高效節(jié)能甲醇精餾運行總結

徐廣才

(內(nèi)蒙古榮信化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 014300)

精餾是利用液態(tài)物系中各組分沸點不同的特點進行分離的化工單元操作。采用精餾方式得到精甲醇產(chǎn)品，至少需要2個精餾塔進行分離，在第1個塔(預精餾塔，簡稱預塔)塔頂先精餾出輕雜質(zhì)，甲醇、水和重組分雜質(zhì)進入第2個塔(主精餾塔，簡稱主塔)；在第2個塔塔底除去重組分雜質(zhì)，塔頂產(chǎn)出精甲醇產(chǎn)品，這就是所謂的2塔精餾工藝流程(簡稱2塔流程)[1]。隨著精餾工藝的發(fā)展，甲醇精餾工藝中引入熱耦合節(jié)能技術，將主塔分為2個塔——加壓塔和常壓塔，利用加壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔塔底再沸器加熱，這就形成了由預塔、加壓塔和常壓塔組成的3塔精餾工藝流程(簡稱3塔流程)[2]。為了使廢水達標排放，在常壓塔側線采出包括甲醇在內(nèi)的雜醇[3]。

隨著甲醇生產(chǎn)規(guī)模不斷增大，精餾裝置中雜醇量也不斷增加，為了進一步提高甲醇收率，又在流程中加入回收塔，將常壓塔側線雜醇進行精餾，回收甲醇，這樣就形成3+1塔精餾工藝流程(簡稱3+1塔流程)[4]。目前廣泛使用的甲醇精餾技術為3塔精餾和3+1塔精餾。內(nèi)蒙古榮信化工有限公司(簡稱榮信化工)甲醇精餾在3+1塔流程的基礎上，提高加壓塔操作壓力，添加中壓精餾塔(簡稱中壓塔)，將熱耦合增加到兩級，即利用加壓塔塔頂甲醇蒸氣為中壓塔塔底再沸器加熱，再利用中壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔塔底再沸器加熱，從而使工藝流程衍變?yōu)?+1塔精餾工藝流程(簡稱4+1塔流程)。4+1塔流程具有蒸汽消耗低、操作容易、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點。

1 工藝流程

1.1 工藝原理

甲醇精餾是根據(jù)在相同溫度下，粗甲醇中各組分的相對揮發(fā)度不同，經(jīng)多次部分氣化和部分冷凝最后得到較純的組分，實現(xiàn)各組分分離的操作過程。

4+1塔精餾裝置主要包括預塔、加壓塔、中壓塔、常壓塔、回收塔和不凝氣洗滌塔。預塔主要是除去粗甲醇中的二甲醚、甲酸甲脂等輕組分雜質(zhì)及溶解性氣體，加壓塔、中壓塔、常壓塔中除去水及重組分雜質(zhì)，并在常壓塔側線采出一部分累積的重組分送往回收塔回收甲醇，從而得到優(yōu)等品精甲醇。

1.2 工藝流程

4+1塔流程見圖1。

1.2.1 預塔

原料粗甲醇與NaOH水溶液混合經(jīng)蒸汽冷凝液及中壓塔產(chǎn)品加熱到77～78 ℃后進入預塔，在預塔分離輕組分。塔頂甲醇蒸氣在預塔空冷器中部分冷凝，冷凝液進入預塔回流罐，未冷凝的氣體進入預塔第二冷卻器(簡稱二冷)，二冷冷卻的液體進入油水分離器內(nèi)分相，上層為甲酸甲酯等油相，定期自流至燃料油罐，下層水相進入預塔回流罐。預塔二冷的不凝氣進入不凝氣洗滌塔洗滌回收甲醇后送至燃料氣管網(wǎng)作為燃料。同時，為了保證分離效果，在預塔回流槽加入一定量萃取水，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1—預塔；2—加壓塔；3—中壓塔；4—常壓塔；5—回收塔；6—不凝氣洗滌塔。

圖1 4+1塔流程

1.2.2 加壓塔

去除了輕組分的粗甲醇從預塔塔底排出(含甲醇質(zhì)量分數(shù)約89%，下同)，加壓后經(jīng)2臺預熱器預熱(2臺預熱器熱源分別為加壓塔塔底液和蒸汽凝液)，加熱至134～135 ℃進入加壓塔，進行精餾。加壓塔塔頂甲醇蒸氣為中壓塔再沸器供熱，換熱、冷凝后，一部分采出送至回收塔再沸器，作為回收塔再沸器熱源，換熱后進一步冷卻作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.5～3.0。

1.2.3 中壓塔

加壓塔塔底醇水溶液(含甲醇質(zhì)量分數(shù)約85%)換熱后送往中壓塔進行精餾，中壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔再沸器供熱，換熱、冷凝后的甲醇液一部分采出送至預塔進料預熱器，換熱后進一步冷卻作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.4～2.9。

1.2.4 常壓塔

中壓塔塔底醇水溶液(含甲醇質(zhì)量分數(shù)約73%)送往常壓塔進行精餾，常壓塔塔頂甲醇蒸氣經(jīng)冷凝后一部分作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.2～2.6。塔底廢水(殘留甲醇質(zhì)量分數(shù)≤0.01%)送入氣化工段作為磨煤水使用。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，在常壓塔設側線，采出雜醇。

1.2.5 回收塔

由常壓塔側線采出的雜醇油，用泵送入回收塔回收甲醇。回收塔塔頂采出甲醇、乙醇等混合液作為燃料油出售，塔底廢水(殘留甲醇質(zhì)量分數(shù)≤0.01%)送入氣化工段作為磨煤水使用。

1.2.6 不凝氣洗滌塔

預塔二冷后的不凝氣進入不凝氣洗滌塔底部，在塔頂加入脫鹽水，溶解吸收氣相中的甲醇，不溶于水的不凝氣送入燃料氣管網(wǎng)。洗滌后的含醇水進入油水分離器。

2 生產(chǎn)運行效果

不同流程的精餾塔設計大同小異，節(jié)能降耗的主要手段為合理進行填料的分段和高度的設計，使混合物的氣液相的單元操作合理進行；同時優(yōu)化流程，調(diào)整部分工藝指標，合理利用物料的熱量。

4+1塔流程的主要工藝指標見表1。

表1 4+1塔流程的主要工藝指標

2.1 蒸汽消耗

4+1塔流程充分利用系統(tǒng)物料熱量的回收利用，一是中壓塔再沸器使用加壓塔塔頂甲醇蒸氣來加熱中壓塔塔底液；二是常壓塔再沸器使用中壓塔塔頂甲醇蒸氣來加熱常壓塔塔底液；三是利用加壓塔再沸器蒸汽凝液為加壓塔進料進行預熱，然后將換熱后的蒸汽凝液作為預塔其中一個再沸器的熱源；四是加壓塔和中壓塔精甲醇采出產(chǎn)品溫度都在125 ℃以上，用這兩股精甲醇作為回收塔再沸器和預塔進料二次預熱的熱源。通過以上優(yōu)化，每噸精甲醇消耗蒸汽約0.9～1.0 t，與傳統(tǒng)的3塔或3+1塔精餾相比，噸精甲醇蒸汽消耗降低0.2～0.3 t。4+1塔流程的蒸汽消耗數(shù)據(jù)見表2，其中0.5 MPa蒸汽運行時壓力穩(wěn)定在(0.5±0.01) MPa，1.0 MPa蒸汽運行時壓力穩(wěn)定在(0.95±0.02) MPa。

表2 4+1塔流程的蒸汽消耗數(shù)據(jù)

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

精甲醇產(chǎn)品經(jīng)化驗分析，各項指標均符合GB 338—2011《工業(yè)用甲醇》優(yōu)等品要求，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 精甲醇分析數(shù)據(jù)

2.3 系統(tǒng)運行

精餾塔采用高效波紋板規(guī)整填料+導向梯形浮閥，在結構上使氣液流路得到優(yōu)化，傳質(zhì)效率提高，系統(tǒng)阻力降低，相對提高了理論塔盤數(shù)。在實際生產(chǎn)中，產(chǎn)能可達設計值的120%左右，并且運行穩(wěn)定，各項操作指標均在可控范圍內(nèi)。影響系統(tǒng)運行穩(wěn)定的主要因素有以下3個方面：

(1) 蒸汽壓力波動。該裝置1.0 MPa蒸汽主要由變換工段副產(chǎn)蒸汽提供，副產(chǎn)蒸汽不足時由2.0 MPa飽和蒸汽減壓提供。由于前系統(tǒng)開車負荷波動，導致蒸汽壓力變化較快，產(chǎn)品質(zhì)量頻繁出現(xiàn)反復。另外，在使用2.0 MPa蒸汽減壓時，蒸汽存在一定過熱度，再沸器換熱效果差。隨著前系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定，消除蒸汽波動帶來的影響后，系統(tǒng)運行整體趨于穩(wěn)定。

(2) 負荷匹配。開車初期裝置負荷較低，為縮短產(chǎn)品合格時間，加壓塔和中壓塔回流量偏大，2塔采取精甲醇較多，導致中壓塔塔底液甲醇含量低(設計含醇質(zhì)量分數(shù)為73%，實際含醇質(zhì)量分數(shù)約為60%)，常壓塔難以穩(wěn)定操作，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。通過調(diào)整加壓塔和中壓塔的回流比，控制中壓塔塔底液含醇質(zhì)量分數(shù)在70%以上后，系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定。

(3) 粗甲醇質(zhì)量。該裝置合成工段采用莊信萬豐甲醇合成技術，床層溫度高導致粗甲醇中雜質(zhì)含量較高，特別是乙醇質(zhì)量分數(shù)>2 400×10-6，嚴重影響精餾操作。針對這種情況，在調(diào)整合成操作的同時，加大分析頻次，對粗甲醇中的雜質(zhì)進行定性和定量分析，并根據(jù)分析結果調(diào)整萃取水的加入量和回流比，精餾產(chǎn)品質(zhì)量得到很好的改善。

3 生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題及處理措施

3.1 預塔輕組分溢流采出口設置過高

預塔輕組分在預塔回流罐和油水分離器溢流采出，由于設計原因，采出口的位置在液位90%以上的位置，正常液位在50%～60%時輕組分無法采出。這些物質(zhì)在預塔積累，隨著時間推移，雜質(zhì)逐漸向下擴散至塔釜內(nèi)，帶入后塔，這些雜質(zhì)又以同樣的方式聚集于塔頂，造成產(chǎn)品水溶性不合格。在運行過程中，將油水分離器液位控制在90%以上，保證預塔輕組分能夠順利采出，保證產(chǎn)品質(zhì)量。另外，計劃在系統(tǒng)停車檢修時對油水分離器進行改造，將采出口降低至液位50%～60%處。

3.2 常壓塔冷凝器液相管形成液封

常壓塔采用空冷加水冷的形式，空冷后的甲醇氣液混合物進入水冷器再進一步冷卻。水冷器工藝物料采用下進上出的形式，導致水冷器甲醇進口管線形成一個液袋，在開車時一旦有甲醇開始冷凝，在常壓塔和回流槽之間形成液封，導致常壓塔內(nèi)氮氣不易排出，常壓塔壓力波動較大，系統(tǒng)紊亂。為了解決該問題，在空冷器排氣口和回流槽之間直接增加一路平衡管，開車時塔內(nèi)氮氣可順利排出，常壓塔指標控制比較穩(wěn)定。

3.3 雜醇油中間罐平衡管設計不合理

常壓塔側線采出的雜醇油先進入雜醇油中間罐再經(jīng)泵加壓送入回收塔回收甲醇。原設計在中間罐和回流槽之間設置平衡管，在運行過程中由于回流槽壓力遠低于中間罐壓力，中間罐中的雜質(zhì)蒸氣被吸入回流槽中，導致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。經(jīng)排查確認后將平衡管隔斷，產(chǎn)品質(zhì)量隨即好轉。

3.4 常壓塔水溶性不穩(wěn)定

開車以來，合成塔入口氫碳比受前工段的制約波動很大，造成粗甲醇組分變化較大，常壓塔多次出現(xiàn)水溶性波動。通過加大萃取水量控制預精餾塔后甲醇質(zhì)量分數(shù)在80%～85%，提高預塔不凝氣放空溫度在50～55 ℃，加大常壓塔雜醇油采出量并適當調(diào)整采出口位置，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善。

4 結語

(1) 4+1塔甲醇精餾相比較于傳統(tǒng)的3塔精餾或 3+1塔精餾具有顯著的節(jié)能效果，精甲醇蒸汽單耗同比可節(jié)省0.20 t以上，符合國家大力推行的節(jié)能減排號召，并且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作靈活。

(2) 與傳統(tǒng)的3塔精餾或3+1塔精餾相比，4+1塔精餾的流程復雜，特別是換熱網(wǎng)絡，因此在操作過程中更應優(yōu)化操作，確保每個塔的操作條件與設計吻合，保證合適的回流比，才能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低能耗。

(3) 該裝置處于開車初期，蒸汽消耗相比傳統(tǒng)工藝有所降低，但仍有優(yōu)化的空間。精餾裝置除了采用先進的工藝，在實際運行中，還需要不斷地優(yōu)化工藝指標，進一步提高甲醇收率和降低能耗。