三塔甲醇精餾裝置改造情況

車艷妮

(河南理工大學(xué)河南焦作454000)

三塔甲醇精餾裝置改造情況

車艷妮

(河南理工大學(xué)河南焦作454000)

山西晉煤天源化工有限公司裝置年生產(chǎn)能力為360kt合成氨、600kt尿素、40kt甲醇。合成工段凈化氣精制采用甲醇化、甲烷化工藝，生產(chǎn)出的粗甲醇中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在52%～59%，通過精餾的辦法除去雜質(zhì)獲得高純度甲醇。甲醇精餾采用三塔精餾工藝，預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔均為填料塔，采用規(guī)整填料。開車運(yùn)行后，甲醇產(chǎn)品不能達(dá)到優(yōu)等品的要求且蒸汽消耗較高，通過對甲醇精餾塔填料及內(nèi)件進(jìn)行更換和改造，甲醇產(chǎn)品達(dá)到了優(yōu)等品(質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)指標(biāo)要求，蒸汽消耗明顯降低。

1 工藝特點(diǎn)

從國內(nèi)雙塔精餾工藝裝置運(yùn)行現(xiàn)狀來看，精甲醇中的乙醇含量較高，乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般達(dá)到(400～500)×10－6，聯(lián)醇工藝生產(chǎn)的精甲醇中乙醇含量更高些;三塔精餾工藝裝置可制取乙醇含量極低的優(yōu)質(zhì)甲醇，乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅(1～2)× 10－6，有時(shí)甚至分析不出來，而加壓精餾塔采出的精甲醇中其他有機(jī)雜質(zhì)含量也相對減少，在三塔精餾工藝裝置中常壓精餾塔采出的精甲醇質(zhì)量更好些。三塔精餾流程主要是將雙塔精餾流程的主精餾塔分為加壓精餾塔和常壓精餾塔，加壓精餾塔的冷凝潛熱作為常壓精餾塔再沸器的熱源，并且節(jié)省了加壓精餾塔的回流冷卻用水，較雙塔精餾流程節(jié)約熱能30%～40%，節(jié)省了蒸汽和減少了冷卻水用量。

2 工藝流程

來自甲醇合成工段或甲醇罐區(qū)40℃的粗甲醇加入堿液中和后，經(jīng)換熱器換熱至58℃送入預(yù)精餾塔，溶解在粗甲醇中的氣體及低沸點(diǎn)雜質(zhì)均在預(yù)精餾塔塔頂除去。預(yù)精餾塔有2臺冷凝器，塔頂蒸汽中所含大部分甲醇在第1級冷凝器被冷凝送入預(yù)精餾塔回流槽進(jìn)行全回流;未冷凝的少部分甲醇蒸氣、低沸點(diǎn)輕組分及不凝氣進(jìn)入第2冷凝器冷卻至(40±2)℃，回收其中絕大部分甲醇，不凝氣經(jīng)液封槽后排至造氣燃料氣氣柜，或經(jīng)液封槽放空。

從預(yù)精餾塔塔底來的甲醇經(jīng)泵加壓后送入加壓精餾塔，加壓精餾塔塔頂甲醇蒸氣進(jìn)入冷凝/再沸器作為常壓精餾塔的熱源。甲醇蒸氣被冷凝器冷凝后進(jìn)入回流槽，一部分經(jīng)泵加壓后作回流，其余部分經(jīng)冷卻器冷卻后送回加壓精餾塔，加壓精餾塔塔頂甲醇蒸氣進(jìn)入冷凝/再沸器作為常壓精餾塔的熱源。甲醇蒸氣被冷凝器冷凝后進(jìn)入回流槽，一部分經(jīng)泵加壓后作回流，其余部分經(jīng)冷卻后送往精甲醇槽。

由加壓精餾塔塔底排出的甲醇溶液送至常壓精餾塔，塔頂排出的甲醇蒸氣由冷凝器冷卻，冷凝液進(jìn)入回流槽，經(jīng)泵加壓后一部分作回流，其余部分作為產(chǎn)品送入精甲醇槽。常壓精餾塔下部側(cè)線采出雜醇油，塔底排出的廢水送至污水處理工段進(jìn)行生化處理。

3 存在的問題及原因分析

設(shè)計(jì)噸甲醇低壓蒸汽消耗≤1.2t，而改造前噸甲醇低壓蒸汽消耗在3.0t左右，產(chǎn)品純度僅99.5%～99.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，沸程和水含量分別超標(biāo)了3.5℃和0.5%，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到優(yōu)等品指標(biāo)要求，甲醇廢水中甲醇含量不達(dá)標(biāo)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.59%)。經(jīng)認(rèn)真分析，填料效率和分布器性能存在以下問題:①原AX250型規(guī)整填料比表面積太小，與現(xiàn)有設(shè)備的填料高度、塔徑不匹配，影響氣液接觸，達(dá)不到分離要求。甲醇精餾過程中，甲醇的溫度為64℃，水的沸點(diǎn)為100℃，其中還有許多其他醇類，如乙醇等，沸點(diǎn)相差都不大，分離難度較高，比表面積較小的填料無法保證足夠的氣液傳質(zhì)面積。因此，應(yīng)選擇比表面積更大的填料或者增加塔中填料段的高度達(dá)到分離要求。②液體分布器設(shè)計(jì)不合理。預(yù)精餾塔、加壓精餾塔以及常壓精餾塔的分布器孔徑過大，孔數(shù)過少，難以保證填料發(fā)揮出最佳性能，分布器總高度不超過200mm，高度過低，無法保證在70%～120%的負(fù)荷內(nèi)都分布均勻。③填料分段情況不合理，預(yù)精餾塔精餾段和加壓精餾塔提餾段的填料高度過矮，不是在最佳位置進(jìn)料。④液體分布器安裝不規(guī)范，分布器漏液，有壁流現(xiàn)象。

4 改造方案

在不改變原塔體結(jié)構(gòu)的情況下，對預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔的填料和內(nèi)件進(jìn)行了更換和優(yōu)化:①填料更換為比表面積較大的填料，TUC-DZ型波紋填料的比表面積≥500m2/m3，ZUPAK-Ⅲ型波紋填料的比表面積≥350m2/m3，ZUPAK-Ⅱ型波紋填料比表面積≥250m2/m3。②分布器更換為槽盤式分布器，分布器離填料高度由原來的50mm改為200mm，更換了進(jìn)料管及回流管，進(jìn)料管布有Φ12mm開孔，以進(jìn)行液體再分布。

預(yù)精餾塔規(guī)格為Φ1100mm×21198mm，精餾段選用TUC-DZ型波紋填料，床層為1段，高度為1000mm;提餾段選用ZUPAK-Ⅲ型波紋填料，床層為2段，每段高度為3500mm。塔頂和填料段之間采用新型槽盤式液體分布器，孔徑為Φ4.6～8.2mm

加壓精餾塔規(guī)格Φ1300mm×32843mm，全塔液相負(fù)荷較大，氣相密度也大。精餾段選用ZUPAK-Ⅲ型波紋填料，床層為4段，高度分別為1000，5000，5000和5000mm;提餾段選用ZUPAK-Ⅱ型波紋填料，床層為1段，床層高度為1000mm，其液相負(fù)荷非常大，壓力較高，導(dǎo)致氣相密度增大，氣液相密度減小。塔頂和填料段之間采用新型槽盤式液體分布器。

常壓精餾塔規(guī)格Φ1600mm×35993mm，全塔氣相負(fù)荷大，液相負(fù)荷小，選用TUC-DZ型波紋填料。精餾段設(shè)置3段填料床層，每段高度為4500mm;提餾段填料床層為2段，每段高度為3000mm。雜醇油從提餾段中間采出。

5 改造效果

更換填料及分布器后，對甲醇精餾裝置進(jìn)行了3d的負(fù)荷考核。考核期間，實(shí)際達(dá)到的運(yùn)行指標(biāo)(表1):①甲醇產(chǎn)品沸程和水分含量僅超產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)0.3℃和0.03%，為優(yōu)等品甲醇。②粗甲醇負(fù)荷為12m3/h，日均產(chǎn)甲醇136.5t，負(fù)荷為85%。按年運(yùn)行300d計(jì)，甲醇年產(chǎn)量41000t。③排放的廢水中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜100×10－6，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，既回收了資源，又減輕了污水處理壓力。④噸甲醇低壓蒸汽消耗為1.5t左右。考核期后，粗甲醇負(fù)荷調(diào)整為16m3/h，穩(wěn)定2h，核算年產(chǎn)甲醇55000t，超過設(shè)計(jì)產(chǎn)能。操作彈性為50%～115%，更高負(fù)荷因受粗甲醇產(chǎn)量限制未考核，根據(jù)運(yùn)行狀況看，可達(dá)到120%負(fù)荷。

表1 改造前、后運(yùn)行參數(shù)對比

6 結(jié)語

山西晉煤天源化工有限公司原來的甲醇精餾裝置由于填料性能先天不足，內(nèi)件分布器也存在問題，在運(yùn)行初期產(chǎn)品未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能耗較高。經(jīng)過技術(shù)改造后，能耗大大降低，噸甲醇低壓蒸汽消耗由約3.0t降為約1.5t，每年可節(jié)約低壓蒸汽60000t，年節(jié)約蒸汽費(fèi)用600萬元。廢水中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜100×10－6，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品甲醇99.9%為優(yōu)等品，按售價(jià)提高100元/t計(jì)，年可增收400萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

2014-09-10)