摘要：由于低温甲醇洗主要工艺系统均在低温下运行，系统冷量补充就成为大家一直关注的焦点。论述多集中在分析系统内局部换热、冷量回收以及运行期间系统冷量不足的解决办法等方面，但鲜有从全局的角度对装置冷量消耗进行分析。鉴于此，本文对低温甲醇洗冷量消耗全局分析及优化措施进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：低温甲醇洗；冷量消耗；全局分析
一、低温甲醇洗冷量补充位置分析
1、富甲醇中压闪蒸前
在低温甲醇洗工艺中，甲醇温度越低，越利于酸性气的吸收，越利于减少溶剂的循环量。受制于制冷剂的固有性质，制冷剂能提供的冷量等级最高在－40℃左右，很难再制备更高等级的冷量。而系统内流体的减压闪蒸过程，通过节流、解吸能达到的最低温度仅与流体的初始温度及前后压差有关。因此，在富甲醇闪蒸前，首先利用制冷剂对其进行进一步的冷却，随后在较低的温度下进一步闪蒸，就会得到更高等级的冷量。因此，在富甲醇闪蒸前，通常会设置制冷剂蒸发制冷的冰机对富甲醇进行进一步冷却。
2、热再生塔顶
在热再生塔顶，一是用循环水对塔顶气相进行冷凝，建立回流;二是为减少送出界区的提浓酸性气夹带甲醇，通常会再设置制冷剂蒸发制冷的冰机对酸性气进行进一步冷却，以实现低温下进一步分离酸性气中夹带甲醇的目的。
3、贫甲醇循环回路起始端
为尽可能减少高等级冷量的消耗，在贫甲醇开始循环前，会首先采用循环水提供的低等级冷量对贫甲醇进行冷却。
4、吸收塔最上段段间
酸性气溶于甲醇的过程是放热过程，随着酸性气不断地被甲醇吸收，甲醇的温度逐步升高，为保证甲醇一直处于较低温度，对酸性气具有较大的溶解度，在吸收塔段间，需要将温度升高的甲醇溶剂抽出进行冷却。考虑到此处吸收效果的好坏直接关系到净化气的质量，因此通常在此流程中设置1台由制冷剂蒸发制冷的冰机对甲醇进行冷却。
二、低温甲醇洗冷量消耗的全局分析
1、进出装置物料间的放热与吸热
在常规的换热器设计中，为保持一定的换热推动力，冷、热物流在换热器进出口位置至少需保持8～10℃的温差。若将低温甲醇洗系统作为一个整体来考虑，这种换热器要求的换热推动力———温差也就造成了进低温甲醇洗系统物料(变换气、低压氮气、脱盐水)的热量不能被出低温甲醇洗系统的物料(净化气、CO2、尾气、富H2S气以及废水)充分吸收，即可理解为有部分热量需要放出系统，而这部分隐含的放热需要外供冷量予以平衡。
2、系统内的冷损失
系统实际运行中由于绝热材料不可能达到完全绝热，仍然具有一定的导热系数，使得系统与周围环境存在一定的热交换，也就是说系统自身还会有一定的冷量损失。考虑到此部分冷量损失的计算较为困难，并且随着项目所在地气候条件的变化而变化，很难预测，因此在工程设计时通常会根据经验将配套的冷冻站考虑一定的设计余量。这部分冷量损失暂不在本文的讨论之列。为充分了解上述各部分冷量消耗所占比例，以某1800kt/a煤制甲醇项目低温甲醇洗系统为例，对输入系统的冷量、热量、泵功率以及进出界区物料放热进行统计，具体如表1所示。
由表1可以看出:对于整个系统，补入系统的冷量主要用于平衡由再生塔再沸器和甲醇/水分离塔再沸器输入系统的蒸汽的热量，约占总冷量的80.14%;其次，用于平衡由机泵输入系统的功率，约占总冷量的16.33%;再者，用于平衡进出物料焓差引起的放热，约占总冷量的3.53%。同时，由表1还可以看出，补入系统的冷量中，循环水带入系统的低等级冷量和制冷剂带入系统的高等级冷量基本接近。
3、泵功率产生的焓升
低温甲醇洗系统内机泵所耗的电能将会带来流体焓值增加，这部分焓升经过在全系统的作用，最终需要外供冷量予以平衡。
4、再沸器带入系统的蒸汽的热量
在溶剂的再生过程中，为得到较为纯净的甲醇，溶解有酸性气的富甲醇在解吸出绝大部分溶解的CO2气后，最后需要借助蒸汽加热进行再生。再生塔再沸器提供的热量带来的焓增，最终需要通过补入系统的冷量予以平衡;同时，为尽量回收甲醇，系统还设有甲醇/水分离塔，通过蒸汽加热实现甲醇和水的分离，此甲醇/水分离塔再沸器提供的热量最终也需要通过补入系统的冷量予以平衡。
5、热再生过程损失的冷量
酸性气的溶解过程是放热过程，其解吸过程则为吸热过程，即释放冷量的过程。理论上，富甲醇解吸得到贫甲醇的过程所释放的冷量应该与溶解产生的热量平衡，但在实际流程设计中，为得到较高浓度的酸性气，并且在微正压下实现溶剂甲醇的再生，甲醇再生塔常采用蒸汽加热汽提的方式，这将导致甲醇最后解吸出残留的H2S、CO2气过程中释放的冷量无法被回收，而是在塔内直接被外供热量抵减，使得最终解吸过程中的冷量没有得到回收，这部分冷损需要外供冷量弥补。从整个装置考虑，这部分冷量的损失已经间接地包含于上述外供的热量中了。
三、优化措施
据上述分析可以看出，补入系统的冷量绝大部分用于平衡补入系统的蒸汽的热量，其次是平衡输入系统泵功率带来的焓升，用于平衡进出物料焓差的占比最小。因此，首先应尽量减少因蒸汽消耗补入系统的热量，其次应尽量减少泵功率的消耗，再者是尽量降低界区换热器进出口物料温差。为此，可从以下方面入手。
(1)在工艺操作允许的前提下，尽可能地利用低压氮气气提实现酸性气的解吸;或尽量利用半贫甲醇，减少热再生塔的再生负荷，进而减少蒸汽消耗。
(2)在满足规范及可操作的前提下，尽量将工艺装置布置得紧凑，以减少系统内液体流动的阻力，进而减少输入系统的泵功率。
(3)在经济可行的前提下，对于位于装置界区且由进出界区物料参与换热的换热器，尽量选用能达到较低换热温差、高效的板式或绕管式换热器。
结束语
通过对低温甲醇洗系统进行全局分析，总结出补入低温甲醇洗系统的冷量主要消耗在平衡带入系统的热量、平衡输入系统的泵功率以及平衡进出界区物料释放的热量三个方面，并结合某煤制甲醇项目实际生产数据发现，上述三者中，平衡带入系统的热量约占80.14%，平衡输入系统泵功率约占16.33%，平衡进出界区物料温差导致的放热约占3.53%，并在此基础之上提出优化流程以降低系统冷量消耗的方向。
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论文作者:王秋月
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/19
标签：甲醇论文; 系统论文; 低温论文; 热量论文; 酸性论文; 物料论文; 消耗论文; 《防护工程》2017年第35期论文;