收塔溫度的優(yōu)化，該公司通過精確控制制冷系統(tǒng)和換熱器的運(yùn)行，將吸收塔的溫度穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)。當(dāng)原料氣中酸性氣體含量較高時(shí)，適當(dāng)降低吸收塔溫度，可提高甲醇對(duì)酸性氣體的溶解度，增強(qiáng)吸收效果。在實(shí)際操作中，將吸收塔溫度從-45℃降低至-50℃，凈化氣中CO?含量可降低約0.5%，H?S含量降低約0.05ppm，有效提升了凈化氣的質(zhì)量。吸收塔壓力的調(diào)整也是關(guān)鍵。通過提高吸收塔的壓力，增加了氣體分子與甲醇分子的碰撞概率，從而提高了吸收效率。當(dāng)吸收塔壓力從3.5MPa提高到4.0MPa時(shí)，CO?的吸收率提高了約5%，H?S的吸收率提高了約3%，使得凈化氣中酸性氣體含量進(jìn)一步降低，滿足了更高的生產(chǎn)要求。甲醇循環(huán)量的優(yōu)化同樣不可忽視。大唐呼倫貝爾化肥有限公司根據(jù)原料氣的流量和組成，實(shí)時(shí)調(diào)整甲醇循環(huán)量。當(dāng)原料氣流量增加時(shí)，相應(yīng)增加甲醇循環(huán)量，以保證足夠的甲醇與原料氣接觸，確保吸收效果。通過精確計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的反饋，確定了在不同工況下的最佳甲醇循環(huán)量。在原料氣流量增加20%的情況下，將甲醇循環(huán)量提高15%，凈化氣質(zhì)量仍能保持穩(wěn)定，同時(shí)避免了因甲醇循環(huán)量過大導(dǎo)致的能耗增加和設(shè)備磨損。通過這些操作參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，大唐呼倫貝爾化肥有限公司的低溫甲醇洗裝置在凈化氣質(zhì)量、生產(chǎn)效率和能耗等方面都取得了顯著的改善。凈化氣中CO?含量穩(wěn)定控制在3%以下，H?S含量低于0.1ppm，滿足了后續(xù)生產(chǎn)工藝對(duì)氣體純度的嚴(yán)格要求；裝置的生產(chǎn)效率提高了約10%，有效提升了企業(yè)的產(chǎn)能；能耗降低了約15%，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。4.1.2改進(jìn)操作流程通過優(yōu)化氣體分布和改變甲醇進(jìn)料方式等流程改進(jìn)措施，能夠有效提升低溫甲醇洗裝置的性能。在氣體分布優(yōu)化方面，某化工企業(yè)對(duì)吸收塔的氣體分布器進(jìn)行了改造。原有的氣體分布器在氣體流量波動(dòng)時(shí)，容易出現(xiàn)氣體分布不均勻的情況，導(dǎo)致部分區(qū)域吸收效果不佳，影響凈化氣質(zhì)量。該企業(yè)采用了新型的氣體分布器，其具有更合理的結(jié)構(gòu)和開孔設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)氣體流量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體分布，使氣體在吸收塔內(nèi)均勻分布。在原料氣流量波動(dòng)±10%的情況下，改造后的氣體分布器仍能保證氣體均勻分布，使吸收塔內(nèi)各部位的吸收效果更加均衡，凈化氣中CO?和H?S含量的波動(dòng)范圍明顯減小，提高了凈化氣質(zhì)量的穩(wěn)定性。改變甲醇進(jìn)料方式也是提升裝置性能的重要手段。傳統(tǒng)的甲醇進(jìn)料方式可能會(huì)導(dǎo)致甲醇在塔內(nèi)分布不均勻，影響吸收效果。某工廠將原來(lái)的單點(diǎn)進(jìn)料方式改為多點(diǎn)進(jìn)料方式，使甲醇能夠更均勻地分布在吸收塔內(nèi)，增加了甲醇與原料氣的接觸面積，提高了吸收效率。在某工況下，采用多點(diǎn)進(jìn)料方式后，甲醇與原料氣的接觸面積增加了約20%，CO?的吸收率提高了約3%，H?S的吸收率提高了約2%，凈化氣質(zhì)量得到顯著提升。同時(shí)，通過優(yōu)化甲醇進(jìn)料位置，根據(jù)吸收塔內(nèi)不同部位的氣體組成和濃度，將甲醇進(jìn)料位置調(diào)整到吸收效果最佳的區(qū)域，進(jìn)一步提高了甲醇的利用效率，減少了甲醇的浪費(fèi)。4.2設(shè)備改進(jìn)與維護(hù)4.2.1設(shè)備升級(jí)改造以寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司尾氣洗滌塔改造為例，該公司針對(duì)尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量超標(biāo)導(dǎo)致甲醇損耗大的問題，進(jìn)行了一系列升級(jí)改造措施。前期通過考證，在不改動(dòng)塔本體的前提下，對(duì)塔內(nèi)件進(jìn)行了更換，將原有規(guī)整填料替換為14層高效導(dǎo)向浮閥板式塔結(jié)構(gòu)。規(guī)整填料雖然具有壓降低、通量大等優(yōu)點(diǎn)，但在該裝置的實(shí)際運(yùn)行中，由于尾氣中雜質(zhì)較多，容易造成規(guī)整填料堵塞，影響氣液傳質(zhì)效果，導(dǎo)致洗滌效率下降。而高效導(dǎo)向浮閥板式塔結(jié)構(gòu)具有操作彈性大、抗堵塞能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠更好地適應(yīng)尾氣的復(fù)雜工況。在某類似裝置中，將規(guī)整填料改為高效導(dǎo)向浮閥板式塔結(jié)構(gòu)后，塔板效率提高了約20%，在相同的洗滌水量下，尾氣中甲醇含量降低了約0.08%，有效提升了洗滌效果。該公司還對(duì)塔頂除沫器進(jìn)行了改進(jìn)，增加其高度并改為高效除沫器。除沫器是防止液體霧滴隨氣體帶出的重要部件，原有的除沫器在處理高氣量尾氣時(shí)，除沫效果不佳，導(dǎo)致部分甲醇液滴隨尾氣排出，增加了甲醇損耗。高效除沫器具有更高的除沫效率和更大的處理能力，能夠有效減少尾氣中的甲醇夾帶。在實(shí)際運(yùn)行中，改造后的高效除沫器將尾氣中甲醇液滴的夾帶量降低了約80%，大大減少了甲醇的損失。通過這些設(shè)備升級(jí)改造措施，寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司尾氣洗滌塔的性能得到了顯著提升。尾氣醇含量從改造前的0.15%降低至0.03%，每年節(jié)約甲醇量約2057t（尾氣量按15萬(wàn)Nm3/h核算）。這不僅有效降低了系統(tǒng)甲醇損耗，減少了生產(chǎn)成本，還消除了裝置區(qū)異味，改善了員工工作環(huán)境，達(dá)到了環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。4.2.2加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理建立完善的設(shè)備巡檢制度是保障低溫甲醇洗裝置設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。以大唐呼倫貝爾化肥有限公司為例，該公司制定了詳細(xì)的設(shè)備巡檢制度，明確規(guī)定巡檢周期、巡檢內(nèi)容和巡檢標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備，如吸收塔、再生塔、換熱器等，實(shí)行每日巡檢；對(duì)于一般設(shè)備，每周至少巡檢一次。在巡檢過程中，操作人員會(huì)利用專業(yè)工具，如測(cè)溫儀、測(cè)振儀等，對(duì)設(shè)備的溫度、振動(dòng)、壓力等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并與正常運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，立即進(jìn)行深入檢查，分析原因并采取相應(yīng)措施。在某化工企業(yè)中，通過嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備巡檢制度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了換熱器的輕微泄漏問題。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，僅對(duì)泄漏部位進(jìn)行了簡(jiǎn)單的修復(fù)，就避免了泄漏進(jìn)一步擴(kuò)大，從而減少了設(shè)備維修成本和停車時(shí)間。除了日常巡檢，該公司還定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面保養(yǎng)。根據(jù)設(shè)備的使用情況和廠家要求，制定合理的保養(yǎng)計(jì)劃，包括設(shè)備的清洗、潤(rùn)滑、緊固等維護(hù)工作。對(duì)于易磨損的部件，如泵的葉輪、閥門的密封件等，按照規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行更換。定期保養(yǎng)能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的可靠性。在某工廠的低溫甲醇洗裝置中，通過定期保養(yǎng)，設(shè)備的故障率降低了約30%，維修成本降低了約25%。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)維修至關(guān)重要。大唐呼倫貝爾化肥有限公司建立了快速響應(yīng)的維修機(jī)制，配備專業(yè)的維修團(tuán)隊(duì)，確保在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠迅速趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。維修團(tuán)隊(duì)在接到故障通知后，會(huì)立即攜帶必要的工具和備件前往現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)故障進(jìn)行診斷和修復(fù)。對(duì)于一些常見故障，維修團(tuán)隊(duì)會(huì)根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和制定的應(yīng)急預(yù)案，快速采取有效的維修措施，縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間。在一次吸收塔塔內(nèi)件損壞的故障中，維修團(tuán)隊(duì)在接到通知后的1小時(shí)內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過4小時(shí)的緊急搶修，使吸收塔恢復(fù)正常運(yùn)行，將對(duì)生產(chǎn)的影響降到了最低。通過建立設(shè)備巡檢制度、定期保養(yǎng)和及時(shí)維修等措施，大唐呼倫貝爾化肥有限公司有效減少了設(shè)備故障的發(fā)生，保障了低溫甲醇洗裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.3新技術(shù)應(yīng)用4.3.1新型脫硫技術(shù)在低溫甲醇洗裝置中，新型脫硫技術(shù)的應(yīng)用為解決凈化氣總硫超標(biāo)問題提供了新的途徑?；钚蕴棵摿虿鄣膽?yīng)用是一種有效的手段。寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司在焦?fàn)t氣吸收塔T008出口增加活性炭脫硫槽，利用活性炭具有較強(qiáng)的吸附能力，對(duì)焦?fàn)t氣中的硫進(jìn)行吸附脫除。在活性炭脫硫槽上部裝填適量的高效水解劑，使部分有機(jī)硫發(fā)生水解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為易于脫除的硫化氫等形式。在某工廠的實(shí)際應(yīng)用中，在焦?fàn)t氣吸收塔出口增加活性炭脫硫槽和高效水解劑后，凈化氣中總硫含量從原來(lái)的50ppm降低至10ppm以下，有效提高了凈化氣的質(zhì)量。高效水解劑在有機(jī)硫脫除方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的脫硫方法對(duì)于有機(jī)硫的脫除效果往往不理想，而高效水解劑能夠在特定條件下，將有機(jī)硫如羰基硫（COS）、二硫化碳（CS2）等水解為硫化氫。COS在水解劑的作用下，與水發(fā)生反應(yīng)生成H2S和CO2，從而使有機(jī)硫得以脫除。與其他有機(jī)硫脫除方法相比，高效水解劑具有反應(yīng)條件溫和、脫除效率高、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。在某化工企業(yè)的低溫甲醇洗裝置中，使用高效水解劑后，有機(jī)硫的脫除率達(dá)到了80%以上，大大降低了凈化氣中有機(jī)硫的含量，減少了有機(jī)硫在系統(tǒng)中的積累，提高了裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。4.3.2萃取精餾回收技術(shù)寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司針對(duì)含硫甲醇難以再生徹底、需大量補(bǔ)充新鮮甲醇置換含硫甲醇的問題，采用了萃取精餾回收技術(shù)。該技術(shù)通過增加一套萃取精餾中試裝置，對(duì)從低溫甲醇洗送來(lái)的含硫甲醇液體混合物進(jìn)行處理。含硫甲醇進(jìn)入萃取精餾中試裝置后，首先進(jìn)行加熱汽化，使其變?yōu)闅鈶B(tài)。氣態(tài)的含硫甲醇進(jìn)入萃取精餾塔，在萃取劑的作用下，利用不同物質(zhì)在萃取劑中的溶解度差異以及相對(duì)揮發(fā)度的不同，實(shí)現(xiàn)含硫甲醇中各組分的分離。在萃取精餾塔中，輕組分如甲醇等從塔頂蒸出，經(jīng)過冷凝回流后，得到精甲醇產(chǎn)品，可回收利用；重組分以及萃取劑則從塔底排出。從萃取劑再生塔塔底回收萃取劑，以便循環(huán)使用，降低生產(chǎn)成本；解析出的酸性氣送往硫回收裝置處理，實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用和污染物的達(dá)標(biāo)排放。該萃取精餾中試裝置設(shè)計(jì)處理能力為6.4萬(wàn)t/a，在實(shí)際運(yùn)行中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。通過回收精甲醇，每年可減少新鮮甲醇的補(bǔ)充量約1.5萬(wàn)t，按照市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，每年可節(jié)約甲醇采購(gòu)成本約3000萬(wàn)元。有效解決了含硫甲醇的處置難題，避免了含硫甲醇外賣存在的安全隱患和經(jīng)濟(jì)效益低的問題，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。五、案例分析5.1案例選取與介紹本研究選取寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司的低溫甲醇洗裝置作為典型案例進(jìn)行深入分析。該公司的低溫甲醇洗裝置采用改進(jìn)優(yōu)化的德國(guó)Lurgi低溫甲醇洗工藝技術(shù)，由中國(guó)天辰工程設(shè)計(jì)公司總體設(shè)計(jì)，裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為150萬(wàn)t甲醇/a，其中煤氣化生產(chǎn)甲醇120萬(wàn)t/a，焦?fàn)t氣生產(chǎn)甲醇30萬(wàn)t/a。從變換氣吸收塔T001(A/B)和焦?fàn)t氣吸收塔T008出口的凈化氣混合后進(jìn)入下游合成裝置，于2014年6月開車試生產(chǎn)。該裝置具有規(guī)模較大、工藝先進(jìn)等特點(diǎn)，其處理的原料氣來(lái)源復(fù)雜，包括煤氣化產(chǎn)生的變換氣以及焦?fàn)t氣，這使得裝置在運(yùn)行過程中面臨著更為復(fù)雜的工況和挑戰(zhàn)。德國(guó)Lurgi低溫甲醇洗工藝技術(shù)在氣體凈化領(lǐng)域具有較高的知名度和廣泛的應(yīng)用，該工藝技術(shù)利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的特性，能夠高效地脫除原料氣中的H?S、CO?以及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，具有氣體凈化度高、選擇性好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，該裝置在凈化氣質(zhì)量、甲醇損耗、設(shè)備運(yùn)行等方面出現(xiàn)了一系列問題。凈化氣總硫超標(biāo)問題較為突出，裝置運(yùn)行初期變換氣經(jīng)吸收塔T001(A/B)出口總硫長(zhǎng)期在6.80×10??左右，焦?fàn)t氣經(jīng)吸收塔T008出口總硫在7.00×10??左右，兩股氣體混合后總硫遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值(≤1.00×10??)。這不僅導(dǎo)致凈化氣需要經(jīng)過合成精脫硫槽進(jìn)一步處理，增加了生產(chǎn)成本，還降低了催化劑使用壽命，影響了產(chǎn)能。系統(tǒng)甲醇損耗大，實(shí)際甲醇消耗遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)實(shí)際消耗甲醇為321kg/h，而設(shè)計(jì)甲醇消耗指標(biāo)僅為190kg/h，主要原因是尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量超標(biāo)，造成大量甲醇損失，同時(shí)裝置區(qū)異味嚴(yán)重。由于有機(jī)硫在系統(tǒng)中積累，含硫甲醇難以再生徹底，裝置需定期大量補(bǔ)充新鮮甲醇置換含硫甲醇，2016年系統(tǒng)共置換含硫甲醇約2.4萬(wàn)t，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還面臨含硫甲醇處置難題。這些問題嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)的問題分析和對(duì)策研究提供了豐富的實(shí)踐素材。5.2問題診斷與分析寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司的低溫甲醇洗裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一系列問題，通過深入的問題診斷與分析，找出了問題的根源所在。凈化氣總硫超標(biāo)是該裝置面臨的關(guān)鍵問題之一。從原料氣性質(zhì)來(lái)看，自焦化來(lái)的焦?fàn)t氣品質(zhì)差，硫含量高，增加了脫硫的難度；從變換來(lái)的氣體中含有COS、噻吩、硫醇、硫醚等有機(jī)硫，這些有機(jī)硫在甲醇中的溶解度較低，且在熱再生塔中難以完全解吸，導(dǎo)致有機(jī)硫在系統(tǒng)中不斷積累，使貧甲醇中的硫含量升高，進(jìn)而影響凈化氣的硫含量。從操作條件分析，裝置設(shè)計(jì)處理原料變換氣正常流量為51萬(wàn)Nm3/h，但實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)高達(dá)63萬(wàn)Nm3/h，原料氣流量過大，為降低凈化氣總硫增加貧甲醇流量，導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)量增大，貧甲醇溫度升高，根據(jù)物理吸收原理，溫度升高會(huì)降低甲醇對(duì)硫的溶解度，從而引起凈化氣總硫超標(biāo)。系統(tǒng)甲醇損耗大也是一個(gè)突出問題。尾氣洗滌塔出口尾氣中醇含量超標(biāo)是造成甲醇損耗的主要原因之一。尾氣洗滌塔的洗滌效果不佳，如塔內(nèi)填料堵塞、氣液分布不均勻、洗滌水量不足等，導(dǎo)致無(wú)法充分吸收尾氣中的甲醇。尾氣的流量和組成變化也會(huì)影響尾氣帶醇情況，當(dāng)尾氣流量過大或組成發(fā)生波動(dòng)時(shí)，甲醇來(lái)不及被充分吸收就被排出，增加了甲醇損耗。去硫回收酸性氣、塔底廢水、凈化氣等部位也會(huì)造成一定程度的甲醇損耗，這與甲醇再生工藝的效果、吸收塔的操作條件等因素密切相關(guān)。設(shè)備故障問題對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行也產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。以換熱器凍堵為例，該裝置采用的繞管式換熱器，由于原料氣在送達(dá)繞管式換熱器前經(jīng)過氣量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥處管道內(nèi)徑與前后管道內(nèi)徑差異大，導(dǎo)致管道壓降增大，通過繞管式換熱器的氣量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)氣量，實(shí)際氣量不足設(shè)計(jì)氣量的70%，氣量減少使得換熱后溫度降低，增大了凍堵的可能性。原設(shè)計(jì)中該繞管式換熱器換熱后溫度為22℃，未設(shè)計(jì)噴淋甲醇裝置，但實(shí)際運(yùn)行中換熱后溫度降至-5℃，原料氣中的飽和水在低溫下結(jié)冰，附著在換熱器列管上，最終造成繞管式換熱器凍堵。通過對(duì)寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司低溫甲醇洗裝置運(yùn)行問題的診斷與分析可知，原料氣性質(zhì)、操作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)與材質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)等多方面因素相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同導(dǎo)致了裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題。只有全面、系統(tǒng)地分析這些因素，才能準(zhǔn)確找出問題的根源，為制定有效的解決對(duì)策和優(yōu)化措施提供有力依據(jù)。5.3解決方案實(shí)施與效果評(píng)估針對(duì)寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，采取了一系列解決方案，并取得了顯著的實(shí)施效果和經(jīng)濟(jì)效益。在解決凈化氣總硫超標(biāo)問題上，該公司在焦?fàn)t氣吸收塔T008出口增加活性炭脫硫槽，利用活性炭較強(qiáng)的吸附能力脫除硫，同時(shí)在活性炭脫硫槽上部裝填適量的高效水解劑，使部分有機(jī)硫發(fā)生水解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為易于脫除的硫化氫等形式。在2016年投運(yùn)后，T008出口總硫降至5.00×10??，有效解決了焦?fàn)t氣中總硫問題。在H2S甲醇/貧甲醇冷卻器132E009和貧富甲醇換熱器132E010之間增加一臺(tái)丙烯冷卻器，根據(jù)高壓低溫有利于吸收的原理，將貧甲醇溫度從原來(lái)的-40℃降低至-43℃。投運(yùn)后132T001A/B凈化氣出口總硫從原來(lái)的6.50×10??降低至4.80×10??左右，凈化氣總硫含量得到有效控制，減少了對(duì)后續(xù)合成精脫硫劑和催化劑的損害，延長(zhǎng)了其使用壽命，提高了裝置的產(chǎn)能。為降低系統(tǒng)甲醇損耗，公司對(duì)尾氣洗滌塔進(jìn)行改造。在不改動(dòng)塔本體的前提下，將原有規(guī)整填料替換為14層高效導(dǎo)向浮閥板式塔結(jié)構(gòu)，塔頂除沫器增加高度改為高效除沫器，并通過增加洗滌水量的方式實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放。尾氣醇含量從改造前的0.15%降低至0.03%，每年節(jié)約甲醇量約2057t（尾氣量按15萬(wàn)Nm3/h核算）。這不僅降低了甲醇損耗，減少了生產(chǎn)成本，還消除了裝置區(qū)異味，改善了員工工作環(huán)境，達(dá)到了環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。針對(duì)含硫甲醇難以再生徹底、需大量補(bǔ)充新鮮甲醇置換含硫甲醇的問題，公司增加一套萃取精餾中試裝置。該裝置對(duì)從低溫甲醇洗送來(lái)的含硫甲醇液體混合物進(jìn)行加熱汽化、萃取精餾、冷凝回流，從萃取精餾脫硫塔塔頂回流冷凝液中得到精甲醇產(chǎn)品回收利用，從萃取劑再生塔塔底回收萃取劑，解析出的酸性氣送往硫回收裝置處理。該裝置設(shè)計(jì)處理能力為6.4萬(wàn)t/a，項(xiàng)目建成后妥善處置了含硫甲醇，并實(shí)現(xiàn)了回收利用，具有重要的安全意義和經(jīng)濟(jì)效益。通過回收精甲醇，每年可減少新鮮甲醇的補(bǔ)充量約1.5萬(wàn)t，按照市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，每年可節(jié)約甲醇采購(gòu)成本約3000萬(wàn)元。通過這些解決方案的實(shí)施，寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司低溫甲醇洗裝置的運(yùn)行性能得到顯著提升。凈化氣總硫含量大幅降低，滿足了生產(chǎn)工藝對(duì)氣體純度的要求；系統(tǒng)甲醇損耗明顯減少，降低了生產(chǎn)成本；含硫甲醇得到有效處理和回收利用，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這些成果不僅為該公司帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還為同類型裝置的運(yùn)行管理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)借鑒。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本論文圍繞低溫甲醇洗裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及對(duì)策展開深入研究，全面剖析了該裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中面臨的諸多挑戰(zhàn)，并提出了一系列針對(duì)性強(qiáng)且行之有效的解決措施。針對(duì)凈化氣質(zhì)量問題，通過對(duì)寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司等實(shí)際案例的分析，明確了凈化氣總硫超標(biāo)主要是由于焦?fàn)t氣品質(zhì)差、原料氣中有機(jī)硫含量高以及原料氣流量過大等因素導(dǎo)致。為此，提出了在焦?fàn)t氣吸收塔出口增加活性炭脫硫槽和高效水解劑，以及在特定位置增加丙烯冷卻器以降低貧甲醇溫度等解決措施。實(shí)施后，焦?fàn)t氣吸收塔出口總硫降至5.00×10??，變換氣吸收塔凈化氣出口總硫從原來(lái)的6.50×10??降低至4.80×10??左右，有效提升了凈化氣的質(zhì)量。對(duì)于二氧化碳含量異常問題，分析出二氧化碳閃蒸塔壓力異常和脫硫塔甲醇量不合理是主要原因，通過調(diào)整相關(guān)操作參數(shù)，可有效解決這一問題，確保凈化氣中二氧化碳含量符合工藝要求。在甲醇損耗問題上，發(fā)現(xiàn)尾氣帶醇是導(dǎo)致系統(tǒng)甲