低壓聯(lián)醇的生產(chǎn)及節(jié)能降耗措施

周大明，王雪妮

（山東晉煤明水大化集團，山東章丘 250200）

據(jù)統(tǒng)計，2010年我國甲醇總產(chǎn)能中67%是煤制甲醇，產(chǎn)能大約為20 680kt。其中以固定層間歇氣化的中、小氮肥聯(lián)醇工藝為現(xiàn)階段甲醇生產(chǎn)的重要方法。目前，在甲醇產(chǎn)能過剩，開車率低，市場供需形勢及甲醇價格起落波動較大的環(huán)境下，合成氨聯(lián)醇工藝能夠靈活調(diào)節(jié)醇氨比的優(yōu)越性顯得格外珍貴。當甲醇銷售不暢時降低甲醇產(chǎn)量，聯(lián)醇工藝以凈化為主；同時千方百計節(jié)能降耗，控制生產(chǎn)成本，充分發(fā)揮氨醇聯(lián)產(chǎn)的綜合效益，更易于度過難關(guān)。當市場形勢好轉(zhuǎn)時提高醇氨比，來獲取最大的經(jīng)濟效益。聯(lián)醇工藝以靈活的優(yōu)勢適應市場變化，致使聯(lián)醇工藝能夠在中、小氮肥生產(chǎn)中長盛不衰。實際聯(lián)醇工藝在合成氨生產(chǎn)中有兩種形式：一種是以中（低）壓合成醇串聯(lián)于合成氨生產(chǎn)中，即傳統(tǒng)的聯(lián)醇工藝；一種是以低壓醇并聯(lián)于合成氨生產(chǎn)中。前者以中壓聯(lián)醇為主，后者以低壓醇為主。時下在眾多的節(jié)能降耗措施中，以低壓聯(lián)醇替代中壓聯(lián)醇的節(jié)能效益尤為顯著。目前，不少氮肥生產(chǎn)裝置將技改的目光投向醇氨 “雙低壓”聯(lián)產(chǎn)工藝，“雙低壓”工藝節(jié)能效益是明顯的。串、并聯(lián)工藝相比，前幾年甲醇市場好時所建設的以低壓合成醇并聯(lián)于合成氨工藝的甲醇生產(chǎn)裝置，由于原料煤消耗偏高，市場疲軟，不少裝置已經(jīng)停產(chǎn)；亦應看到不少裝置始終仍然在生產(chǎn)運行。實際證明，只要充分發(fā)揮出醇氨聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢，兩種聯(lián)產(chǎn)工藝同樣能夠取得好的經(jīng)濟效益；當前兩種聯(lián)醇工藝的共存，亦驗證了兩種工藝的優(yōu)勢。2010年天津甲醇會議提出：甲醇生產(chǎn)要提高自身的競爭能力，力求取得更大的效益。爭得市場一席之地是當今甲醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，這是企業(yè)在甲醇產(chǎn)能過剩形勢下維持和發(fā)展生產(chǎn)切實可行的措施。2011年國家有關(guān)部門對甲醇生產(chǎn)成績顯著的企業(yè)給予了表彰。對于甲醇生產(chǎn)有利的是，甲醇市場在拓寬。據(jù)報道，純甲醇汽車在滬上路表現(xiàn)不俗，M100燃料的安全性、便捷性和經(jīng)濟性凸顯，無疑為產(chǎn)能過剩的甲醇作為清潔能源替代緊張的石油開辟了渠道。

醇氨聯(lián)產(chǎn)工藝使甲醇和合成氨生產(chǎn)一體化，“雙低壓”使兩者聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢體現(xiàn)得更為完美，更大幅度降低電耗，是目前甲醇和合成氨生產(chǎn)綜合能耗較低的一種工藝。但 “雙低壓”串聯(lián)工藝亦有其不足，即醇氨生產(chǎn)比應大體控制在既定的設計范圍內(nèi)。醇氨比波動較大，遠離既定設計參數(shù)時生產(chǎn)的綜合效益下降。為此，在實施 “雙低壓”工藝時，為適應醇氨市場各種變化的需求，不得不以投入較多的資金為代價，使全部生產(chǎn)單元具有適應較大變化的能力。“雙低壓”工藝與傳統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)工藝相比，僅是增設了低壓5.0MPa級聯(lián)醇裝置，而后工序根據(jù)氣體精制要求仍設置醇烴化或醇烷化工藝。醇烴化保留中壓醇化和烴化，于終壓設氨合成；醇烷化是于終壓共設醇化、烷化和氨合成。

生產(chǎn)實踐證明，與合成氨并聯(lián)，以制取水煤氣于5.0MPa低壓合成醇的生產(chǎn)工藝，只要充分發(fā)揮出聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢，其綜合效益同樣會得到很好的體現(xiàn)。相反，生產(chǎn)裝置醇氨結(jié)合的優(yōu)勢發(fā)揮不足，效益不佳，正是諸多裝置停產(chǎn)的原因。醇氨聯(lián)產(chǎn)應貫穿于造氣、蒸汽熱電、放空氣和公共裝置，實施多方位結(jié)合，才能體現(xiàn)出更多節(jié)能降耗的效果。山東某廠與合成氨并聯(lián)的300kt／a低壓聯(lián)醇裝置，自投產(chǎn)四年來始終保持全負荷生產(chǎn)，2011年上半年精醇產(chǎn)量142 187t，在市場疲軟情況下仍獲微利。本文結(jié)合該裝置生產(chǎn)工藝及節(jié)能降耗措施予以分析。

1 合成氨聯(lián)產(chǎn)低壓醇工藝示意（圖1）

圖1 低壓聯(lián)醇生產(chǎn)工藝示意

說明

（1）造氣設固定層煤氣爐供氣，工藝配管滿足水煤氣的生產(chǎn)要求，建立獨立的水煤氣氣柜。生產(chǎn)的富氮氣送合成氨氣柜，吹風氣送余熱回收裝置。

（2）水煤氣采用濕法常壓脫硫，根據(jù)全低變要求，控制硫化氫含量在100～120mg／m3內(nèi)。

（3）壓縮機采用電、汽均可驅(qū)動的往復式四段壓縮機，終壓5.5MPa。

（4）壓縮二段后設全低變串中溫水解有機硫轉(zhuǎn)化及變脫工藝，二段壓力0.9MPa。

（5）壓縮三段后設PSA脫碳串JTL－4精脫工藝。

（6）壓縮四段后為甲醇合成，采用JJD水管式反應器。

（7）粗醇精餾為垂直篩板三塔工藝。

2 氣體成分及流量

低壓醇生產(chǎn)工藝較為簡化，年產(chǎn)300kt低壓醇裝置以兩套φ3 000JJD型水管式合成反應器為核心。表1為單系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)。

表1 低壓醇生產(chǎn)氣體組分及流量

以上是單系統(tǒng)日產(chǎn)粗醇374.0t的數(shù)值，目前日均產(chǎn)量高于此值。

3 低壓甲醇生產(chǎn)裝置及運行情況

低壓醇較傳統(tǒng)的聯(lián)醇合成壓力低，入塔原料氣CO及CO2含量高，因而變換、脫碳工序負荷相應小，運行費用低，噸醇電耗和綜合能耗小，因此生產(chǎn)成本低，這是低壓醇生產(chǎn)的優(yōu)勢。低壓醇要在市場中爭得一席之地，必須做到高效率、低成本運行。要求生產(chǎn)裝置設計合理、操作精心，各生產(chǎn)工序穩(wěn)定在最佳狀態(tài)，采用一切行之有效的創(chuàng)新成果，降低低壓醇的綜合能耗，這是低壓醇生存的根本。

3.1 造 氣

固定床間歇氣化生產(chǎn)甲醇與生產(chǎn)合成氨氣體的組分不同，生產(chǎn)甲醇的水煤氣要求原料氣CO＋H2≥90%，N2＋CH4＋Ar≤4.0%，通過變換反應調(diào)整原料氣組分，使（H2－CO2）／（CO＋CO2）＝2.0～2.15，因此，生產(chǎn)甲醇需要單設水煤氣氣柜。

造氣原料煤消耗占甲醇生產(chǎn)成本的70%以上，降低原料煤消耗的關(guān)鍵是造氣爐的優(yōu)化控制。水煤氣的制氣操作與合成氨相似，合成氨生產(chǎn)煤氣爐的管理操作經(jīng)驗及節(jié)能降耗措施在水煤氣生產(chǎn)中均可采用。與半水煤氣生產(chǎn)不同的是，水煤氣生產(chǎn)對N2氣的控制要求低，除要求煤氣爐優(yōu)化控制外，水煤氣質(zhì)量控制是生產(chǎn)操作的重要內(nèi)容。氣體質(zhì)量主要是以制氣循環(huán)時間分配來控制，分配不僅要考慮爐況的穩(wěn)定優(yōu)化，同時還要完成氣體質(zhì)量指標。以循環(huán)時間136s為例，其中吹風32s、上吹（前）4s、上吹（后）29s、下吹56s、二次上吹10s、吹凈5.0s。上吹（前）及吹凈階段的富N2氣送半水煤氣氣柜，其他階段送水煤氣氣柜，吹風氣送燃燒爐，水煤氣質(zhì)量則能夠達到要求。

低壓聯(lián)醇裝置的造氣工序分為單爐供低壓醇和雙向分供合成氨與低壓醇兩種；單爐供低壓醇的造氣系統(tǒng)為減少生產(chǎn)中的富氮氣量，提高水煤氣質(zhì)量，在確定造氣爐結(jié)構(gòu)及液壓程控閥位置時，應盡量縮小氣化過程空間容積。包括造氣爐規(guī)格、內(nèi)襯及炭層高度控制，在滿足造氣優(yōu)化控制的條件下，做到提高氣質(zhì)和氣量。

循環(huán)時間的安排要做好富氮氣回收，使煤氣爐產(chǎn)出合格的水煤氣，同時又具有較高的單爐發(fā)氣量，需要在實際生產(chǎn)中摸索確定。造氣工序雙供合成氨和甲醇時，下行煤氣供水煤氣柜，水煤氣質(zhì)量既好控制亦操作方便。

爐況的優(yōu)化控制應做到爐溫（上＋下）≤470℃，爐渣可燃物小于15%，水煤氣中CO2含量≤6.0%，這幾項指標應控制好。

理論上生產(chǎn)1t甲醇消耗有效氣（CO＋H2）為2 100m3，是合成氨有效氣的1.06倍。甲醇合成的原料氣中惰性氣（N2＋CH4＋Ar）含量高于合成氨，且循環(huán)氣的惰性氣濃縮比小，放空氣量較大，所以甲醇生產(chǎn)原料煤消耗要略高于合成氨。水煤氣的低氮質(zhì)量目標限制了煤氣爐制氣能力的發(fā)揮，相應煤氣爐數(shù)量的配置要略多于合成氨生產(chǎn)，這是降低甲醇原料煤消耗的不利因素。

甲醇合成系統(tǒng)放空量依據(jù)惰性氣的累積而定。由于低壓醇的新鮮氣和循環(huán)氣的惰性氣濃縮比小，實際放空量視催化劑活性及系統(tǒng)壓力確定，差別較大。一般而論放空氣量應多于合成氨生產(chǎn)。所以，要求放空氣一定要提氫回收，并做到氫氣回收率達到80%以上。雖然甲醇原料氣的消耗理論上要高于合成氨，但甲醇生產(chǎn)工藝短、壓力低，脫碳后二氧化碳高，使得生產(chǎn)過程的有效氣體損失小；只要做到合理回收，實際生產(chǎn)的原料煤消耗僅略高于合成氨，同樣能夠達到低耗水平。氣化過程的富氮氣如何處理是降低甲醇原料煤消耗的關(guān)鍵，造氣爐單供甲醇系統(tǒng)時產(chǎn)出大量富氮氣排空，造成浪費，是原料煤消耗高的主要原因，亦是單醇獨自生產(chǎn)不經(jīng)濟的原因。與合成氨聯(lián)產(chǎn)，富氮氣送合成氨系統(tǒng)，既確保了水煤氣質(zhì)量，又使合成原料煤消耗降低，能充分體現(xiàn)出醇氨聯(lián)產(chǎn)的綜合效益。

造氣系統(tǒng)行之有效的技術(shù)，例如爐況尋優(yōu)、自動加煤、上下行煤氣余熱回收、過熱蒸汽氣化和高效風機等措施均要實施。采用以上技術(shù)，以造氣系統(tǒng)單獨供低壓醇生產(chǎn)水煤氣，噸醇原料煤消耗平均值可在1 320kg內(nèi)，與合成氨綜合核算，噸醇實際消耗低于1 300kg。

氫回收的尾氣送吹風氣燃燒爐助燃。尾氣的甲烷含量低，尾氣熱值小，這是需要注意的問題，合理的做法是適當提高配風空氣的入爐溫度。

3.2 水煤氣脫硫

由于變換工序采用全低變工藝，對硫化氫的控制相對寬松，脫硫后氣體中硫化氫含量應大于100～120mg／m3，脫硫的能耗及運行費用較之合成氨要低一些。

脫硫方法較多，各有利弊，使用較多的是栲膠法和888法。權(quán)衡利弊以栲膠法為宜，栲膠價格低廉，脫硫液無毒，脫硫性能高效穩(wěn)定，副產(chǎn)硫磺質(zhì)量好。

應用廉價的高硫煤為原料降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)適應甲醇市場的一項措施，水煤氣脫硫工序要滿足高硫煤脫硫的能力，脫硫裝置的生產(chǎn)能力應有調(diào)整原料煤的余量。

脫硫工序要強化氣體對煤焦油和粉塵的清洗效果，入塔氣體要進行過濾、靜電除焦和洗滌處理，以確保脫硫生產(chǎn)穩(wěn)定和長周期運行，同時亦是脫硫生產(chǎn)低能耗的要求。

3.3 變 換

變換工序的作用是轉(zhuǎn)化部分一氧化碳和有機硫，調(diào)整原料氣H／C，滿足甲醇合成要求。甲醇生產(chǎn)要求變換氣一氧化碳含量20%～28%，變換率小于30%，相應平衡變換率的總汽氣比小于0.12即可。因此，甲醇生產(chǎn)的變換工藝簡化，見圖2。蒸汽消耗極小，明顯優(yōu)于合成氨生產(chǎn)。

圖2 低壓醇變換工藝示意

變換工藝簡化，其設計理念與合成氨不盡相同，應注意以下問題。

（1）由于變換率低，總汽氣比小，不宜選用鐵系催化劑，以耐硫催化劑全低變工藝為宜。變換一氧化碳轉(zhuǎn)化率≤30%，有機硫轉(zhuǎn)化率僅為70%左右，變換爐后要串聯(lián)中溫水解，使有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫率達到99.0%以上。

（2）核算變換率及催化劑總溫升，將變換率分配到三段床層中，以催化劑床層熱點溫度小于280℃，終段熱點溫度小于260℃為佳，這樣有利于降低蒸汽消耗、維護催化劑活性及控制反硫化。

變換系統(tǒng)的氣體溫度控制以入爐190～210℃、入水解160～190℃、各段催化劑床層溫升小于50℃為佳。段間溫度及一氧化碳組分調(diào)節(jié)可設副線，但盡量不用副線調(diào)節(jié)一氧化碳組分。

（3）變換是等分子反應，壓力不影響化學平衡，提高變換壓力至脫碳同級能夠降低壓縮電耗已是共知的道理。但由于甲醇生產(chǎn)變換率小，節(jié)電效果不及合成氨生產(chǎn)明顯。

（4）以余熱回收為主要功能的飽和熱水塔，隨著變換率及變換氣汽氣比的降低余熱減少，加之變換段間采用水冷激技術(shù)，余熱即時消化，飽和熱水塔已失去存在價值。不設飽和熱水塔的全低變裝置要強化爐前氣體的除油和凈化，以彌補無循環(huán)熱水的洗滌作用。

變換爐段間調(diào)溫采用噴水技術(shù)，不僅減少余熱后移，同時工藝簡化，投資低；但必須確保噴水的質(zhì)量、導電率。

（5）變換－水解后硫化氫要求在120～140mg／m3，應保留濕法變脫。雖然行業(yè)中常用的脫碳法或PSA具有脫硫功能，但脫碳的同時脫硫不利于脫碳的穩(wěn)定生產(chǎn)，解吸氣中硫化氫高，凈化氣精脫負荷亦重，宜保留濕法變脫，而且要使變脫后硫化氫含量小于5mg／m3，越低越好。

全低變裝置運行參數(shù)如下。

水煤氣入爐 約210℃

一段熱點 約230℃

二段入口 約228℃

二段熱點 約280℃

噴水降溫 約220℃（二段入口）

三段熱點 約250℃

水解爐入口 約190℃；出口190℃水預熱器入口 約80℃；水溫72℃

水煤氣H2S 80mg／m3；水解后H2S 約148mg／m3；變脫后H2S ≤5.0mg／m3

噸醇段間噴水量 約0.17t噸醇蒸汽消耗 約0.09t

甲醇生產(chǎn)的變換率低，蒸汽消耗遠低于合成氨，這是低壓醇生產(chǎn)的明顯優(yōu)勢。

3.4 脫碳工序

低壓甲醇生產(chǎn)原料氣二氧化碳以1.0%～3.0%為宜，原料氣中適量的二氧化碳能夠穩(wěn)定催化劑活性和床層溫度，利于醇產(chǎn)率提高。但二氧化碳過高會在合成系統(tǒng)中累積，降低合成率。原料氣二氧化碳應根據(jù)甲醇催化劑活性狀態(tài)控制在一個合理的范圍。

行業(yè)內(nèi)脫碳方法較多，主要以脫碳壓力及脫碳率來選擇。近年P(guān)SA技術(shù)有較快發(fā)展，在吸附劑質(zhì)量、程控閥壽命及嚴密性、減少有效氣體損失方面有突出進步。加之PSA本身的優(yōu)點：節(jié)電、環(huán)保、自動化程度高及操作方便，以1.8MPa壓力條件下采用PSA脫碳較合適。PSA脫碳用于甲醇生產(chǎn)，CO2控制較高，利于有效氣CO等損失率的降低。PSA脫碳的同時亦將原料氣硫化物及微量雜質(zhì)脫除，減輕了后序精脫的負荷。采用吹掃法再生流程，節(jié)電效果更為顯著，噸醇耗電可降至5～10kW·h內(nèi)。

PSA脫碳裝置以“19－4－13”工藝操作

循環(huán)時間 2 090s

吸附壓力1.86MPa，放空壓力0.006MPa

以真空抽負再生時，抽負壓力≤0.084MPa；三臺真空泵運行，電流200A。噸醇脫碳電耗40～45kW·h。

凈化氣CO2組分2.5%。

采用PSA脫碳，由于凈化氣CO2高，采用一段法工藝，檢測有效氣H2損失率小于1.5%，CO損失率小于4.0%。同是PSA脫碳，較之用于合成氨生產(chǎn)的有效氣體損失小。

3.5 精脫硫

銅系催化劑使用溫度范圍窄，且對毒物十分敏感，要求精脫硫凈化氣總硫降至0.1×10－6以下，這是維護甲醇催化劑活性及延長使用壽命的關(guān)鍵。精脫硫采用湖北化研所開發(fā)的JTL－4技術(shù)，包括脫氯、脫羰基物質(zhì)和除油工藝，實際凈化氣總硫可達0.01×10－6以下。

3.6 壓縮工序

將脫硫后水煤氣分級壓縮至變換（變脫）、脫碳及甲醇合成工序是壓縮機的職責。低壓醇合成壓力定為5.0MPa，壓縮機分為四段，通常配置M－190（305）／54型機，四段排氣高限壓力分別是0.38、1.0、2.1、5.5MPa。

壓縮機耗電占甲醇生產(chǎn)總電耗的80%，是挖潛降低電耗的主要工序。鑒于甲醇生產(chǎn)壓力較低，所用的往復式或離心式壓縮機可用電驅(qū)動，亦可采用汽輪機驅(qū)動。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的蒸汽平衡，配置背壓式汽輪機驅(qū)動部分壓縮機，具有顯著的節(jié)電效果。

300kt／a低壓醇配置兩臺305m3／min機，采用蒸汽驅(qū)動汽輪機，替代3 800kW電機拖動壓縮機，蒸汽驅(qū)動占總氣量的40%左右。鍋爐輸出3.82MPa壓力級蒸汽，背壓0.5MPa蒸汽供造氣使用，達到節(jié)電效果。

5MY50－305／54型壓縮機電機通過飛輪及高彈聯(lián)軸器、變速箱與汽輪機B4.0－3.43／0.49連接，拖動壓縮機。

汽輪機技術(shù)參數(shù)如下：

汽輪機進汽壓力 3.43MPa（絕）

汽輪機進汽溫度 435±15℃

汽輪機排汽壓力 0.49MPa（絕）

汽輪機排汽溫度 245±15℃

汽輪機額定功率 4 000kW

汽輪機額定進汽量 41.5t／h

汽輪機額定轉(zhuǎn)速 3 000r／min

蒸汽驅(qū)動壓縮機，使噸醇電耗由860kW·h降至不超過700kW·h。僅此一項，使醇生產(chǎn)成本有較大幅度降低。

3.7 低壓甲醇合成

低壓醇合成反應器近期發(fā)展很快，型式亦多，主要以氣體流向、調(diào)溫方式和移出反應熱介質(zhì)不同來區(qū)分。以水冷為移熱介質(zhì)的反應器與熱回收裝置融為一體，不設電爐，工藝簡化，操作方便頗具青睞。甲醇合成是強放熱過程，必須及時移出反應熱，保持 “恒溫”狀態(tài)，合成反應才能正常進行。在眾多的反應器中，以安淳公司開發(fā)的JJD型最有代表性，運行效果好。

（1）JJD型水管式反應器的特點

催化劑床層置于沸水環(huán)境中，水相變汽化移出反應熱，轉(zhuǎn)為生產(chǎn)用蒸汽，催化劑床層保持恒溫，易于操作。催化劑置于管間，容積大，催化劑裝填量多，生產(chǎn)能力發(fā)揮強，易被生產(chǎn)廠家接受。

JJD水管式反應器氣相徑向流通，壓差小；水管懸掛結(jié)構(gòu)，緩解熱應力，管材無需特殊鋼，催化劑裝填方便，生產(chǎn)運行穩(wěn)定。

（2）甲醇合成系統(tǒng)流程（圖3）

工藝流程由開發(fā)單位安淳公司設計，并根據(jù)廠家要求進一步完善工藝氣、液的回收利用。

合成的甲醇于醇分累積后經(jīng)中間貯槽送精餾，中間貯槽弛放氣經(jīng)洗醇后返回水煤氣氣柜。放空氣經(jīng)二級洗醇等壓入膜提氫回收裝置，滲透氣返回壓縮三進，尾氣送吹風氣回收助燃。合成反應器副產(chǎn)的蒸汽并入蒸汽網(wǎng)絡，凈醇稀液送精餾使用。

圖3 低壓醇合成工藝示意

甲醇合成工序的生產(chǎn)參數(shù)如下。

（1）壓力

新鮮氣入口 約4.1MPa

合成反應器壓差 △P≤0.05MPa

系統(tǒng)壓差 △P＝0.18MPa

蒸汽汽包 約1.85MPa

中間貯槽 約0.5MPa

（2）溫度

新鮮氣 約25℃

合成塔入口 約190℃

合成塔床層（自外向內(nèi)，自上向下）

合成塔出口 約218℃

水冷器入口 約70℃；出口 約25℃

副產(chǎn)蒸汽溫度約207℃，產(chǎn)量約374t／d

（3）年產(chǎn)300kt甲醇裝置單系統(tǒng)流量

新鮮氣 約3.78×104m3／h

循環(huán)氣 約20.8×104m3／h

放空氣 約0.45×104m3／h

滲透氣 約0.21×104m3／h

粗醇量 約22.0m3／h

副產(chǎn)蒸汽量 約16.5t／h

3.8 甲醇精餾

低壓醇年產(chǎn)能力一般較大，甲醇精餾技術(shù)應采用三塔工藝。精餾塔有填料及板式兩種，以規(guī)整填料和垂直篩板為常見，效率高。三塔工藝節(jié)省蒸汽，甲醇純度高，殘液醇含量低。

低壓甲醇生產(chǎn)的粗醇一般單設槽貯存，可與聯(lián)醇共用一套精餾裝置。低壓醇濃度94%～96%，密度≤0.81t／m3，粗醇中乙醇含量略高于中壓聯(lián)醇。若用戶對乙醇有要求，甲醇合成操作要適當提高入塔氣H／C，使H／C≥6，降低水冷溫度，以降低入塔氣醇濃度，縮減合成副反應。乙醇的分離，在三塔精餾工藝中主要是在加壓和常壓塔進行，操作上適當提高回流比，提升靈敏層溫度，乙醇指標小于100×10－6是容易做到的。提高回流比，精餾的蒸汽消耗要增加，但仍可控制在噸醇1 000kg之內(nèi)。

4 節(jié)能降耗措施

甲醇屬于基礎(chǔ)中間化工產(chǎn)品，低能耗、低成本生產(chǎn)是企業(yè)立足市場的關(guān)鍵。低成本生產(chǎn)的要素涉及面廣，作為傳統(tǒng)的氮肥廠聯(lián)產(chǎn)甲醇與國內(nèi)外先進技術(shù)相比有較大差距，醇產(chǎn)量仍占據(jù)相當比例。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，國內(nèi)煤基甲醇噸產(chǎn)品耗煤1.6t，耗水22t以上，能耗高達60GJ，幾乎是國外先進技術(shù)的二倍。但目前許多管理好的氮肥企業(yè)醇氨聯(lián)產(chǎn)的能耗水平已經(jīng)遠低于統(tǒng)計值，進而在激烈競爭的市場中能占具一席之地。醇氨聯(lián)產(chǎn)降低生產(chǎn)成本涉及生產(chǎn)的各工序，既然是醇氨聯(lián)產(chǎn)，生產(chǎn)裝置則要重點發(fā)揮出聯(lián)產(chǎn)優(yōu)勢，工藝設計合理，完善節(jié)能措施，努力降低運行費用，方能取得好的效果。

（1）造氣

低壓醇合成生產(chǎn)需要的水煤氣氮含量要盡量低，造氣制氣過程不可避免出現(xiàn)富氮氣體，如何減少富氮氣量并合理回收是降低原料煤消耗的重要因素。低壓醇裝置與合成氨生產(chǎn)半水煤氣不同的是，造氣爐需增設上行切換閥，將富氮氣送合成氨使用。上行切換閥要盡量靠近爐體，以提高制氣效率及減少無效空間；同理，吹風閥和下行煤氣閥亦要盡量靠近爐體。

低壓醇造氣裝置不宜應用聯(lián)合余熱回收工藝，以單爐－除塵－熱回收－洗氣塔配置為好，洗氣塔兩側(cè)設煤氣入口水封，兩爐共用以提高冷卻水使用效率。使用聯(lián)合余熱回收的煤氣總管容積大，煤氣易倒氣，不利于提高水煤氣質(zhì)量和降低消耗。造氣運行不論是下行煤氣送水煤氣氣柜流程，還是富氮氣送半水煤氣氣柜流程，以體現(xiàn)醇、氨綜合效益好為準，求得醇、氨兩者的原料煤消耗最低為宜；醇氨綜合原料煤消耗應接近單產(chǎn)合成氨消耗值，噸醇入爐煤耗達到或小于1 300kg是能夠做到的。富氮氣送半水煤氣氣柜，影響合成氨煤氣爐加氮和產(chǎn)氣能力的發(fā)揮，但合成氨生產(chǎn)得到富氮氣，原料煤消耗下降，仍體現(xiàn)出一定的綜合效益。富氮氣送出亦應經(jīng)除塵和余熱回收。

甲醇的造氣爐操作機理與氨生產(chǎn)是一致的，降低原料煤消耗的技術(shù)及管理亦應盡力采用，此處不再一一贅述。

（2）脫硫

變換采用的是全低變工藝，且噸甲醇氣量小、脫硫負荷輕，低壓醇水煤氣脫硫的生產(chǎn)費用應明顯低于合成氨。脫硫雖然在整個生產(chǎn)成本中所占比例不大，但各生產(chǎn)裝置的脫硫費用差異較大，僅以堿耗為例，管理較差的裝置常是正常值的數(shù)倍。不少脫硫裝置加堿多而脫硫液的pH值及有效碳酸鈉組分反而低，其關(guān)鍵是副鹽高；應力求通過工藝、設備及操作優(yōu)化降低脫硫費用，減小生產(chǎn)成本。

若用高硫煤降低生產(chǎn)成本，更應該將脫硫工藝調(diào)整好。低壓醇生產(chǎn)要強化變脫，提高脫硫效率，使凈化氣硫化氫含量≤5mg／m3。變脫系統(tǒng)出現(xiàn)的問題往往是脫硫液再生效率低，致使液相的碳酸氫鈉高，影響脫硫率和生產(chǎn)成本。變脫運行要重點解決好富液的閃蒸和再生，提高貧度。

（3）變換

變換耗汽低于合成氨生產(chǎn)，噸醇耗汽應小于100kg。實現(xiàn)低能耗的關(guān)鍵是設計要合理，各段催化劑裝填量及活性維護，控制水煤氣氧量小于0.4%。變換長周期高效運行，入變換爐前水煤氣的冷卻凈化及除油要徹底，工藝水質(zhì)要提高。甲醇全低變的變換率低、溫升小，亦要堅持使用段間噴水調(diào)溫技術(shù)。水冷激及時將余熱轉(zhuǎn)為蒸汽，節(jié)汽效果十分顯著；不設飽和熱水塔，變換氣入水預熱器溫度應小于80℃。

降低變換汽耗的關(guān)鍵是降低終段床層溫度，雖然變換率低，催化劑床層亦應設二段以上。只有變換爐做到合理分段，終段溫度才能降低，催化劑活性才能維護持久。

不設飽和熱水塔，余熱用于加熱脫鹽水，副產(chǎn)蒸汽，做到低品位余熱物盡其用。

（4）脫碳

甲醇生產(chǎn)原料氣二氧化碳含量高，無論采用何種脫碳法，運行費用均低于氨生產(chǎn)。降低脫碳生產(chǎn)成本主要是減少脫碳電耗和有效氣體損失。PSA的優(yōu)勢是電耗低；降低有效氣損失的關(guān)鍵是，減小系統(tǒng)無效空間及提高程控閥的嚴密性，應予以注意。

脫碳解吸氣量約占原料氣的1／6，各階段的解吸氣混合后二氧化碳的平均濃度在75%～80%，其余為一氧化碳、氫及甲烷等，脫碳有效氣總損失率約為10%，對于有效氣回收，行業(yè)已有多種回收工藝。該甲醇脫碳裝置采用的是解吸氣增壓至0.2MPa，經(jīng)PAS提濃二氧化碳后再次加壓、冷凝為液相二氧化碳副產(chǎn)品，其尾氣返回生產(chǎn)系統(tǒng)，尾氣中有效氣約占70%。高濃度二氧化碳轉(zhuǎn)為液態(tài)后，冷凝氣中仍有較多的有效氣，亦同時回收。這種回收工藝既增加了二氧化碳副產(chǎn)品，又回收了氫、一氧化碳有效氣，綜合效益最好。

回收裝置是年產(chǎn)30kt二氧化碳系統(tǒng)，回收氣量3 500m3／h，副產(chǎn)液體二氧化碳后，尾氣300m3／h返回生產(chǎn)，明顯降低了原料煤消耗。

（5）壓縮

低壓醇生產(chǎn)壓力僅為4.0～5.0MPa，以高品位蒸汽驅(qū)動壓縮機后蒸汽用于生產(chǎn)，該技術(shù)成熟，節(jié)能效果明顯。根據(jù)蒸汽平衡，高品位的蒸汽用于部分壓縮機驅(qū)動，一般噸醇電耗降低150kW·h以上；用于驅(qū)動壓縮機的蒸汽量越多，節(jié)電效益越顯著。在低壓醇生產(chǎn)中應積極推廣該項技術(shù)。該300kt／a低壓醇裝置是與氮肥“18·30”聯(lián)產(chǎn)的，實際日產(chǎn)醇與氨量基本持平時，以高、低壓蒸汽平衡為準，高壓蒸汽驅(qū)動壓縮機，驅(qū)動后低壓蒸汽用于造氣爐，噸醇電耗可降低200kW·h之多。

（6）醇合成系統(tǒng)

反應器的選擇較為重要，國內(nèi)甲醇合成塔結(jié)構(gòu)基本可分為換熱式和管殼式；管殼式結(jié)構(gòu)簡單，直接與水換熱，由于水的傳熱系數(shù)大，反應塔軸徑向溫差小，全塔幾乎為等溫反應，極易操作。不僅單程轉(zhuǎn)化率高，而且循環(huán)氣比數(shù)小，節(jié)電效果顯著。該裝置選用JJD水管式反應器是明智的。

低壓醇生產(chǎn)要重視循環(huán)氣醇的分離。一般情況下，醇塔出口醇含量5.0%～7.0%，水冷30～35℃時醇含量降至0.5%左右；放空氣經(jīng)水洗滌可達0.2%左右，采用甲醇全收率技術(shù)能夠降至0.05%以下。應積極采用全收率技術(shù)，無疑對降低循環(huán)機電耗，提高醇回收率及環(huán)保有利。

甲醇合成是強放熱反應，噸甲醇反應熱可副產(chǎn)2.0MPa級蒸汽1 000kg以上。粗醇的生產(chǎn)在蒸汽產(chǎn)用平衡上實際是過剩的：即吹風氣余熱和合成反應余熱回收副產(chǎn)蒸汽，用于造氣、變換有余；余者可供精餾用汽，用于外供蒸汽已是很少。

（7）甲醇精餾

采用三塔工藝。三塔工藝是增設了加壓主精餾塔，加壓塔頂甲醇蒸氣冷凝熱作為常壓塔底的再沸器熱源，節(jié)汽節(jié)水，僅汽耗一項，較兩塔工藝降低30%左右，實際噸精醇耗汽可在900kg內(nèi)（對乙醇含量無特殊要求）。精餾塔分為規(guī)整填料或垂直篩板，兩者效果均可。

（8）放空氣及貯槽弛放氣回收

甲醇合成放空氣量大（生產(chǎn)裝置間差異較大），氫含量高達60%，放空氣必須提氫回收，原料煤消耗才能降低，氫氣回收率應達80%以上。提氫裝置采用膜分離或PSA均可，回收的滲透氣返回一進或四進。

貯槽弛放氣量噸醇大約40m3，主要組分為氫。一般回收法是經(jīng)水凈醇后直接送回氣柜，清洗水送精餾使用。許多生產(chǎn)裝置貯槽弛放氣不予回收是不妥的，其實回收方法簡單，具有一定的節(jié)能效果。

（9）吹風氣余熱回收或三廢鍋爐

這是重要的節(jié)能降耗項目，余熱回收副產(chǎn)蒸汽用于生產(chǎn)，副產(chǎn)的3.82MPa、450℃中壓蒸汽并網(wǎng)，背壓發(fā)電抽出低壓汽用于造氣；或蒸汽直接驅(qū)動壓縮機；或?qū)嵤峁Α⒐犭娐?lián)產(chǎn)，蒸汽逐級降壓拖動鼓風機、引風機、水泵甚至冰機等，實現(xiàn)功熱電能量轉(zhuǎn)換，對穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)電節(jié)汽效果十分明顯。

該300kt／a低壓醇系統(tǒng)配套55t／h吹風氣回收裝置，配置二臺型號B1.0－3.3／0.6汽輪機，發(fā)電功率1 000kW的YKK－500－2機組（視蒸汽平衡情況僅部分產(chǎn)汽通過汽輪機），高壓汽發(fā)電1 500kW·h后，低壓汽再用于造氣。吹風氣回收裝置的引風機、水泵同時實施了功熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，顯示了節(jié)電效果。

5 低壓醇的綜合能耗

通過以上一系列節(jié)能措施，噸甲醇的綜合能耗有大幅度降低。以該300kt／a裝置為例，2011年上半共計生產(chǎn)甲醇近150kt，平均綜合能耗達46.15GJ，詳見表2。

表2 低壓甲醇生產(chǎn)綜合能耗 （噸醇）

低壓醇的生產(chǎn)成本除表中各項能耗外，尚有脫硫劑、催化劑、循環(huán)水消耗及人工和設備折舊等，所占比例較小，提高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵是綜合能耗。2011年上半年甲醇市場呈現(xiàn)先抑后揚的態(tài)勢，該生產(chǎn)裝置取得一定的收益，企業(yè)已按照裝置的設計能力安排了下半年生產(chǎn)計劃。

6 結(jié) 語

2011年初已出臺《甲醇行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（討論稿），明確了發(fā)展方向和任務。我國的甲醇行業(yè)在一段時期內(nèi)大、中、小裝置還要并存；這亦意味著生產(chǎn)者的機遇與挑戰(zhàn)同時并存，生存的關(guān)鍵是降低消耗水平。規(guī)劃要求到2015年甲醇工業(yè)整體消耗水平達到：以煤為原料的聯(lián)醇噸醇不超過1 500kg標準煤，耗新鮮水量≤12m3。氮肥、甲醇行業(yè)只要一如既往努力，是一定能夠做到做好的。