甲醇精餾裝置產(chǎn)能提升和節(jié)能降耗及品質(zhì)提升改造

馬文亮，文 坤

(云南解化清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司解化化工分公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

甲醇在化工、醫(yī)藥、輕紡、國(guó)防等行業(yè)有著重要的作用，其主要通過(guò)焦?fàn)t氣、天然氣、石油煉化氣、煤制得。近年開(kāi)發(fā)成功的 MTO工藝和 MTP 工藝，開(kāi)辟了由甲醇生產(chǎn)烯烴的工藝路線。由煤/甲醇替代石油生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品[1]的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，其對(duì)甲醇的需求量將是非常巨大的。隨著煤化工技術(shù)的成熟，煤制甲醇已成為國(guó)內(nèi)甲醇的重要來(lái)源。受原料及工藝特點(diǎn)的限制，煤制甲醇在合成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)量較其他工藝要多，對(duì)甲醇精餾裝置的要求也就更高。

在甲醇生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞主要體現(xiàn)在分離單元上，產(chǎn)品的品質(zhì)、能耗及消耗的關(guān)鍵控制點(diǎn)，分離方法、分離設(shè)備的選擇尤為關(guān)鍵。其中，占據(jù)分離方法主導(dǎo)地位的是精餾[2]，是裝置的主要能量消耗點(diǎn)，化工過(guò)程中40%～70%的能耗用于分離，而其中95%的為精餾能耗[3]。同時(shí)，分離效率決定了裝置的收率和裝置的負(fù)荷，在甲醇精餾裝置中，分離效率的關(guān)鍵在于塔內(nèi)件。本文列舉一例煤制甲醇精餾塔提升裝置產(chǎn)能、提高產(chǎn)品品質(zhì)、降耗能耗的實(shí)例，對(duì)現(xiàn)有甲醇精餾裝置，改造工藝流程及分離塔的塔內(nèi)件，將三塔雙效工藝[4]改為三塔三效。改造后的工藝具有熱利用率高、消耗低的特點(diǎn)；采用一種高效立體塔板，提升塔內(nèi)分離效率，進(jìn)而提升裝置產(chǎn)能和產(chǎn)品品質(zhì)。

1 裝置情況

1.1 甲醇精餾裝置工藝

某廠甲醇合成工段生產(chǎn)的粗甲醇經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入預(yù)精餾塔，塔釜再沸器提供熱量。預(yù)塔氣相經(jīng)預(yù)塔冷凝器降溫后通過(guò)預(yù)塔回流泵回流，乏氣通過(guò)風(fēng)機(jī)送鍋爐焚燒處理。

預(yù)塔底的粗甲醇經(jīng)預(yù)后泵提壓后送加壓塔預(yù)熱器，經(jīng)過(guò)加熱后送入加壓塔。加壓塔再沸器用 0.6 MPa 用低壓蒸汽加熱提供動(dòng)力。從加壓塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝再沸器。甲醇蒸汽被冷凝后進(jìn)入加壓塔回流槽，一部分由加壓塔回流泵升壓后回流至加壓塔頂部，另一部分作為精甲醇采出，經(jīng)過(guò)粗甲醇預(yù)熱器后，冷卻送入中間產(chǎn)品槽。

加壓塔底部粗甲醇溶液通過(guò)管線進(jìn)入常壓塔中上部，在常壓塔進(jìn)行再次精餾，從常壓塔頂出來(lái)的精甲醇經(jīng)冷卻后作為產(chǎn)品送入中間產(chǎn)品槽。在常壓塔下部設(shè)有側(cè)線雜醇采出口(未投用)，所采雜醇溶液經(jīng)冷卻后，送入雜醇槽。常壓塔的塔釜液含有較高的COD，需送入下工段進(jìn)行處置。具體工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 甲醇精餾三塔雙效工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2 塔板

甲醇精餾裝置預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔均采用304不銹鋼的浮閥塔板[5]，單層塔板效率50%。其中，預(yù)塔45層、加壓塔85層、常壓塔85層。設(shè)計(jì)能力為處理粗甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.27%)28 m3/h，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到：《工業(yè)用甲醇》GB/T338-2011優(yōu)等品，蒸汽消耗約 1.4 t/h。

2 改造內(nèi)容

2.1 精餾工藝流程的改造

為了降低裝置能耗，利用加壓塔的塔頂甲醇蒸汽，增加預(yù)塔甲醇蒸汽再沸器、分離罐，將加壓塔塔頂甲醇蒸汽分流，一部分進(jìn)加新增預(yù)塔甲醇蒸汽再沸器，作為預(yù)塔的熱源，停用預(yù)塔蒸汽再沸器(流程保留，開(kāi)車時(shí)需使用)，重新分配加壓塔和常壓塔的負(fù)荷，通過(guò)分離罐液位控制來(lái)控制預(yù)塔塔釜溫度，實(shí)現(xiàn)三效工藝(圖2)。

圖2 甲醇精餾三塔三效工藝流程簡(jiǎn)圖

2.2 塔板的改造

為了提升產(chǎn)能、產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)一步降低能耗，對(duì)甲醇精餾裝置預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔的塔板進(jìn)行改造，將浮閥塔板更換成DVST高效塔板[6]，單層塔板效率75%[7]。由于增加塔板效率的提升，加壓塔的塔頂?shù)募状颊羝焚|(zhì)提升，產(chǎn)品甲醇品質(zhì)進(jìn)一步提升，同步減少了加壓塔的回流量，降低了加壓塔的蒸汽消耗。同時(shí)降低了電耗、循環(huán)水的消耗，在降低消耗的同時(shí)，塔的處理能力提升，裝置的設(shè)計(jì)處理能力由原 28 m3/h 提升至 37 m3/h。

2.3 高效塔板技術(shù)

塔板設(shè)計(jì)為雙層氣液并流，通過(guò)在水平塔板上安裝雙層垂直篩板帽罩，使得氣相通過(guò)塔板上 的升氣孔上升到內(nèi)層垂直篩板帽罩中后，氣體與液體進(jìn)行混合、動(dòng)量交換后，沖擊到帽罩頂板部分折返，從一級(jí)垂直篩板帽罩側(cè)壁噴出，噴出來(lái)的氣液混合物通過(guò)二級(jí)垂直篩板帽罩的側(cè)壁圓孔進(jìn)行再分散，形成的更小的液滴，氣液進(jìn)一步傳熱、傳質(zhì)，能有效提高塔板傳熱、傳質(zhì)效率；使得在相同塔徑下條件下，塔設(shè)備產(chǎn)量提高50%～80%；有效改善了現(xiàn)有垂直篩板塔板的性能，降低了能耗的 同時(shí)提高了產(chǎn)品品質(zhì)。具有傳質(zhì)效率高、抗發(fā)泡能力、處理能力大、壓力降低、操作彈性大等特點(diǎn)。

3 改造效果

本次改造后，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)甲醇精餾負(fù)荷的提升，在沒(méi)有改變塔直徑及高度的情況下，設(shè)計(jì)負(fù)荷由 28 m3/h 提升至 37 m3/h，操作彈性為60%至110%，噸精甲醇 0.6 MPa 低壓蒸汽消耗由 1.37 t 降至 0.85 t，電耗由 11 kW 降至 6 kW，循環(huán)水消耗減少 33 m3，精甲醇產(chǎn)品優(yōu)等品率100%，加壓塔產(chǎn)品乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1 mg/kg。具體詳見(jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

采用高效的塔板增加了單層塔板的分離效率，從而提升單塔的處理負(fù)荷。通過(guò)工藝流程的升級(jí)優(yōu)化，降低了甲醇精餾裝置的單位產(chǎn)品能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品品質(zhì)升級(jí)。節(jié)能降耗的同時(shí)也提升了裝置的規(guī)模效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有可推廣性。