郭志强
（新乡中新化工有限责任公司，河南 获嘉453800）
［摘 要］新乡永金化工有限公司200 kt/a煤制乙二醇装置合成系统对合成循环气组分要求严格，而尾气吸收系统的主要作用是调节系统中的CO2含量，其良好运行是维持合成循环气组分稳定的重要一环。随着系统产能的逐步提升及乙二醇合成工艺参数的调整，需增加系统有效气组分并降低产品单耗，而为减少CO放空损失，又需减少尾气处理量的同时释放出更多的CO2。分析认为，尾气吸收塔（T501）降压操作不失为一种途径。分析CO2在系统中的产生途径，探究在工艺环境（23 ℃）下CO2在甲醇中的溶解度，并开展尾气吸收系统的降压调整实践。实践表明，适度降低T501塔顶压力，利于溶解于甲醇中的CO2更多地通过尾气排出系统，可大幅降低T501进气量，相应地降低有效气CO的损失，从而可维持合成系统有效气组分的稳定，达到降低系统消耗的目的。
［关键词］煤制乙二醇装置；尾气吸收塔；工况分析；降压调整；CO2放空量；CO2溶解度；优化调整
［中图分类号］TQ223.16+2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）02-0066-04
0 引 言
河南能源化工集团新乡永金化工有限公司（简称永金化工）200 kt/a煤制乙二醇项目为非石油工艺路线，采用通辽金煤化工有限公司的合成气制乙二醇法（合成气制备草酸酯再加氢获得乙二醇）。合成系统是煤制乙二醇工艺生产的关键环节，乙二醇合成反应过程复杂，对合成循环气组分要求严格，而尾气吸收系统的良好运行是维持合成循环气组分稳定的重要一环。
随着煤制乙二醇工艺的日渐成熟，近年来国内新上及拟建乙二醇项目较多，乙二醇市场已经趋于饱和，乙二醇产品利润逐渐下滑，因此，如何实现降本增效将是各乙二醇企业立足于市场的关键。煤制乙二醇工艺中，由于原料气CO在脱氢系统发生副反应生成0.02%（体积分数）的CO2（2CO+O2 =====2CO2），羰基化反应副反应也会产生微量的CO2（2CO+2NO=====2CO2 +N2），加上原料气CO中含有的微量CO2气杂质，系统内CO2会逐渐累积，需在尾气吸收系统将CO2排出，以保证合成循环气有效组分的稳定，但是尾气吸收系统在排出CO2的同时，有效气CO也会被排出，造成CO原料气的浪费，煤制乙二醇的CO单耗高居不下。以下结合永金化工煤制乙二醇装置的实际生产情况，分析CO2在系统中的产生途径，探究工艺环境（23 ℃）下CO2在甲醇中的溶解度，以期对煤制乙二醇装置尾气吸收系统的优化调整起到指导作用。
1 乙二醇装置尾气吸收系统流程及工况分析
1.1 尾气吸收系统工艺流程
煤制乙二醇装置羰基合成反应器（R201）内反应后的循环合成气经过冷却、分离，部分循环气进入尾气压缩机（C501）前缓冲罐（V504），被C501加压后，经尾气压缩机后冷却器（E510）冷却降温，然后从尾气吸收塔（T501）底部进入，与高压空气在T501底部混合，自下而上与经甲醇冷却器（E511）冷却后的高压甲醇泵（P604）送来的甲醇逆流接触，循环气中的NO与甲醇、空气中的O2在T501内反应生成亚硝酸甲酯（4NO+4CH3OH+O2=====4CH3ONO+2H2O），亚硝酸甲酯（MN）被喷淋而下的甲醇吸收，通过压差作用送往酯化塔（T101A/B）塔釜，尾气则从T501塔顶排出至园区尾气处理系统。
1.2 尾气吸收塔工况分析
尾气吸收塔塔顶压力1.0 MPa（A）、温度23 ℃，塔顶喷淋甲醇量19.5 m3/h、塔釜温度＜70 ℃、液位1 000 mm。尾气吸收系统的放空量决定着乙二醇合成系统有效气组分CO、NO、CH3ONO的比例，合成循环系统中N2、CH4不易溶于甲醇，尾气吸收系统较易对其进行控制；CO2在甲醇中的溶解度较大，而尾气吸收系统的主要作用是调节系统中的CO2含量，尾气吸收系统操作压力对CO2在甲醇中溶解度的影响较大。为减少CO放空损失，需减少尾气处理量，同时需释放出更多的CO2，因此需降低尾气吸收系统压力，减少甲醇对CO2的吸收。目前一些物化手册零散地介绍了CO2在甲醇中的溶解度，并没有23 ℃工况下CO2在甲醇中的溶解度数据，故尾气吸收系统降压调整有一定的盲目性。
随着永金化工对乙二醇合成工艺参数的调整及系统产能的逐步提升，需增加系统有效气组分、降低CO2含量，由此需提高尾气吸收塔（T501）的进气量，但这样会造成CO放空量增加，乙二醇生产的CO单耗增加。因此，可通过降低T501操作压力，降低CO2在甲醇中的溶解度、增加CO2放空量来维持有效气的适宜组分。在尾气吸收系统降压调整过程中，为防止亚硝酸甲酯（MN）的放空导致系统NOX的损失，采用逐步降压的方式：在维持系统负荷与T501塔内其他工艺条件不变的情况下，每次降压约0.05 MPa，将T501塔顶压力逐步降至0.90 MPa（A）、0.82 MPa（A）、0.80 MPa（A）、0.75 MPa（A）、0.70 MPa（A），每次降压后至少稳定72 h，最终将T501塔顶压力控制在0.70 MPa（A）。
在上述降压调整过程中（时间跨度为2019年4月4日—2019年6月15日），尾气吸收系统负荷约93%（氧气投入量约4 600 m3/h），尾气吸收塔（T501）塔顶喷淋甲醇量19.5 m3/h，T501塔顶温度稳定控制在23 ℃，每次降压尾气吸收系统至少稳定运行24 h后对T501进出口气组分进行取样分析，数据（体积分数）见表1［T501进塔气取样点为合成循环压缩机（C201）入口缓冲罐（V209）、出塔气取样点为T501塔顶尾气放空点，进塔气和出塔气同时取样］。可以看出：通过对T501进行降压操作，在T501进气量减少的情况下，放空尾气中CO2含量呈上升趋势，由此系统中CO2不会累积而可保持稳定；放空尾气中的亚硝酸甲酯（MN）含量保持稳定，未因T501压力降低而发生“解吸”；T501进气量减少的情况下，CO放空量降低，由此维持了有效气组分的稳定，利于系统单耗降低。
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