提質(zhì)降耗技術(shù)在甲醇精餾過程中的應(yīng)用

徐 賀

(浙江晉巨化工有限公司 浙江衢州 324004)

浙江晉巨化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱晉巨化工公司)甲醇精餾裝置采用三塔雙效工藝流程，其中加壓精餾塔與常壓精餾塔采用差壓熱耦合技術(shù)，以加壓精餾塔塔頂產(chǎn)生的甲醇?xì)庾鳛闊嵩矗糜诩訜岢壕s塔底部溶液。甲醇精餾過程中需利用低壓蒸汽對(duì)預(yù)精餾塔和加壓精餾塔底部粗甲醇進(jìn)行加熱，使粗甲醇沸騰變?yōu)闅怏w再返回塔內(nèi)，而預(yù)精餾塔和常壓精餾塔頂部甲醇?xì)庑枥醚h(huán)水進(jìn)行冷卻，使其冷凝為液體后部分回流至塔內(nèi)，進(jìn)而在塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液兩相多次熱量和質(zhì)量的交換，以達(dá)到精餾效果。此工藝流程存在物料進(jìn)出關(guān)系復(fù)雜、控制過程耦合性強(qiáng)、裝置自身熱能綜合利用率低等現(xiàn)象[1]。

為克服現(xiàn)有工藝技術(shù)和控制系統(tǒng)中存在的缺陷，充分提高產(chǎn)品質(zhì)量以降低裝置能耗，晉巨化工公司決定對(duì)甲醇精餾工藝流程和DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)精餾過程中自身產(chǎn)生的熱能進(jìn)行梯級(jí)利用、合理分配，同時(shí)采用浙大中控先進(jìn)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝置的精細(xì)化控制和“卡邊”優(yōu)化[2]。該改造工作于2017年5月完成并投入使用，經(jīng)過6個(gè)月的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，改造后甲醇精餾裝置綜合熱能利用率得到大幅提高，關(guān)鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)性得到改善，產(chǎn)品中的乙醇含量大幅降低，蒸汽消耗大幅下降，提質(zhì)節(jié)能效益明顯[3]。

1 改造前工藝流程

晉巨化工公司130 kt/a甲醇精餾裝置以粗甲醇為原料、低壓蒸汽為熱源，在預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液兩相多次熱量和質(zhì)量交換，以達(dá)到精餾提純效果。其中預(yù)精餾塔和加壓精餾塔以低壓蒸汽為熱源，使塔底粗甲醇沸騰變?yōu)樯仙龤怏w返回塔內(nèi)，與塔頂回流液在塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣液兩相多次熱量和質(zhì)量交換，以達(dá)到精餾效果[4]。

常壓精餾塔采用雙效熱耦合技術(shù)，以加壓精餾塔頂部高溫甲醇?xì)鉃闊嵩矗蛊渌状旨状挤序v變?yōu)闅怏w再返回塔內(nèi)；而加壓精餾塔頂部甲醇?xì)饫淠秊橐后w后，部分液體由泵送回加壓精餾塔頂部，作為加壓精餾塔的回流液。

預(yù)精餾塔和常壓精餾塔頂部產(chǎn)生的甲醇?xì)怏w需采用循環(huán)水進(jìn)行間接冷卻，使其冷凝為甲醇液體，然后由泵將其輸送至預(yù)精餾塔和常壓精餾塔頂部，作為在塔內(nèi)進(jìn)行氣液兩相多次熱量和質(zhì)量交換的回流液。

2 存在的問題

(1) 預(yù)精餾塔粗甲醇入料溫度較低，約為50 ℃，屬于冷液進(jìn)料，造成預(yù)精餾塔提餾段內(nèi)上升甲醇?xì)獠糠直焕淠率诡A(yù)精餾塔精餾段上升的甲醇?xì)饬繙p少，增大了預(yù)精餾塔底部動(dòng)力消耗，預(yù)精餾塔蒸汽用量增大。

(2) 常壓精餾塔頂部甲醇?xì)怏w需使用大量循環(huán)水進(jìn)行間接冷卻，甲醇?xì)怏w的汽化潛熱未得到回收利用，熱量損失嚴(yán)重[5]。

(3) 甲醇精餾裝置物料進(jìn)出關(guān)系復(fù)雜，3座塔之間存在熱量集成的情況，且裝置生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)較大、外界蒸汽工況不穩(wěn)定和塔釜重沸器蒸汽加入量擾動(dòng)明顯。

(4) 甲醇精餾裝置生產(chǎn)控制過程是一個(gè)典型的多變量、多擾動(dòng)、大滯后、各控制變量之間耦合嚴(yán)重的復(fù)雜控制過程。

3 改造措施

3.1 改造內(nèi)容

(1) 對(duì)甲醇精餾工藝進(jìn)行自主技術(shù)改造，即在粗甲醇預(yù)熱器前增設(shè)1臺(tái)一級(jí)粗甲醇預(yù)熱器，用于回收常壓精餾塔頂部甲醇?xì)怏w的潛熱，將粗甲醇入料溫度由50 ℃提高至69 ℃，改變預(yù)精餾塔粗甲醇進(jìn)料狀況(由冷液進(jìn)料變?yōu)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料)，從而減少預(yù)精餾塔蒸汽用量。改造后部分工藝流程圖如1所示。

圖1 改造后部分工藝流程

(2) 對(duì)甲醇精餾裝置DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，即采用浙江中控先進(jìn)控制系統(tǒng)[6]，通過模型預(yù)測(cè)和卡邊操作來提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的平穩(wěn)性，從而穩(wěn)定各精餾塔操作、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低裝置能耗。先進(jìn)控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 先進(jìn)控制系統(tǒng)構(gòu)架

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1) 根據(jù)精餾原理，充分利用甲醇精餾過程中常壓精餾塔頂部甲醇?xì)怏w在冷凝時(shí)放出的大量熱能[7]，將其用于提高預(yù)精餾塔粗甲醇入料溫度，實(shí)現(xiàn)常壓精餾塔頂部甲醇?xì)怏w汽化潛熱的回收利用。

(2) 先進(jìn)控制系統(tǒng)利用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)控制，可提前進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)有多變量協(xié)調(diào)控制功能[8]，充分考慮耦合變量之間的相互影響，能夠很好地抑制擾動(dòng)帶來的波動(dòng)，提高關(guān)鍵變量(如精餾塔的溫度、壓力等工藝參數(shù))控制的平穩(wěn)性，從而確保精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，避免因操作控制波動(dòng)對(duì)精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

4 改造效果

改造前后工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 改造前后工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

項(xiàng)目改造前改造后精甲醇產(chǎn)量/(t·班-1)125125預(yù)精餾塔粗甲醇入料溫度/℃5069常壓精餾塔頂部甲醇?xì)怏w溫度/℃6150精甲醇中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)150×10-6108×10-6噸精甲醇蒸汽耗/t0.950.85

由表1可看出，甲醇精餾裝置經(jīng)技術(shù)改造后，預(yù)精餾塔粗甲醇入料溫度提高了19 ℃，由冷液進(jìn)料變?yōu)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，甲醇精餾過程中自身產(chǎn)生的熱能得到充分回收，精餾裝置熱能綜合利用率得到大幅提高。

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明：在精餾裝置生產(chǎn)負(fù)荷為125 t/班的情況下，噸精甲醇蒸汽耗由約0.95 t下降至0.85 t，噸精甲醇蒸汽用量減少0.10 t；精甲醇中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)由150×10-6下降至108×10-6。按甲醇精餾裝置年運(yùn)行300 d計(jì)，則年節(jié)省低壓蒸汽用量11 250 t，實(shí)現(xiàn)了甲醇精餾裝置的提質(zhì)降耗運(yùn)行。

5 結(jié)語

甲醇精餾裝置經(jīng)技術(shù)改造后，熱能綜合利用率及自動(dòng)化程度都得到顯著提高，大幅降低了蒸汽消耗，同時(shí)解決了常規(guī)PID控制受干擾和滯后的問題，增強(qiáng)了裝置的抗干擾能力[9]，大幅提高了甲醇精餾生產(chǎn)過程中主要工藝參數(shù)的平穩(wěn)性，提升了精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。