煤制乙二醇精餾裝置運行問題分析及改進措施

湯建鋒，李國君，楊帥龍，張 夢

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

河南龍宇煤化工有限公司（簡稱龍宇煤化工）兩套20 萬t/a 乙二醇裝置分別于2016 年11 月和2020年10 月投產。兩套裝置均采用羰基化、加氫兩步間接合成法生產工藝，即以煤制氣（CO、H2）為原料，通過一氧化碳羰基化合成草酸二甲酯，再用草酸二甲酯加氫生成粗乙二醇，粗乙二醇進一步經精餾裝置脫醇、脫輕、脫酯、脫重、脫醛等步驟產出聚酯級乙二醇產品。本文結合龍宇煤化工兩套20 萬t/a 乙二醇精餾裝置多年實際生產經驗，對生產運行過程中出現的乙二醇產品純度低、脫醇塔塔頂回收的甲醇不合格、脫醇塔A 與脫重塔塔釜組分過重且物料不流動等常見問題進行了原因分析，并提出了相應的改進措施，可為同行提供借鑒。

1 煤制乙二醇八塔精餾工藝流程

龍宇煤化工兩套乙二醇精餾裝置均采用八塔精餾工藝，工藝流程示意圖見圖1，其中脫醇塔C、脫酯塔、回收塔、產品精餾塔、脫重塔采用負壓精餾。

圖1 煤制乙二醇八塔精餾工藝流程示意圖

來自加氫裝置的粗乙二醇經泵送入脫醇塔A，在脫醇塔A 頂部分離出干凈的甲醇送回反應區循環使用，脫醇塔A 塔釜物料進入脫醇塔B，進一步脫除甲醇后送入脫醇塔C。脫醇塔C 頂部分離出的水、甲醇、乙醇等低沸點物質進入脫水塔，在脫水塔塔頂采出少量甲醇回收利用，中部側線采出副產品乙醇，塔釜分離出的廢水送往污水處理裝置。脫醇塔C 塔釜物料進入脫酯塔，脫酯塔頂部輕組分進入回收塔，脫除酯類等與乙二醇較難分離的組分后，塔釜物料進入產品精餾塔。產品精餾塔側線采出的乙二醇產品經脫醛后送入儲運設施外售，塔釜重組分進入脫重塔脫除二乙二醇等重組分，塔頂物料與脫重塔塔頂物料一起進入液相加氫裝置，經反應加氫后返回系統。

2 運行過程中存在的問題及解決措施

2.1 乙二醇產品純度低

2.1.1 1,2-丁二醇含量高造成產品純度下降

1,2-丁二醇與乙二醇沸點相近、結構相似，1,2-丁二醇的分離是煤制乙二醇精餾裝置的重點和難點[1]，也是影響乙二醇產品純度的主要因素。主要采取以下措施加大1,2-丁二醇的分離：（1）穩定脫酯塔真空度，提高分離效果。脫酯塔真空度宜維持在-80 kPa，可以提高1,2-丁二醇等組分的相對揮發度，大大降低其分離難度。真空度過低，會導致1,2-丁二醇等輕組分與乙二醇的分離效果變差；真空度過高，會造成塔釜重組分上移，塔內組分混亂，不利于傳質平衡。（2）加大脫酯塔蒸汽量、提高脫酯塔塔釜溫度，可以減少1,2-丁二醇等輕組分的下移。（3）加大脫酯塔萃取水的加入量，可以促進1,2-丁二醇與乙二醇的分離[2]，萃取水加入量以不低于200 kg/h 為宜。（4）加大回收塔輕組分外排量，外排量以1,2-丁二醇與乙二醇的比值來衡量。比值越大，1,2-丁二醇等輕組分濃縮較好，產品收率提高，產品質量降低；比值越小，1,2-丁二醇等輕組分濃縮較差，產品收率下降，產品質量提高。（5）減小產品精餾塔回流量。因乙二醇產品側線采出口位置距離塔頂較近，回流量過大會造成側線采出物料中1,2-丁二醇等輕組分超標。

2.1.2 重組分過多造成產品純度下降

粗乙二醇中含有的二乙二醇、三乙二醇和碳酸乙烯酯等重組分也是影響乙二醇產品純度的重要因素。去除重組分的措施主要有：（1）降低各塔液位，減少物料在高溫塔釜的停留時間。乙二醇在150 ℃以上時會發生聚合反應，生成二乙二醇等重組分，所以必須降低物料在高溫塔釜的停留時間，減少塔釜乙二醇副反應的發生。（2）產品精餾塔塔釜重組分二乙二醇質量分數應控制在2%以下，含量過高會造成重組分帶入側線采出，造成產品純度下降。（3）脫重塔塔釜重組分二乙二醇質量分數應控制在40%～60%。含量過高會造成重組分上移，當回流罐內物料送入產品精餾塔后，二乙二醇等重組分帶入塔側線采出，造成產品純度下降；含量過低會導致外排量加大，造成浪費。

2.2 脫醇塔塔頂回收的甲醇不合格

乙二醇精餾分離出的甲醇返回草酸酯系統和加氫系統循環利用，甲醇中的雜質會損害加氫催化劑并對粗乙二醇的質量造成影響。甲醇中的水進入草酸二甲酯（DMO）精餾系統后，DMO 會在高溫下水解生成草酸，草酸和水進入加氫催化劑會造成催化劑粉化，導致有效組分流失，對催化劑造成嚴重損害[3]。回收甲醇中的碳酸二甲酯和乙醇等雜質在加氫反應過程中會生成碳酸乙烯酯和1,2-丁二醇等乙二醇精餾系統難以脫除的雜質，進而影響產品質量[4]。在精餾裝置上處理以上幾種雜質的關鍵是：（1）控制脫醇塔塔頂溫度，加大塔頂回流量，保證塔頂第一點溫度和第二點溫度的溫差不大于0.2 ℃。（2）盡量控制脫水塔塔頂返回原料緩沖罐的甲醇中的乙醇含量，保證乙醇不在系統中循環。（3）脫醇塔塔頂換熱器內漏也是造成脫醇塔塔頂水含量增加的因素之一，應加強脫醇塔塔頂水含量的分析監測。

2.3 脫醇塔A 塔釜組分過重、塔釜物料不流動

裝置開車初期或者短期停車期間，容易發生脫醇塔A 塔釜組分過重，塔釜物料不流動。這種情況主要是由于塔釜乙二醇含量過高、低壓蒸汽動力不足，造成塔釜和再沸器內物料不能正常循環，精餾“三大平衡”被打破，嚴重影響裝置的正常運行。解決方法有以下幾種：（1）加大原料罐的甲醇配入或者加大回流使塔釜物料平衡，重新建立再沸器的虹吸。（2）增加甲醇擾動。可在回流泵出口引1 根甲醇管線直接通入再沸器底部，這是處理塔釜組分過重、塔釜物料不流動最直接快速的方法。（3）增加蒸汽擾動。把再沸器的蒸汽和凝液全部切除，使冷凝液對空排放，暫不回收，這樣做一是可以降低蒸汽側阻力，二是使上部甲醇落入塔釜，之后再重新投放蒸汽，有助于恢復工況。（4）增加左右釜循環擾動，脫醇塔A 塔釜流程改造示意圖見圖2。因脫醇塔塔釜是用隔板隔開的左右釜，回流甲醇先落入右釜，然后去脫酯塔塔頂冷凝器與冷介質換熱進行余熱回收并蒸發掉一部分甲醇，然后返回左釜，所以右釜的甲醇濃度比左釜高，采用左右釜釜液泵相互抽送混合，可提高左釜的甲醇濃度，以促進脫醇塔A 快速恢復正常工況。（5）將余熱回收返回的物料由原來的直接進入塔釜（見圖2 中虛線部分）改為進入再沸器的底部（見圖2），可以增加再沸器內部物料上升的推動力。

圖2 脫醇塔A 塔釜流程改造示意圖

2.4 脫重塔塔釜組分過重、塔釜物料不流動

脫重塔塔釜物料中含有二乙二醇、三乙二醇等重組分，物料黏度高、沸點高、流動性差，當塔釜重組分濃度過高時，極易造成塔釜物料不循環，再沸器蒸汽不消耗現象。防范及處理方法有：（1）控制脫重塔塔釜乙二醇濃度不宜過低，一般將塔釜乙二醇質量分數控制在50%左右。這是因為乙二醇含量過低會導致重組分積累過多，造成塔釜組分過重，塔釜物料不流動。（2）更換塔釜泵進口位置，脫重塔塔釜泵進料改造示意圖見圖3。為了加大脫重塔塔釜的循環推動力，從脫重塔再沸器中引1 根進料管線，使塔釜泵可以直接抽取再沸器里的物料，對再沸器內部形成擾動，提高塔釜循環動力。（3）提高脫重塔塔釜液位。通過加大脫重塔的進料量，提高塔釜液位，使塔釜內的乙二醇從再沸器上部出口倒灌至再沸器內部，待再沸器內部物料組分變輕后再投蒸汽，則塔釜會逐漸恢復循環。

圖3 脫重塔塔釜泵進料改造示意圖

2.5 負壓塔塔釜泵機封頻繁泄漏

負壓塔在高溫負壓狀態下（壓力-90 kPa～-80 kPa、溫度150 ℃～160 ℃）極易造成塔釜泵抽空或汽蝕，進而造成塔釜離心泵進口無液，在導致機封干磨發熱損壞機封后，物料泄漏。處理方法有以下幾種：（1）增加均壓管線。在泵出口與塔釜之間增加均壓管線，利用連通器原理使泵進出口壓力均與塔釜壓力一致，液體利用位差流入泵內完成灌泵操作后，在保證進口有液的狀態下啟動離心泵。（2）增加灌泵管線。從附近的機泵出口引1 根管道聯通至負壓泵的進口，用運行泵的出口液給負壓泵灌泵，在泵進口為正壓的狀態下啟泵。

2.6 抽真空管線帶液造成真空泵頻繁損壞

夏季因循環冷卻水溫度升高，各塔塔頂尾冷器冷卻效果差，輕組分在高溫負壓下不能被完全冷卻，而是被帶入到抽真空系統。輕組分在真空泵缸體內受到壓力變成液體，造成真空泵缸體撞缸、氣閥等頻繁損壞。為解決上述問題可采取以下幾種措施：（1）將尾冷器冷卻水由循環水更換為冷凍水，可提前將輕組分冷凝、分離，提高冷凝效果。（2）在保證產品質量的前提下，盡可能減少萃取水的加入量。（3）在真空泵排氣氣缸體底部增加排液導淋，定期排液，避免發生液體撞缸現象。

2.7 脫醛罐壓差高

脫醛罐壓差高會造成設備超壓，進而限制進料量，造成裝置整體負荷降低，是限制脫醛處理量的關鍵因素。脫醛罐壓差高絕大多數是因為分布器被樹脂堵塞造成的。這是因為干基脫醛樹脂裝入反應器后，需要用乙二醇進行溶脹，由于干基樹脂顆粒粒徑小于分布器上的分布孔徑，在初期鼓泡溶脹過程中，由于氮氣流量過大，使得小顆粒的樹脂被吹入分布器內，樹脂溶脹后顆粒變大，當大于分布器分布孔徑時，下料時會堵塞分布孔，造成脫醛罐進口壓力升高、壓差變大。根據堵塞的原因采取以下幾種方法進行解決：（1）控制鼓泡過程中的氮氣流量。可從反應器試鏡觀察樹脂是否因氮氣流量過大被吹入分布器內。（2）通過反沖，即進出口管反向進料，將分布器內樹脂反向沖出。（3）利用檢修機會擴大分布器出料孔，使其孔徑大于溶脹后的樹脂粒徑以免堵塞。

3 改進效果

通過對龍宇煤化工煤制乙二醇裝置精餾過程中的1,2-丁二醇等輕組分和二乙二醇等重組分的工藝指標調整，使乙二醇的產品純度由＜99.90%提升至99.95%，達到了聚酯級乙二醇國家標準，提高了產品的市場競爭力；通過對脫醇塔A、脫重塔、塔釜循環管線、真空泵等的技術改造，解決了裝置運行中常見的設備故障問題，保證了裝置的安全穩定運行。