低温甲醇洗降低排放气中H2S含量的优化操作

俞延栋

摘要：低温甲醇冲洗是世界上应用最广泛的气体清洗技术。作为年产60万吨容量的煤对甲醇项目的一部分，林德的低温甲醇洗技术被引入了大通。自2014年项目正式试运行以来，CO2气体的H2S含量超过标准。长期而言，酸性气体的含量过高会加剧设备和管道的腐蚀，长期而言会对工厂的安全运行产生不利影响。因此，降低CO2气体的H2S含量对于实现工厂的“安全、稳定、长期、完整、优良”目标具有重要意义。

关键词:低温甲醇洗；排放气；H2S

引言

据统计，世界天然气资源约60%含硫，10%为高含硫，我国高含硫天然气资源丰富，但高含H2S天然气给气井测试和现场HSE管理带来巨大的挑战。在高压、高含H2S气井测试过程中，试气地面流程中经常发生冰堵，影响测试施工的顺利进行，重则可能引起严重事故，预防天然气水合物堵塞地面流程是高压、高含H2S气井试气测试中的一项重要工作。本文对四川盆地川东北Y气田Y27气井进行探索性研究，对该气井地面试气过程水合物的生成情况及其影响因素进行分析，根据水合物的生成情况设计不同的地面试气流程进行水合物防治，采用不同方法防治地面试气流程水合物并设计该气井相应的试气地面流程。

1低温甲醇洗工艺原理

低温甲醇洗工艺是一种物理吸收的方法。低温甲醇用作吸收溶剂，进料气体中的酸性气体通过低温下在酸性气体中溶解度大的甲醇的优良性能被除去。低温甲醇洗过程可分为八个部分:可变气体预清洗、轮班气体吸收、富含甲醇的液体快速蒸发、CO2解吸、硫化氢浓度、甲醇热再生、甲醇脱水和水洗。剪切气体进入吸收塔与低温甲醇接触。吸收塔分为两段，下段吸收H2S，上段吸收CO2。根据不同温度和压力下富含co2和H2S的低温甲醇的溶解度，CO2和H2S连续分解，得到高纯度的CO2和H2S。

2排放气

来自更换单元的原料气体进入低温甲醇冲洗单元，分离冷却后进入H2S吸收塔(分为预冲洗部分和主冲洗部分)。从预洗部分去除原料气体内的水、有机硫和聚合物化合物，防止这些杂质流入主洗部分污染甲醇，从而确保甲醇再生的质量。在主冲洗部分，原始气体的H2S被去除。在主冲洗部分，H2S吸收的丰富甲醇液体通过两阶段减压闪蒸和脱氮发送到H2S浓缩塔进行蒸发。从第一瞬间蒸发中回收有效气体CO、H2和CH4在第二阶段减压和瞬间蒸发后，气体含有大量的H2S，这在顶部CO2闪蒸塔中再次被干甲醇吸收，排出的气体在冷能量恢复后被送到水洗涤塔。为了保证CO2的解吸，将氮添加到剥离第二阶段的底部。浓缩的富含H2S的甲醇被富含H2S/甲醇的热交换器重新加热后，进入热再生塔的第一节，点燃的气体冷却后返回H2S浓缩塔的第二节。脱硫气体进入CO2吸收塔产生净化气体(CO2的体积分数≤ 3.5 %，总硫的体积分数≤ 0.1× 10-6)。吸收CO2的丰富甲醇液体进入CO2闪光灯进行第四阶段减压闪蒸蒸发和脱氮，有效CO、H2和CH4气体在第一阶段强调减少，大量CO2在第二和第三阶段强调减少。为了保证甲醇的再生，第四阶段用氮气净化，第二、第三和第四阶段的废气CO2气体在冷能量回收后被送到尾部气体冲洗塔进行冲洗和排放。根据工艺流程排放的气体包括CO2闪蒸塔第二阶段的闪蒸气体、第三阶段的闪蒸气体(主要是CO2产品的气体、气体中含有少量的排放气体)、第四阶段的闪蒸气体和H2S浓缩塔第二阶段的气体。混合后，四流废气进入水垫圈塔，从回流接触降序化学年数，甲醇被清洗和减少。废气中甲醇的质量分数减少到约100× 10-6，然后直接排放到60米的高度。

3低温甲醇洗降低排放气中H2S含量的优化操作

3.1甲醇热闪蒸及再生流程

减压解吸和低温汽提后，富硫甲醇在塔底与回收后的甲醇交换热量，溶液中的酸性气体含量通过潮解蒸发而降低。由于热再生塔底部疏甲醇温度和处理过的脱硫甲醇温度是固定的，所以热闪蒸蒸发的工作温度是固定的。闪蒸气冷凝后，送至前端系统进行CO2回收处理H2S。闪发的富硫甲醇进入热回收工段，回收的高纯甲醇用作回收溶剂。再生的热量由低压蒸汽供应。再生塔顶部的酸性气体由冷凝液分离系统分离，加热至室温，并送往后续的硫回收装置。为了满足后续装置中酸性气体浓度的要求，传统工艺是将一些酸性气体产品再循环到一个可拆卸的塔中，在那里，来自酸性气体的CO2被反应以浓缩H2S。

3.2对洗硫甲醇流量的调整

硫酸洗涤部分甲醇的消耗慢慢从330 t / h减少到230 t / h。理论分析表明，硫精制甲醇消耗的增加对精制气硫有益。一旦完全冲洗，丰富甲醇的H2S含量就会降低，CO2产物中的含硫气体可以从CO2产品塔中完全冲洗出来。然而，由于下部硫酸洗涤部门甲醇的增加，丰富甲醇的量相应减少，这也无助于指数的调节。因此，在控制过程中，必须找到两个线程之间的最佳匹配点。同时，由于气化气体体积和H2S含量的波动，调整过程必须充分考虑实际生产过程中气体和气体成分体积波动对系统的影响，以提高防止波动的能力和指数调整的具体效率。

3.3富甲醇热闪蒸及再生工艺流程改进分析

由于现有传统技术的调整措施有限，缺点是低硫气体不能完全集中。本文通过对热闪蒸蒸发再生过程的计算和研究，提出了改进措施。最重要的是，在蒸发热爆发的情况下，根据一定的富硫甲醇流量和组成，为了突出更多的CO2，必须首先改变操作条件:增加爆发温度或降低操作压力将有助于增加微量气体。随着闪蒸气量的增加，进入热回收塔的富硫甲醇CO2摩尔分数降低，有助于降低热回收塔的蒸汽流量。传统工艺流程热交换器位于热再生段的顶部，热再生塔的工作压力实际上由酸性气体产品的压力决定。满足硫磺回收装置入口压力要求后，运行压力应尽可能降低，以减少再生蒸汽的消耗。瞬时蒸发后，富硫甲醇的压力应满足进塔要求，因此，由于下行流量的限制，热闪工段的工作压力相对固定。考虑到热闪蒸气单独设置，热闪蒸气可在0.15 MPa的工作压力下返回反应塔，以降低热闪蒸气的工作压力，富硫甲醇由泵提升，送至热再生塔。

3.4对富甲醇流量的调整

调整过程中，富含甲醇的CO2产品流量分配阀从26 %逐步打开到32 %。控制甲醇丰富的流量也是控制CO2气体产物的重要因素。CO2产品塔中洗涤剂产品的气体消耗过低，将直接影响塔顶CO2产品的气体质量。如果co2产物气体冲洗的甲醇量过高，这可以保证CO2产物的气体指数合格，但被尾部气体清洗的甲醇的流量将不足，这将影响尾部气体指数。因此，在协调过程中必须充分考虑这些因素。在分配和控制甲醇流量的过程中，各段甲醇流量必须调整到适当的状态，同时系统必须具有强大的抗聚变能力和抗干扰能力。

3.5甲醇的循环量和气液比

从传质动力学角度分析，在板式塔的正常操作范围内，溶液的循环量越大，气液比越小，气液两相在塔内接触越充分，传质效果越好，但溶解的H2S气体相应减少;溶液的循环量越小，气液比越大，气液两相在塔内接触不良，传质效果降低，但溶解的H2S气体相应增多。

结束语

经过长时间的系统实验研究，优化了重要工艺参数，大大降低了尾气中H2S的质量分数，达到了环保排放要求，取得了较大的社会效益。工艺优化后，酸气量增加，浓度降低，酸性气体系统稳定性提高，影响甲醇净化装置的稳定运行。通过技术创新，降低了酸性气体系统的阻力，解决了酸性气体系统的瓶颈。但是，经过工艺调整，低温甲醇净化装置的氨消耗量增加了1.5 m3/h，装置能耗也增加了。

参考文献

[1]石兴春,曾大乾,张数球.普光高含硫气田高效开发技术与实践[M].北京:中国石化出版社,2020.

[2]李长俊,黄婷,贾文龙.深水天然气水合物及其管道输送技术[J].科学通报,2020,61(22):2449-2462.

[3]吕晨爽.气井生产系统及地面流程水合物预测防治研究[D].武汉:长江大学,2020.

[4]谭军,王晓明,刘永国,等.苏里格气田集输管道注醇量计算及应用研究[J].天然气化工(C1化学与化工),2020,45(05):106-110.

[5]康俊鹏.采气管线水合物预测与抑制技术研究[D].西安石油大学,2020.