甲醇精餾裝置節(jié)能改造總結(jié)

吳珍漢

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司，安徽阜陽 236000)

精甲醇在工業(yè)上的用途十分廣泛，是重要的基本有機(jī)化工原料之一，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運(yùn)輸業(yè)等方面具有廣泛的用途，主要用于制造甲醛、乙酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。精甲醇亦可代替汽油作燃料使用，精甲醇和汽油(柴油)或其他物質(zhì)可混合成適于各種用途的工業(yè)用或民用新型燃料，精甲醇和汽油混合可作為燃料用于運(yùn)輸業(yè)[1-2]。

精甲醇新能源主要表現(xiàn)在甲醇汽油用于汽車燃料。因為一般汽油來源于原油，而甲醇可以來源于煤、天然氣、焦?fàn)t氣、煤層氣、氮化工企業(yè)及高硫高灰的劣質(zhì)煤資源，所以對于缺少原油和油氣、富有煤炭的國家，可以說是一種新的汽車燃料源。

1 項目背景

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(以下簡稱安徽昊源)二期航天爐項目，采用航天粉煤加壓氣化技術(shù)。甲醇合成采用南京國昌化工科技有限公司全軸向水冷板低壓甲醇合成工藝，配套200 kt/a甲醇精餾裝置于2014年7月開車，出現(xiàn)了蒸汽消耗高、精甲醇產(chǎn)品乙醇含量高及原料粗醇消耗高等問題，不利于市場競爭。為此，安徽昊源于2015年4月和2016年1月合計投資120萬元對裝置進(jìn)行節(jié)能改造，改造完成后裝置運(yùn)行穩(wěn)定，噸甲醇產(chǎn)品蒸汽消耗下降明顯，甲醇產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到GB/T 338—2011優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

2 甲醇精餾工藝流程

航天爐低壓甲醇合成系統(tǒng)生產(chǎn)的粗甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%～90%)加熱至68 ℃后進(jìn)入預(yù)精餾塔，在預(yù)精餾塔回流罐中加一定量的軟水，控制預(yù)后密度在0.84～0.86 g/cm3；同時，加入稀堿液中和，利用萃取和精餾原理，脫除粗醇中醚、醛、酮、有機(jī)酸、有機(jī)胺、硫醇等輕組分。脫除輕組分的物料通過加壓精餾塔入料泵加壓后再進(jìn)入加壓精餾塔(部分可進(jìn)入常壓精餾塔)進(jìn)行加壓精餾，從加壓精餾塔回流泵出口采出部分精甲醇成品，另一部分作為回流液回流至加壓精餾塔[3-4]。

加壓精餾塔釜物料利用自身壓差進(jìn)入常壓精餾塔進(jìn)行常壓精餾，進(jìn)一步脫水，去除異丁酸等組分，從常壓精餾塔回流泵出口采出部分精甲醇成品，另一部分作為回流液回流至常壓精餾塔。常壓精餾塔釜的物料(水、高沸點(diǎn)物質(zhì))經(jīng)管道排放至污水處理站。

3 主要設(shè)備

甲醇精餾設(shè)備的優(yōu)劣是裝置運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，精餾塔的填料、塔盤運(yùn)行效果、再沸器和冷凝器的熱傳導(dǎo)效果以及設(shè)備腐蝕、內(nèi)漏問題的解決，都是直接影響甲醇精餾裝置的生產(chǎn)運(yùn)行周期、消耗、質(zhì)量的主要因素。其主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 甲醇精餾裝置主要設(shè)備參數(shù)

4 生產(chǎn)運(yùn)行情況

4.1 甲醇精餾裝置運(yùn)行情況

經(jīng)過3年多的運(yùn)行，安徽昊源航天爐二期運(yùn)行日趨穩(wěn)定成熟，配套的甲醇精餾裝置實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。裝置自開車以來的運(yùn)行及負(fù)荷情況(2014年7月至12月生產(chǎn)，2015—2017年因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和甲醇產(chǎn)品市場影響沒有連續(xù)運(yùn)行)見表2。

表2 生產(chǎn)運(yùn)行及負(fù)荷情況

4.2 主要工藝指標(biāo)

生產(chǎn)正常時的工藝調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的物料平衡、熱量平衡和汽液平衡，三者相互影響。甲醇精餾工藝調(diào)節(jié)重點(diǎn)在一個“穩(wěn)”，在一切工藝調(diào)節(jié)中都必須緩慢進(jìn)行，需要強(qiáng)調(diào)緩慢，就是對系統(tǒng)中的進(jìn)料量、壓力、溫度、回流比、蒸汽加熱量等關(guān)鍵指標(biāo)要緩慢調(diào)節(jié)，必須在上一步調(diào)節(jié)穩(wěn)定后才能進(jìn)行下一步調(diào)節(jié)，否則可能造成平衡失調(diào)，生產(chǎn)難以進(jìn)行。

表3 主要工藝參數(shù)

5 工藝調(diào)整和技術(shù)改造

5.1 工藝調(diào)整

通過對加壓精餾塔、常壓精餾塔回流比的調(diào)整控制精甲醇乙醇含量；控制常壓精餾塔靈敏點(diǎn)溫度、塔釜溫度在指標(biāo)范圍內(nèi)，減少廢水中的甲醇含量；應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)塔不凝氣放空溫度，脫除輕組分的同時減少甲醇放空消耗。

5.2 技術(shù)改造

將進(jìn)預(yù)精餾塔回流罐的常溫脫鹽水改為冷凝液，節(jié)約用水的同時提高了熱量的回收利用。改造前，預(yù)精餾塔回流溫度為49 ℃；改造后，預(yù)精餾塔回流溫度為55 ℃。將殘液水冷改為粗醇入料降溫，節(jié)約循環(huán)水的同時提高熱量回收，并進(jìn)一步提高預(yù)精餾塔入料溫度。在預(yù)精餾塔開車正常后，將預(yù)塔再沸器蒸汽改為常壓精餾塔殘液換熱，改造后預(yù)精餾塔不消耗蒸汽。

增設(shè)4#尿素CO2壓縮機(jī)段間換熱器和二甲醚殘液加熱器，以提高加壓精餾塔入料溫度，減小蒸汽消耗。取消原常壓精餾塔入料換熱器，改為加壓塔回流加熱器，常壓精餾塔入料直接進(jìn)，以提高加壓精餾塔回流溫度，減小蒸汽消耗。

2014年9月9日至16日，噸甲醇蒸汽消耗為0.94～0.96 t；工藝調(diào)整后，2015年5月4日至10日，噸甲醇蒸汽消耗為0.87～0.89 t；技術(shù)設(shè)備改造后，2018年3月3日至9日，噸甲醇蒸汽消耗為0.72～0.75 t，改造效果明顯。

6 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及處理措施

6.1 常壓精餾塔放空溫度高

隨著設(shè)備運(yùn)行至后期，降溫冷卻設(shè)備換熱效果下降，甲醇冷凝效果差，精餾塔壓力升高，甲醇消耗增加。為此，在常壓精餾塔放空至水封之間加水冷卻器，控制放空溫度在30～40 ℃冷凝常壓塔放空氣中的甲醇，從而減小甲醇消耗。

6.2 加壓精餾塔、常壓精餾塔精醇采出乙醇高

生產(chǎn)初期，甲醇合成催化劑活性較好，副產(chǎn)物乙醇低；反應(yīng)后期，隨著催化劑活性下降，熱點(diǎn)溫度升高，副產(chǎn)物乙醇含量增加，造成甲醇精餾中對乙醇處理困難。

為降低乙醇含量，根據(jù)粗甲醇組分做出如下調(diào)整：①增加加壓精餾塔、常壓精餾塔回流；②控制常壓精餾塔靈敏度溫度在75～83 ℃；③增加雜醇的采出量，同時注意預(yù)精餾塔放空溫度的控制，防止輕組分帶入精醇中。

6.3 精甲醇堿度高

根據(jù)本裝置生產(chǎn)狀況，分析造成精甲醇產(chǎn)品堿度高的原因及給出處理方法：①粗醇含胺類物質(zhì)多，預(yù)精餾塔脫醚、氨類物質(zhì)效果差，應(yīng)控制粗醇質(zhì)量，調(diào)整粗醇入料的同時穩(wěn)定預(yù)精餾塔操作，提高預(yù)精餾塔放空溫度；②加堿量過大，控制預(yù)后pH在7.5～9.0；③精餾塔填料或分布器損壞造成液泛，應(yīng)穩(wěn)定生產(chǎn)負(fù)荷，穩(wěn)定回流，檢修分布器和填料后，避免液泛的產(chǎn)生。甲醇產(chǎn)品質(zhì)量情況見表4(2018年3月)。

表4 甲醇產(chǎn)品質(zhì)量情況

7 效益分析

該甲醇精餾裝置經(jīng)工藝調(diào)整及技術(shù)改造后，蒸汽消耗下降，噸甲醇平均蒸汽消耗由2014年的0.95 t降至2017年的0.73 t，按1.27 MPa飽和蒸汽150元/t計，則生產(chǎn)成本大幅下降，年節(jié)約蒸汽成本744.48萬元。改造后，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品中乙醇含量低于100×10-6，按低乙醇含量的精甲醇比高乙醇含量的精甲醇產(chǎn)品銷售金額提高30元/t、年產(chǎn)量225.6 kt計，則產(chǎn)品質(zhì)量效益達(dá)676.80萬元。2014年6月26日運(yùn)行至今，安徽昊源二期航天爐配套項目甲醇精餾裝置運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)因甲醇精餾裝置故障停車。兩項合計年增加經(jīng)濟(jì)效益約達(dá)1 421.28萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1] 閆長江，唐忠鈺.甲醇精餾系統(tǒng)節(jié)能降耗技改總結(jié)[J].氮肥技術(shù)，2015(3)：20.

[2] 陳倩，李士雨，李金來.甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化[J].化學(xué)工程，2012，40(10)：1- 5.

[3] 付邦琨.甲醇精餾裝置運(yùn)行總結(jié)[J].中氮肥，2014(2)：11- 14.

[4] 師少杰，張曉軍，聶小明.300 kt/a甲醇精餾工序設(shè)計及運(yùn)行總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2009，36(5)：43- 46.