摘 要：低温甲醇洗工艺是一种净化气体的工艺，主要将冷甲醇作为吸收溶剂，在低温环境下溶解酸性气体，将原料气中的酸性气体去除，通过吸收和解析使甲醇得到循环利用。工艺主要分为酸性气吸收和溶液再生两阶段，而在溶液再生阶段包含中压闪蒸、低压闪蒸、气提以及热再生这几部分。在中压闪蒸中，主要是为了将吸收阶段中甲醇溶解的有效气体去除，这一环节通常使用单级闪蒸技术。而将多级闪蒸技术运用到中压闪蒸系统中进行优化，具有较好的优越性。本文主要对此进行了分析。
关键词：压闪蒸系统；低温甲醇洗；设计优化
在煤化工生产中，粗合成气中通常会含有二氧化碳、硫化氢等酸性气体，对于工艺生产以及环境都有不利的影响，因此需要通过特定的工艺将其进行去除。低温甲醇洗工艺就是一种净化气体的工艺，利用该工艺可以去除原料气中的酸性气体，实现甲醇的循环利用。而其中的闪蒸系统对有效气收率以及去除酸性气含量有重要的影响，通过优化设计闪蒸系统，能够使低温甲醇洗工艺的优势得到更好的突出。
1.不同级闪蒸系统分析
1.1单级闪蒸
在低温甲醇洗中压闪蒸系统中，单级闪蒸工艺通常是经过甲醇洗涤塔后，从塔釜出来的含硫富甲醇以及无硫富甲醇经过冷却和减压，分别进入中压闪蒸罐，这主要是为了使富甲醇中溶解的有效气和酸性气能够闪蒸出来，然后经过循环机增加压力后使其进入边界区的原料气中，富甲醇经过中压闪蒸后再进入低压闪蒸系统。在某甲醇厂中，低温甲醇洗工艺装置在中压闪蒸系统使用单级闪蒸工艺，闪蒸气压力是0.7MPa，经过单级闪蒸工艺处理后，闪蒸气量达到591.2kmol/h，一氧化碳和氢气有效气收率是94.2%，硫化氢和二氧化碳酸性气在闪蒸气中的含量大概达到66%。其中单级闪蒸系统图如下图1。
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图1 单级闪蒸系统图
1.2多级闪蒸
多级闪蒸工艺的起源是针对多效蒸发结垢的这一缺点而产生的，主要是指在压力一定的情况下，预热过后的稀溶液会按照流程先后经过多个压力逐渐下降的闪蒸室，通过低温蒸发，稀溶液的浓度会随着级数增加而逐渐提高。这一系统装置的运行比较可靠，设备越来越大型化，在操作上也有较大的弹性，在资源回收方面具有很好的应用。多级闪蒸系统主要是指两级及以上的闪蒸系统，以两级闪蒸系统为例，如下图2所示：
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图2 两级闪蒸系统图
在进料的压力、温度以及组成成分一样的前提下，使用相关的软件对多级闪蒸系统流程进行模拟。通过模拟得出，在闪蒸级数逐渐增加的过程中，闪蒸气量逐渐减小，一氧化碳和氢气有效气收率逐渐提高，二氧化碳和硫化氢酸性气含量在逐渐减小。从模拟的变化趋势中可以看出，在初始条件相同的情况下，使用多级闪蒸系统的效果要比单级闪蒸系统好，在多级闪蒸系统中，有效气收率也会更高，气体组分中酸性气的含量能够得到有效的降低。从热力学的相关知识中可以得知，闪蒸的工艺过程是不可逆的，而使用多级闪蒸系统能够在保持最后一级压力不变的情况下，通过闪蒸级数的增加，使中间各级的推动力可以得到分摊，这样减小了推动力使闪蒸的工艺过程可以无限接近可逆。
2.优化设计后的中压闪蒸系统
通过对单级闪蒸系统和多级闪蒸系统的分析可以知道，使用多级闪蒸工艺能够使酸性气在组合气中的含量下降，可以较好的提高有效气收率。不过需要强调的是，在闪蒸级数增加的同时，闪蒸罐以及调节阀也需要增加，每增加一级，相应的闪蒸罐和调节阀都需要增加两台，这样会使设备装置的占地面积增加，投资成本增加，工艺流程相对也会更加复杂。在闪蒸气压力不一样的情况下，对循环机的设计也会产生一定的影响。根据如今低温甲醇洗工艺设备中使用的两级往复式压缩机情况，闪蒸系统的设计优化设定为两级闪蒸，两级闪蒸相比于单级闪蒸系统，主要从工艺经济性方面进行比较分析，探讨其两级闪蒸系统是否具有较好的优越性。
首先需要对两级闪蒸系统中的一级闪蒸过程进行分析，在一级闪蒸压力下，闪蒸气中酸性气和有效气含量变化的趋势。从分析中可以得知，一级闪蒸压力在逐渐增加的过程中，闪蒸气中有效气的含量一开始逐渐提高，在压力达到1.5MPa时含量最高，随后再增加压力，有效气含量开始逐渐减少；酸性气含量一开始逐渐减少，在压力达到1.5MPa时含量最低，随后再增加压力，酸性气含量逐渐增加。下图3是经过优化设计后的中压闪蒸系统。
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图3 中压闪蒸优化设计后系统图
一级闪蒸压力的确定除了考虑到上述分析的结果外，还要对循环机各级的轴功率、压力比以及出口处温度情况等方面进行全面的考量，从综合的角度确定，一级闪蒸压力最后设定为1.7MPa。经过优化设计后，中压闪蒸系统中闪蒸气量是436.11kmol/h，闪蒸气中酸性气含量大概达到53.5%，有效气收率为95.2%。两级闪蒸系统中，有效气收率和闪蒸气量在优化后具有较好的优越性，大概能够达到四级闪蒸系统下的有效气收率和闪蒸气量。
对使用两级闪蒸系统后的节能情况以及投资情况与原单级闪蒸系统进行比较分析，从投资的角度来讲，使用两级闪蒸系统后，由于新增加了两台闪蒸罐和调节阀，使投资增加，但是对工艺流程优化后，循环机的投资减少。从节能的角度来讲，循环机的耗电以及水耗都有所下降，耗电下降大约在39%，各级压缩机以及最后一级冷却器的耗水量下降大约在47%，如果按照工艺装置每年运行8000小时，结合水、电的单价计算，低温甲醇洗工艺中压闪蒸系统优化设计后投资大概经过三年就可以得到回报。在对中压闪蒸系统进行优化设计时，有关于土建费用、以及管道和管件等的影响并没有考量在内，不过优化后原料气中循环气含有的二氧化碳含量减少起到了积极的作用。在系统优化后，贫甲醇的循环量减少，循环气中有效气一氧化碳和氢气的含量得到提升，中压闪蒸系统运行过程中送出的富甲醇中含有的一氧化碳量也有所减少，进而尾气中的一氧化碳含量下降，这样也能够减少对环境的影响。
3.低温甲醇洗中压闪蒸系统节能优化
使用节能增产装置，对原料气进行脱硫、脱碳，净化气经过吸收塔后，从顶部流出，然后经过富甲醇换热器以及原料气冷却器后送出，还有一部分经过吸收塔到富甲醇换热器以及富甲醇氨冷器冷却后送入到中压闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸气经过循环机、冷凝器后形成循环气，然后混合原料气，含硫甲醇在经过中压闪蒸后，无硫甲醇进入尾气洗涤塔进行洗涤，这样尾气中的甲醇能够被去除。从节能的角度考虑，循环气中二氧化碳成分需要尽可能的洗涤掉，优化工艺后，需要长期进行消耗的指标可以得到较大的减少，循环机以及水冷器的荷载减小，这样能耗就可以降低，具有较好的节能性。
结束语：
总而言之，低温甲醇洗工艺中的中压闪蒸系统经过优化设计后，使用两级闪蒸系统后，能够使循环气中的气量减少，使有效气收率提高，而酸性气含量得到降低，相比较单级闪蒸系统具有较好的优越性。经过优化后，在投资方面虽然有所增加，但是工艺装置运行的相关费用有所降低，从长远角度考虑，具有很好的经济性。未来在工艺技术不断更新进步的过程中，系统会得到更好的优化。
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