影響二甲醚裝置高負荷運行的原因及改造措施

宋 騰，葛志躍

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司200 kt/a二甲醚生產(chǎn)裝置采用甲醇氣相脫水法工藝技術(shù)，于2008年年底一次投料試車成功。通過近幾年的運行探索和創(chuàng)新，成功解決了制約二甲醚生產(chǎn)裝置高負荷運行的問題，使裝置可在120%～130%的負荷下保持穩(wěn)定運行。

1 工藝流程

圖1 甲醇氣相脫水制二甲醚工藝流程

如圖1[1- 2]所示：原料甲醇經(jīng)堿液中和、預熱后進入汽化塔轉(zhuǎn)化為甲醇蒸氣，然后經(jīng)換熱進入反應(yīng)器進行脫水反應(yīng)；從反應(yīng)器出來的反應(yīng)氣經(jīng)換熱、冷卻后進入粗甲醚儲罐進行氣液分離，得到的液相即為粗二甲醚；從粗甲醚儲罐分離得到的氣相主要為H2，CO，CH4，CO2等不凝性氣體以及甲醇和二甲醚蒸氣，經(jīng)冷卻后進入洗滌塔用來自精餾塔的釜液吸收其中的二甲醚和甲醇，得到的吸收尾氣經(jīng)減壓后送火炬系統(tǒng)；從粗甲醚儲罐出來的粗二甲醚經(jīng)預熱后送入精餾塔，精餾塔塔頂?shù)玫降亩酌颜魵饨?jīng)冷凝后收集在二甲醚回流罐中，其中一部分作為精餾塔回流液回流，其余作為產(chǎn)品送球罐；從精餾塔塔釜溢流出來的釜液(主要成分為甲醇和水)進入精餾塔釜液貯罐，其中一小部分經(jīng)冷卻后送洗滌塔用作洗滌液，其余作為循環(huán)液送入汽化塔回收未反應(yīng)的甲醇；從汽化塔側(cè)線采出的雜醇經(jīng)冷卻、計量后送雜醇油罐；汽化塔塔釜廢水經(jīng)換熱、減壓后送入汽提塔，汽提塔塔頂?shù)玫降乃魵夂图状颊魵饨?jīng)冷凝后大部分作為回流液返回汽提塔，少量甲醇送至雜醇油罐，汽提塔塔釜廢水送至界外。

2 高負荷運行中存在的問題

二甲醚生產(chǎn)裝置在高負荷運行期間，汽化塔壓差基本維持在35～38 kPa。2016年上半年，在汽化塔負荷達到120%以上后，汽化塔壓差達到45 kPa左右，無法維持穩(wěn)定運行，汽化塔塔盤積液嚴重，容易發(fā)生液泛，進而出現(xiàn)頂部甲醇汽化不徹底、反應(yīng)器催化劑垮溫現(xiàn)象，給催化劑及裝置的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的安全隱患。

3 原因分析

3.1 汽化塔部分塔盤塌陷、浮閥出現(xiàn)卡塞

二甲醚裝置中的汽化塔屬于板式塔中的浮閥塔。2016年上半年汽化塔在120%負荷下無法維持穩(wěn)定運行的主要原因是汽化塔精餾段壓差大，造成精餾段塔盤積液，最終導致帶液至反應(yīng)器引起催化劑垮溫。利用二甲醚裝置短停檢修機會對塔內(nèi)件進行檢查，發(fā)現(xiàn)汽化塔精餾段部分塔盤出現(xiàn)塌陷，部分浮閥出現(xiàn)卡塞，進而導致精餾段塔盤在高負荷下運行時出現(xiàn)汽液不平衡，塔盤上積液嚴重，最終引起精餾段塔盤壓差增大，從而影響汽化塔的穩(wěn)定操作。

3.2 原料甲醇品質(zhì)差，雜醇含量高

二甲醚裝置汽化塔以粗甲醇為原料，其中含有乙醇、丙醇、丁醇、庚醇等高級醇。隨著碳鏈的增長，高級醇的沸點比甲醇高，容易在汽化塔內(nèi)的塔盤上積聚，一旦積聚過多就會影響塔內(nèi)的汽液平衡，最終導致汽化塔壓差增大并出現(xiàn)液泛。原料粗甲醇中的雜醇含量主要受甲醇合成裝置影響，隨著甲醇合成催化劑使用到后期，粗甲醇中的雜醇含量就會升高。河南龍宇煤化工有限公司甲醇合成催化劑已使用4年，副反應(yīng)增多，雜醇(乙醇、丙醇、丁醇、庚醇)含量可達到6 000 mg/m3左右，進而影響汽化塔的穩(wěn)定操作。

3.3 精餾塔操作不當，再沸器存在內(nèi)漏

高負荷運行時，精餾塔在操作過程中曾出現(xiàn)釜液溢流至釜液罐不暢的現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)溢流不暢的問題，減少了蒸汽用量，雖然解決了問題，但由于蒸汽用量的減少致使精餾塔塔釜操作溫度偏低，造成釜液中二甲醚含量增大，此部分釜液返回汽化塔時，直接導致汽化塔精餾段上升氣量增大，引起汽化塔精餾段出現(xiàn)液泛，從而無法進行高負荷操作。

此外，精餾塔再沸器存在內(nèi)漏，由于蒸汽側(cè)壓力高于系統(tǒng)操作壓力，致使精餾塔加熱用蒸汽以及冷凝液竄入精餾塔內(nèi)，使釜液中水含量增多。在120%負荷下正常運行時，送往汽化塔的循環(huán)液量在25 m3/h，但由于再沸器出現(xiàn)內(nèi)漏導致循環(huán)液量增大至30 m3/h。此部分循環(huán)液送往汽化塔后，直接增大了汽化塔提餾段的負荷，造成汽化塔操作不穩(wěn)定，易發(fā)生液泛。

4 改造措施

4.1 汽化塔部分塔盤的檢修

針對汽化塔精餾段部分塔盤出現(xiàn)的塌陷以及部分浮閥出現(xiàn)卡塞的問題，對精餾段的塔盤以及循環(huán)液進料處的塔盤進行了拆檢，對塌陷的塔盤重新進行了校正，同時對卡塞的浮閥進行清理更換，確保浮閥能夠靈活動作，從而解決了導致汽化塔精餾段塔盤在高負荷下運行時出現(xiàn)的汽液不平衡問題。

4.2 針對原料粗甲醇品質(zhì)問題采取的措施

針對原料粗甲醇中雜醇含量高而影響汽化塔穩(wěn)定操作的問題，采取了如下的措施[3]。

(1) 汽化塔內(nèi)共計有80塊塔盤，精餾段和提餾段各有40塊塔盤，為避免雜醇富集而影響裝置的運行，原始設(shè)計時分別在第66塊、第45塊以及第30塊塔盤的溢流堰收液槽處設(shè)置有雜醇采出口a，b和c。分析各側(cè)線采出口的雜醇含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)b點的雜醇含量最高，質(zhì)量分數(shù)最高時能達到15%以上，而a點和c點雜醇含量較低。為此，對現(xiàn)場各側(cè)線采出口的閥門開度進行調(diào)整，確保b點的采出量最大，同時增大側(cè)線采出總閥的開度。根據(jù)調(diào)整結(jié)果，當b點采出的雜醇質(zhì)量分數(shù)達到10%以上時，汽化塔難以在高負荷下穩(wěn)定運行。

(2) 針對原料粗甲醇中雜醇含量高的問題，通過優(yōu)化甲醇合成系統(tǒng)的工藝操作參數(shù)以降低粗甲醇中雜醇含量，同時利用2017年大修機會對甲醇合成催化劑進行了更換。目前，粗甲醇中雜醇(乙醇、丙醇、丁醇、庚醇)質(zhì)量濃度控制在1 000 mg/m3以內(nèi)。

4.3 針對精餾塔操作不當以及再沸器內(nèi)漏采取的措施

針對精餾塔操作不當以及再沸器內(nèi)漏的問題，采取了如下的措施。

(1) 嚴格控制塔釜溫度及蒸汽用量，避免溫度過低導致釜液攜帶二甲醚。對精餾塔塔釜與釜液罐之間的氣相平衡管線進行了增粗改造，同時在釜液罐上增設(shè)放空泄壓管線至洗滌塔，有效解決了釜液溢流不暢的問題。

(2) 利用裝置短停機會對再沸器進行了拆檢消漏，同時根據(jù)再沸器泄漏主要是腐蝕所致，一方面對系統(tǒng)工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，另一方面報備了1臺不銹鋼換熱器，并利用2017年大修機會對該換熱器進行了更換。

5 改造效果

通過優(yōu)化及改造，目前二甲醚裝置可以在120%～130%負荷下穩(wěn)定運行，汽化塔壓差在36～37 kPa，裝置整體運行比較平穩(wěn)。

參考文獻

[1] 唐宏青.甲醇脫水制二甲醚工藝研究[J].中氮肥，2003(4)：11- 14.

[2] 劉征宇.二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)及開發(fā)[J].化學工程師，2006(6)：32- 33.

[3] 朱小學，劉芃，葉秋云，等.氣相法甲醇脫水制二甲醚催化劑的研究開發(fā)[J].天然氣化工(C1化學與化工)，2011(1)：11- 15.