赵洋洋，杨海永，李凡震，赵龙
（山东鸿丰化学有限公司，山东 东营257237）
［摘 要］某重油制氢装置主生产工艺为6.5 MPa重油加压气化、耐硫变换、低温甲醇洗（大连佳纯六塔流程，设计富氢气产量140 km3/h）、PSA提氢，于2021年7月建成投产，2022年1月即达到设计负荷。随着全厂氢气需求量的增加，氢气产量不能满足需求（富氢气量需达210 km3/h），为此，决定采用大连佳纯CO2冷凝工艺对现有低温甲醇洗系统的流程进行优化升级，使系统产能提升50%。低温甲醇洗CO2冷凝工艺不需要改变原有的甲醇洗涤塔塔盘结构和形式，不会增加额外的循环泵电耗与制冷系统能耗，只需将新增CO2冷凝单元设备提前建设安装并在全厂大修期间“碰管”并入原系统。2024年5月本扩能改造项目投产后，低温甲醇洗系统开车及运行过程中出现了一些问题，通过采取一系列整改措施，问题得以解决，系统负荷提升至150%，达到扩产改造要求。
［关键词］重油制氢装置；低温甲醇洗系统；50%扩产改造；CO2冷凝工艺；运行问题；整改措施
［中图分类号］TQ028.2+5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0001-04
0 引 言
某公司20 000 kt/a炼油项目重油制氢装置于2021年7月建成投产，主生产工艺为6.5 MPa重油加压气化（3台气化炉，原设计两开一备）、耐硫变换、低温甲醇洗、PSA提氢，产品氢气送至管网作为下游加氢装置的原料气。其中，低温甲醇洗系统原设计富氢气（净化气）产量为140 km3/h（标态，下同），采用大连佳纯气体净化技术开发有限公司（简称大连佳纯）六塔流程（含甲醇洗涤塔、中压闪蒸塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇水分离塔、尾气水洗塔），其主要任务是脱除变换气中的酸性气，产生的富氢气（H2含量＞96%）去PSA系统进一步提纯，以满足下游加氢装置生产所需。2022年1月，本重油制氢装置即达到设计负荷，富氢气产量与质量均能达到设计要求。随着该炼油项目各装置负荷的提升，全厂氢气需求量的增加，氢气产量不能满足需求（富氢气需量为210 km3/h）。实际生产中，气化系统和PSA系统富余能力较大，通过操作优化与小规模的改造可满足全系统扩产50%的要求；变换系统占地面积小，可毗邻新建1套变换系统；低温甲醇洗系统由于需要配套冷冻站且占地面积大，难以通过优化改造原有流程实现大幅扩能，其成为重油制氢装置扩产50%的最大制约因素。
低温甲醇洗是一种优良的脱硫脱碳技术，以其高效的吸收能力与较低的能耗在大中型煤化工装置、炼油装置（重油制气）中有着广泛的应用。传统的低温甲醇洗系统扩能改造通常依赖于对洗涤塔内件（浮阀）结构的优化、增加半贫甲醇流量以及增大制冷压缩机（氨压缩机或丙烯压缩机）的功耗来实现。这些方法往往需要较长的停车改造时间，扩能改造投资大且产能提升空间一般不超过30%，改造后系统运行能耗较高。大连佳纯创新性地开发了低温甲醇洗CO2冷凝工艺，该工艺基于现有低温甲醇洗系统流程，利用CO2气在高压、低温环境下易于冷凝的特征对CO2进行部分冷凝和分离，从而减轻甲醇洗涤塔脱碳负荷，此举能够在不进行大规模改造的前提下，对现有低温甲醇洗系统的流程进行优化升级，实现系统处理能力的显著提升，系统产能提升幅度可达50%，且不会增加额外的循环泵电耗与制冷系统能耗（系统未因扩能而增加制冷机组负荷）；采用CO2冷凝工艺对低温甲醇洗系统进行扩能改造，不需要改变原有的甲醇洗涤塔塔盘结构和形式，“碰管”在全厂大修期间完成（新增设备提前建设安装），可大幅缩短装置大修（及改造）时间，减少对下游系统运行的影响。以下对本重油制氢装置低温甲醇洗系统采用大连佳纯CO2冷凝工艺进行扩能改造等作一介绍，供业内参考。
1 改造前低温甲醇洗系统工艺流程简述
来自变换系统压力5.8 MPa、温度40 ℃的变换气，经喷淋甲醇后进入原料气冷却器进行降温，再经原料气分离器分离出甲醇水溶液，气相进入甲醇洗涤塔利用贫甲醇洗涤脱除原料气中的CO2、H2S等酸性气，甲醇洗涤塔出口富氢气（CO2含量＜0.5%、H2S含量＜0.1×10-6）经原料气冷却器复热后送往PSA系统制取纯氢气，甲醇洗涤塔出口的富碳甲醇和富硫甲醇溶液则分别进入中压闪蒸塔上段和下段回收溶解的H2和CO，之后进入H2S浓缩塔（富碳甲醇和富硫甲醇在此汇合）。H2S浓缩塔采用低压闪蒸和氮气气提的方法解吸出溶解于甲醇中的绝大部分CO2，产生的CO2气、尾气汇合后经尾气洗涤塔洗涤后由高点排入大气中；H2S浓缩塔出口的富甲醇进入热再生塔脱除剩余的CO2和H2S，热再生塔塔顶酸性气（H2S浓度≥40%）送克劳斯硫回收系统副产硫磺，热再生塔底部的贫甲醇则进入贫甲醇储槽，由贫甲醇泵加压后送至甲醇洗涤塔顶部作为洗涤液循环利用。热再生塔底少量的贫甲醇、原料气分离器出口的甲醇水溶液和尾气洗涤塔底部洗涤水分别进入甲醇水分离塔上、中、下部，甲醇水分离塔再沸器采用1.0 MPa蒸汽加热精馏物料实现甲醇与水的分离，塔顶甲醇蒸气提纯后送至热再生塔回收利用，甲醇水分离塔塔釜废水外排至污水处理系统。
2 改造后低温甲醇洗系统概况
2.1 改造目标
1）大幅提升低温甲醇洗系统负荷。本项技改可在原有低温甲醇洗系统的基础上扩产50%，消除本重油制氢装置扩产50%的制约因素。
2）减少系统停车检修（及改造）时间。本项技改，新增CO2冷凝单元设备等可在毗邻空地上提前建设完成，不改动原有甲醇洗涤塔等塔内件的设计结构，原有系统仅在流程中增设部分三通焊接，利用大修机会配管并入低温甲醇洗系统即可，可大幅缩短系统检修（及改造）时间，利于企业增产增效。
3）不增加冷冻站（氨压缩机制冷系统）的能量消耗。利用副产中压CO2蕴含的能量进入膨胀机发电，获得-70 ℃的低温CO2气返回低温甲醇洗系统利用，不需要改动制冷系统氨压缩机组，节省冷冻站的能量消耗，减少扩能改造投资。
2.2 低温甲醇洗CO2冷凝单元工艺流程简介
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期