陜西興化甲醇裝置綜合節(jié)能技改小結(jié)

李軍朝

（陜西興化集團有限責任公司，陜西興平 713100）

0 引 言

陜西興化集團有限責任公司（簡稱陜西興化）300kt／a甲醇裝置由華陸工程科技有限責任公司進行工程設計，甲醇合成系統(tǒng)采用華東理工大學的“管殼外冷-絕熱復合式反應器”，精餾系統(tǒng)采用 “3＋1”塔精餾工藝。甲醇裝置自2011年10月投運以來，整體運行穩(wěn)定，其產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量均達到設計要求。為進一步降低生產(chǎn)成本，提高裝置的運行效率，滿足國家、地方新頒布的相關安全和環(huán)保法律法規(guī)要求，近年來陜西興化針對甲醇裝置運行過程中存在的問題主要實施了三項技術改造，以下對有關情況作一介紹。

1 甲醇合成膨脹槽閃蒸氣中甲醇的回收

1.1 改造背景

原設計甲醇合成膨脹槽閃蒸氣直接送至燃料氣管網(wǎng)燃燒排放，閃蒸氣量約300m3／h，其組分為H232.46%、CO17.18%、CO227.86%、CH43.61%、N25.03%、Ar3.26%、CH3OH 10.19%、H2O 0.41%。閃蒸氣中的甲醇含量高達10.19%，直接（燃燒）排放不僅造成大量甲醇的浪費，而且會對環(huán)境造成嚴重污染。

1.2 改造原理

任何工況下，甲醇均以3種形態(tài)存在，即液態(tài)甲醇、霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇；不同工況下，3種形態(tài)的甲醇占比不同，一般來說，壓力越高、溫度越低，霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇的占比越低。

傳統(tǒng)的機械式分離，只能分離液態(tài)甲醇，不能分離霧狀甲醇，更不能分離氣態(tài)甲醇。因此，要想徹底地分離霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇，只能采用吸收法，最好的吸收劑是水，利用甲醇和水可以任意比例互溶的性質(zhì)，用水吸收霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇，使其變成甲醇水溶液，從而達到將霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇全部分離下來的目的，而且用水吸收甲醇不會對原工況產(chǎn)生不利影響。

1.3 技改思路

新增1臺閃蒸氣回收塔，將含醇閃蒸氣引至回收塔中部，在回收塔頂部加入脫鹽水 （噴淋），液相（脫鹽水）與氣相逆流接觸，使氣相中的霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇得到洗滌，氣相自下而上逐級凈化，尾氣再送燃料氣管網(wǎng)燃燒以回收熱量；液相則自上而下逐級提濃，在回收塔塔底得到稀甲醇水溶液，送至甲醇精餾萃取槽作為萃取水回收利用，由此閃蒸氣中的甲醇得以回收。

1.4 閃蒸氣回收塔設計方案

據(jù)工藝條件，閃蒸氣回收塔有關設計參數(shù)為：入口氣量≤750m3／h，入口溫度≤50℃，入口壓力≤0.6MPa，總阻力≤0.03MPa。

新增的閃蒸氣回收塔規(guī)格為φ600mm×8mm×8500mm；回收塔上部為高效除霧裝置，可將氣相中的甲醇含量降至0.07%以下，確保出口氣中不帶（或盡量少帶）水和醇；中下部為高效復合塔板，用少量的水將閃蒸氣中的甲醇吸收成濃度為50%以上的甲醇水溶液，分離效率可達85%以上，用水量僅為70kg／h。閃蒸氣回收塔體積小，操作穩(wěn)定、簡單，一次調(diào)節(jié)好后無需專人操作，可長周期運行10a以上，無需特別的檢修，檢修也只需蒸汽熱洗。

1.5 技改效果

閃蒸氣回收塔投運后，洗滌后的閃蒸氣中甲醇含量降至0.07%以下，徹底回收了閃蒸氣中的甲醇，按閃蒸氣量300m3／h計算，每年可回收甲醇335t，不僅帶來了一定的經(jīng)濟效益，而且生產(chǎn)環(huán)境和周邊環(huán)境得以改善。

2 膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣的回收

2.1 改造背景

原設計甲醇合成弛放氣送至膜分離氫回收系統(tǒng)，經(jīng)膜回收后，滲透氣（氫氣）返回甲醇合成系統(tǒng)繼續(xù)參與反應，非滲透氣（尾氣）送至燃料氣管網(wǎng)燃燒以回收熱量。

滿負荷生產(chǎn)時，甲醇合成弛放氣量約5200 m3／h，其組分為H275.30%、CO7.50%、CO22.20%、CH42.00%、N28.30%、Ar4.10%、CH3OH0.63%、H2O0.03%；膜回收后產(chǎn)生的非滲透氣（尾氣）量約1400m3／h，其組分為H239.20%、CO16.00%、CO22.40%、CH47.50%、N223.30%、Ar11.50%、CH3OH 0.02%、H2O 0.02%，即非滲透氣中的有效氣（CO＋H2）含量高達55.20%，直接送至燃料氣管網(wǎng)燃燒排放不僅造成大量有效氣的浪費，而且污染環(huán)境。

2.2 技改思路

陜西興化合成氨裝置設計產(chǎn)能為300kt／a，氣化爐所產(chǎn)粗煤氣經(jīng)變換、低溫甲醇洗、液氮洗后得到純凈的氫氣，經(jīng)配氮后，送至氨合成系統(tǒng)，氨合成系統(tǒng)產(chǎn)出的液氨一部分送液氨罐區(qū)，一部分送下游工序供用戶使用。

目前，陜西興化合成氨裝置變換系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、氨合成系統(tǒng)均有部分余量，因此，完全可以利用這一優(yōu)勢將甲醇裝置膜分離氫回收系統(tǒng)產(chǎn)生的非滲透氣送往合成氨裝置生產(chǎn)液氨，如此一來，不僅可回收非滲透氣中的有效成分（CO＋H2），增產(chǎn)液氨，而且可減輕非滲透氣直接燃燒排放造成的環(huán)境污染。

2.3 非滲透氣中有效氣回收設計方案

為減少投資，將陜西興化原有2臺閑置壓縮機進行升級改造——重新設計壓縮機氣缸及轉(zhuǎn)動部件，使其適應非滲透氣提壓工況；從膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣出口到壓縮機入口，再到合成氨裝置變換爐入口，重新配置高壓管道；其配套電機、油站、換熱器及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)滿足新工況需求，不作變動。

改造后的壓縮機工藝設計參數(shù)為：流量4529m3／h，入口壓力4.2～4.5MPa（A），入口溫度40℃，出口壓力6.3MPa（A），出口溫度（冷卻后）40℃，配套電機功率200kW。

2.4 技改效果

滿負荷生產(chǎn)時，甲醇合成弛放氣量約5200 m3／h、膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣量約1400 m3／h，按回收率85%、噸氨耗氫2000m3計算，此舉每年可多產(chǎn)液氨1950t，效益非常可觀。

3 甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能的回收

3.1 技改背景

甲醇精餾系統(tǒng)采用“3＋1”塔精餾工藝，預精餾塔（簡稱預塔）、加壓塔、汽提塔采用1.0MPa、198℃低壓飽和蒸汽加熱，產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液加熱預塔進料后并入冷凝液管網(wǎng)，外排冷凝液溫度高達128℃，而實際生產(chǎn)中預塔塔釜操作溫度約74℃，預塔進料溫度約50℃，顯然，外排冷凝液溫度較高，冷凝液熱量利用不充分。

3.2 技改思路

生產(chǎn)中，甲醇精餾系統(tǒng)外排蒸汽冷凝液溫度高達128℃，而預塔塔釜操作溫度約74℃，若能將高溫蒸汽冷凝液的熱量回收用于預塔釜液加熱，將會有效減少預塔蒸汽的用量，這從理論上來說是可行的。

3.3 甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收設計方案

預塔新增1臺再沸器，與原再沸器并聯(lián)使用，將加壓塔和汽提塔產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液（溫度約130℃）送至預塔新增再沸器加熱釜液，加熱釜液后回收的冷凝液（溫度約95℃）再送至預塔進料預熱器，用于將粗甲醇進料溫度由35℃提高至65℃；為進一步提高傳熱速率，增大原預塔進料預熱器的換熱面積，以提高預塔進料溫度，保證預塔泡點進料，達到降低蒸汽消耗、提高蒸汽利用效率的目的。為論證方案的可行性，進行如下相關計算。

按精甲醇產(chǎn)量1000t／d計算，加壓塔和汽提塔產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液量m1＝50.5＋2＝52.5t／h＝52.5×103kg／h，新增預塔再沸器后，蒸汽冷凝液在再沸器中放出的熱量Q1＝m1·Cp1·△T1＝52.5×103×4.183× （130-95） ＝7.69×106kJ／h［蒸汽冷凝液的定壓比熱容取4.183kJ／（kg·K）］；粗甲醇進料量為54×103kg／h，粗甲醇進料溫度為35℃，預熱后的溫度為65℃，預熱器的熱負荷Q2＝m2·Cp2·△T2＝54×103×0.58×（65-35）＝0.94×106kJ／h［粗甲醇的定壓比熱容取0.58kJ／（kg·K）］。上述兩項合計可回收的總熱量Q總＝Q1＋Q2＝7.69×106＋0.94×106＝8.63×106kJ／h，折合蒸汽量為8.63×106÷2725.26＝3167kg／h＝3.167t／h［1.0MPa蒸汽的焓值為2725.26kJ／kg］，即甲醇精餾系統(tǒng)外排高溫蒸汽冷凝液回收利用后，理論上可以減少1.0MPa蒸汽用量3.167t／h。

3.4 技改效果

甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收利用技改項目投用后，在1000t／d精甲醇負荷下，預塔進料溫度達到65～66℃，接近泡點進料，蒸汽冷凝液外送溫度由130℃降至95℃，蒸汽冷凝液的熱量得到充分回收，預塔1.0MPa蒸汽用量由技改前的11.0t／h降至技改后的7.5t／h左右，減少約3.5t／h，按年運行時間330d計算，每年可節(jié)約1.0MPa蒸汽27720t，本項技改的節(jié)能效益非常明顯。

4 經(jīng)濟效益與社會效益

4.1 經(jīng)濟效益

陜西興化通過實施上述三項技改，理論上每年可回收甲醇335t、多產(chǎn)合成氨1950t、節(jié)約低壓飽和蒸汽27720t，按照2019年甲醇價格2250元／t、液氨價格2340元／t、飽和蒸汽價格60元／t計算，每年可增收（335×2250＋1950×2340＋60×27720）÷10000≈698萬元。

4.2 社會效益

甲醇合成閃蒸氣中甲醇回收技改，不僅回收了甲醇產(chǎn)品，而且減少了閃蒸氣燃燒（排放）造成的環(huán)境污染，順應了當前國內(nèi)環(huán)保形勢的要求，具有重要的意義；膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣回收技改，充分考慮和利用了陜西興化氨醇裝置現(xiàn)工藝流程及生產(chǎn)特點，通過實施跨流程、跨產(chǎn)品的技術創(chuàng)新改造，實現(xiàn)了廢氣的回收利用，增加了合成氨產(chǎn)量，提高了資源的利用效率，節(jié)能環(huán)保意義重大；甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收技改，實現(xiàn)了工藝節(jié)能（節(jié)約低壓蒸汽用量），節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)束語

綜上所述，甲醇合成膨脹槽閃蒸氣中甲醇的回收、膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣的回收、甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能的回收等三項綜合技改，是陜西興化在整個化工行業(yè)不景氣、產(chǎn)品盈利空間甚微的大背景下實施的，其目的在于深挖現(xiàn)有生產(chǎn)裝置潛能，從而實現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出。技改項目完成后，系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，能耗更低，整套裝置向著節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、高效運行又邁進了一步。總之，上述技改項目在節(jié)能環(huán)保、廢氣回收、熱量利用方面具有一定的推廣價值，希望對行業(yè)技術進步有一定的促進作用。