精餾系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整降低含醇水COD技術(shù)研究

武秀偉

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

引 言

山西焦化股份有限公司200 kt/a甲醇裝置精餾系統(tǒng)采取的是三塔運(yùn)行模式，粗甲醇經(jīng)泵先打入粗甲醇預(yù)熱器，后進(jìn)入預(yù)精餾塔進(jìn)行輕組分分離、冷卻，底部出來的甲醇液經(jīng)泵進(jìn)入加壓塔、常壓塔精餾后，采出精甲醇送至中間罐區(qū)。常壓塔排出的含醇廢水經(jīng)冷卻器冷卻降溫至40 ℃，化驗(yàn)分析醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%，則可送往造氣車間用作循環(huán)水。

近期，造氣工序停車后，常壓塔外排含醇水需送往生化處理，經(jīng)化驗(yàn)分析，當(dāng)前精餾工藝條件下常壓塔所排含醇水中COD維持在10 000 mg/L左右，甚至更高，遠(yuǎn)高于外排指標(biāo)。以往，排往造氣含醇水醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)一直是0%，且精餾精甲醇產(chǎn)品也達(dá)優(yōu)等品，噸甲醇蒸汽消耗0.3 t，能耗較低，認(rèn)為此工藝狀況為最優(yōu)狀態(tài)。

目前，國(guó)家加大了環(huán)境治理力度，以提高環(huán)境質(zhì)量為核心，實(shí)行最嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)制度。山西焦化股份有限公司作為國(guó)有企業(yè)更應(yīng)響應(yīng)國(guó)家政策，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使污水達(dá)標(biāo)排放。因此，必須采取措施，進(jìn)行工藝優(yōu)化。

1 工藝優(yōu)化的初期

1.1 初期調(diào)整

1.1.1 預(yù)塔工藝調(diào)整

1) 將預(yù)塔膨脹氣冷卻器不凝氣溫度適當(dāng)提高，以保證預(yù)塔輕組分放空量，降低預(yù)塔塔底粗醇中雜質(zhì)含量。

2) 適當(dāng)提高預(yù)塔塔底溫度，充分去除粗甲醇中輕組分雜質(zhì)。

3) 加大預(yù)塔萃取水量，提高預(yù)后比重，利于甲醇共沸物雜質(zhì)的去除。

4) 嚴(yán)格控制預(yù)后pH值9～10。因?yàn)檫^量的堿液會(huì)促使部分輕組分脂水解，使乙醇等物質(zhì)的含量增高。

1.1.2 加壓塔調(diào)整[1]

提高加壓塔塔底溫度，適當(dāng)加大加壓塔回流量，減少采出量，調(diào)整加壓塔和常壓塔的精甲醇采出比，以提高常壓塔溫度及塔內(nèi)醇含量。

1.1.3 常壓塔調(diào)整

1) 適當(dāng)提高常壓塔回流及塔底溫度，同時(shí)保證塔頂及回流槽內(nèi)為正壓。

2) 根據(jù)常壓塔雜醇采出口位置(介于原第9層和第17層塔板之間)，將常壓塔第9層和第17層塔板溫度分別控制在90 ℃和70 ℃以上，并加大常壓塔雜醇采出量，降低塔內(nèi)雜醇含量。

1.2 指標(biāo)控制范圍

預(yù)塔、加壓塔、常壓塔指標(biāo)控制范圍見第87頁表1。

2 初期優(yōu)化效果

系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整分析數(shù)據(jù)見第87頁表2。由表2可以看出，7月份通過系統(tǒng)工藝初期調(diào)節(jié)，常壓塔含醇水COD明顯降低，基本維持在2 500 mg/L～3 700 mg/L，相比優(yōu)化前的10 000 mg/L有大幅改善，基本可以滿足外排污水標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化后，雜醇采出醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)也僅有35%左右，相比優(yōu)化前的80%醇含量明顯降低，減少了產(chǎn)品損耗。

但在系統(tǒng)調(diào)整過程中，由于常壓塔整體溫度控制較高，又存在如下問題：

表1 預(yù)塔、加壓塔、常壓塔指標(biāo)控制范圍

表2 7月系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整分析數(shù)據(jù)

1) 在保證常壓塔含醇水COD較低的情況下，常壓塔塔頂采出精甲醇產(chǎn)品水分波動(dòng)較大，基本維持在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07%～0.09%，偶爾超優(yōu)等品指標(biāo)0.1%。

2) 常壓塔整體溫度控制較高，塔內(nèi)熱量平衡不能穩(wěn)定控制，常壓塔經(jīng)常出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，溫度波動(dòng)較大，影響了整個(gè)系統(tǒng)的操作穩(wěn)定。

6月份與7月份工藝指標(biāo)及含醇水COD分析結(jié)果比較如表3。

表3 6月和7月系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整分析數(shù)據(jù)

由表3可以看出：

1) 在6月份精餾系統(tǒng)剛開始優(yōu)化時(shí)，雖然系統(tǒng)溫度控制較高，但含醇水COD相比表2同工藝條件下約高1倍。分析認(rèn)為是，近幾年常壓塔雜醇采出量小，導(dǎo)致雜醇在塔內(nèi)聚集，所以在后期隨著雜醇采出量的加大，含醇水COD呈逐漸下降趨勢(shì)。因此，在以后的系統(tǒng)操作中，需保證一定的雜醇采出量。

2) 在系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整中，經(jīng)常出現(xiàn)常壓塔溫度過低現(xiàn)象。造成含醇水COD超標(biāo)的情況。原因主要是，系統(tǒng)低壓蒸汽或焦?fàn)t氣負(fù)荷波動(dòng)造成塔內(nèi)整體溫度降低，使含醇水COD升高；調(diào)節(jié)過程中常壓塔回流量過大，造成塔內(nèi)溫度持續(xù)降低，塔底醇含量增加，導(dǎo)致含醇水COD升高。

3 工藝的進(jìn)一步優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方法及指標(biāo)控制

針對(duì)精餾系統(tǒng)初期優(yōu)化調(diào)整出現(xiàn)的問題，遵循初期優(yōu)化調(diào)整方法，只對(duì)部分關(guān)鍵指標(biāo)繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整。

1) 在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低預(yù)塔比重，減少萃取水加入量，降低產(chǎn)品水分及系統(tǒng)能耗。

2) 適當(dāng)降低常壓塔第9層和第17層塔板溫度，避免常壓塔溫度大幅波動(dòng)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

優(yōu)化后指標(biāo)控制見表4。

表4 優(yōu)化后指標(biāo)控制

3.2 優(yōu)化效果

表5為系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整分析數(shù)據(jù)。由表5可以看出，在系統(tǒng)前期調(diào)整的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步優(yōu)化，常壓塔產(chǎn)品水分及含醇水COD均得到有效控制，產(chǎn)品水分基本維持在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%～0.06%，含醇水COD可維持在3 000 mg/L～4 000 mg/L；采出雜醇醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)63%左右，較優(yōu)化前的80%有所降低。并且從表5還可以看出，常壓塔整體溫度相比之前波動(dòng)幅度減小，整個(gè)系統(tǒng)操作更加穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。

表5 系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整分析數(shù)據(jù)表

4 優(yōu)化后產(chǎn)品產(chǎn)量及蒸汽消耗(見表6)

由表6可以看出：

1) 精餾優(yōu)化調(diào)整后，含醇水COD雖然達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但因精餾各塔溫度提高，噸甲醇蒸汽消耗增加1倍，能耗增加。

2) 系統(tǒng)優(yōu)化后，精甲醇產(chǎn)量基本可以保證。

表6 系統(tǒng)優(yōu)化前、后產(chǎn)量及消耗對(duì)比數(shù)據(jù)表

5 問題分析

5.1 常壓塔雜醇采出位置的影響

在精餾操作中，入料中重組分雜質(zhì)一般是在提餾段，通過雜醇側(cè)線或塔底采出。所以，重組分雜醇采出位置一般位于精餾塔的提餾段，即入料口以下，這種設(shè)計(jì)可使入料中重組分雜醇直接落到雜醇塔盤采出，更易于操作。

精餾擴(kuò)容改造后，常壓板式塔改為填料塔，入料口位于原第9層塔板，雜醇采出口位于原第13層塔板，雜醇采出口位于入料口之上，即位于精餾段。相比雜醇采出位于提餾段的設(shè)計(jì)，要將常壓塔內(nèi)雜醇采出，塔內(nèi)需更高的溫度，將雜醇提高到一定溫度產(chǎn)生蒸汽，然后通過回流冷凝，使其聚集到雜醇收集槽盤上才可以采出。這種通過提高溫度來采出雜醇的操作方法，使得常壓塔精餾段的溫度整體提高，造成精餾段“理論塔板數(shù)”不足，分離效果降低，塔頂水分升高。因此，對(duì)于目前精餾的優(yōu)化調(diào)整，若想繼續(xù)降低常壓塔含醇水COD，就必須通過提高塔內(nèi)溫度來加大雜醇量的采出，但塔頂產(chǎn)品水分會(huì)隨溫度提高而相應(yīng)上升。

5.2 常壓塔回流影響

目前，精餾常壓塔回流管線管徑為DN80，為精餾系統(tǒng)擴(kuò)容改造前管徑，已不能滿足系統(tǒng)擴(kuò)容改造后的高負(fù)荷生產(chǎn)需求。尤其是近期在降低精餾含醇水COD的優(yōu)化調(diào)整過程中，常壓塔溫度控制較高，而塔頂回流量不足，造成塔內(nèi)熱量平衡不能穩(wěn)定控制，常壓塔經(jīng)常出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，溫度波動(dòng)較大，嚴(yán)重時(shí)造成產(chǎn)品水分超標(biāo)，影響了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定操作。

5.3 供熱量影響

影響精餾操作熱量平衡的一個(gè)重要因素就是各塔的供熱量。目前，精餾優(yōu)化調(diào)整過程中，各塔溫度控制較高，若系統(tǒng)供熱低壓蒸汽波動(dòng)或焦?fàn)t氣加減量，很容易造成塔內(nèi)熱量失衡發(fā)生波動(dòng)，引起產(chǎn)品水分升高或含醇水COD超標(biāo)。因此，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和含醇水COD，需保證穩(wěn)定的低壓蒸汽熱源，同時(shí)焦?fàn)t氣加減量時(shí)精餾崗位需及時(shí)調(diào)節(jié)。

6 效益分析

通過精餾系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，常壓塔產(chǎn)品水分及含醇水COD均得到有效控制，產(chǎn)品水分基本維持在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.04%～0.06%，含醇水COD可維持在3 000 mg/L～4 000 mg/L，整個(gè)精餾系統(tǒng)操作更加穩(wěn)定,既保證了精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量為優(yōu)等品，又降低了含醇水COD達(dá)生化處理指標(biāo)，使生化污水處理能耗降低，處理后的污水能達(dá)國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

7 結(jié)束語

通過實(shí)踐操作，優(yōu)化工藝指標(biāo)，克服了設(shè)備固有設(shè)計(jì)缺陷。同時(shí)，精餾崗位要嚴(yán)格按照優(yōu)化調(diào)整后的工藝指標(biāo)進(jìn)行操作，并在系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。否則，很容易造成精餾產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)或使外排含醇水COD達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，造成污水COD超標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林長(zhǎng)青，張振歐.甲醇三塔精餾工藝中加壓塔與常壓塔工作狀態(tài)的優(yōu)化[J].化肥工業(yè)，2005，32(6)：18-20.