甲醇三塔精餾系統(tǒng)優(yōu)化操作總結(jié)

宋學(xué)武 王 元

(江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司 新沂221400)

0 前言

江蘇晉煤恒盛化工股份有限公司(以下簡稱恒盛公司)目前擁有年產(chǎn)800 kt合成氨、1 000 kt尿素、500 kt甲醇的生產(chǎn)能力。甲醇合成催化劑處于不同時(shí)期，所產(chǎn)粗甲醇雜質(zhì)含量不同，導(dǎo)致甲醇精餾操作參數(shù)及消耗有所差異。為了達(dá)到不同用戶對甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的需求指標(biāo)，恒盛公司在甲醇精餾系統(tǒng)運(yùn)行中不斷對系統(tǒng)進(jìn)行工藝優(yōu)化、操作條件調(diào)整，既生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，又使消耗達(dá)到最低水平?，F(xiàn)對250 kt/a甲醇三塔精餾系統(tǒng)工藝優(yōu)化和操作條件優(yōu)化進(jìn)行總結(jié)。

1 工藝流程

從甲醇合成工段來的粗甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)在85%～93%)送至粗甲醇中間罐，經(jīng)預(yù)精餾塔進(jìn)料泵打至粗甲醇預(yù)熱器A，由加壓精餾塔采出液預(yù)熱后進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器B，用0.5 MPa飽和蒸汽進(jìn)一步預(yù)熱至65 ℃再進(jìn)入預(yù)精餾塔中部，在預(yù)精餾塔中除去殘余的溶解氣體和低沸物。預(yù)精餾塔再沸器采用0.5 MPa飽和蒸汽或從加壓精餾塔再沸器送來的蒸汽冷凝液加熱預(yù)精餾塔釜液，向預(yù)精餾塔提供熱量。預(yù)精餾塔塔底操作溫度為75～85 ℃，用回流液控制其塔頂溫度≤65 ℃。

經(jīng)預(yù)精餾塔回流冷凝器冷凝下來的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽，經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵再次打入塔內(nèi)作為回流。回流槽及預(yù)精餾塔回流冷凝器的排氣進(jìn)入預(yù)精餾塔排氣冷凝器，冷凝下來的液體先進(jìn)入甲醇緩沖罐再返回預(yù)精餾塔回流槽，輕組分進(jìn)入不凝氣分離器分離液滴后，氣相經(jīng)水封槽送燃?xì)庀到y(tǒng)，液相進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽。

預(yù)精餾塔底部釜液通過加壓精餾塔進(jìn)料泵經(jīng)甲醇換熱器預(yù)熱后打入加壓精餾塔中下部，加壓精餾塔再沸器用0.5 MPa蒸汽間接加熱，將塔底溫度控制在的123 ℃。塔頂蒸氣(約116 ℃)進(jìn)入常壓精餾塔再沸器冷凝，同時(shí)用冷凝熱作為常壓精餾塔再沸器的熱源。冷凝液進(jìn)入加壓精餾塔回流槽，通過加壓精餾塔回流泵加壓至0.8 MPa打入塔頂部作為回流，同時(shí)從加壓精餾塔頂部側(cè)線采出或回流采出部分精甲醇進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器A，預(yù)熱粗甲醇后進(jìn)入加壓精餾塔精醇冷卻器，冷卻至35～40 ℃作為產(chǎn)品去中間罐區(qū)精甲醇罐。塔底較稀的甲醇溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)在87%～88%)經(jīng)甲醇換熱器冷卻后進(jìn)入常壓精餾塔中下部。

常壓精餾塔釜底操作溫度為103～110 ℃，塔頂蒸氣(0.008～0.010 MPa，66 ℃左右)進(jìn)入常壓精餾塔回流冷凝器，冷凝至55～60 ℃進(jìn)入常壓精餾塔回流槽，經(jīng)常壓精餾塔回流泵一部分打入塔頂作回流，另一部分與常壓精餾塔采出液一起經(jīng)常壓精餾塔精醇冷卻器冷卻后作為產(chǎn)品去中間罐區(qū)精甲醇罐。塔底廢液主要為水、微量雜醇油及高沸物等，殘留甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.02%)排入廢水槽，經(jīng)廢水泵送去造氣爐夾套鍋爐，產(chǎn)生蒸汽供造氣系統(tǒng)使用。常壓精餾塔溶液中還有一部分沸點(diǎn)介于甲醇與水之間的雜醇物和液蠟，一般聚集在進(jìn)料口下部，因此在入料口下部取出雜醇油，經(jīng)過冷卻后去雜醇油槽，采出的液蠟直接送至雜醇油槽。

2 主要設(shè)備

精餾塔是甲醇精餾裝置的核心設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定著甲醇裝置的能耗、產(chǎn)品等級及設(shè)備投資等，故對于精餾塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)、選型尤為重要。目前，國內(nèi)的甲醇精餾塔的內(nèi)件大多為浮閥、篩板、導(dǎo)向浮閥等塔板式內(nèi)件以及孔板波紋填料、絲網(wǎng)填料等填料式內(nèi)件。

填料式內(nèi)件精餾塔具有操作彈性大、效率高、可降低精餾塔的高度等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是存在壁流現(xiàn)象，導(dǎo)致熱量損失大、能耗增高，并且采出點(diǎn)只設(shè)在分布器上，不易調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量；塔板式精餾塔避免了壁流現(xiàn)象，且有多層塔板可根據(jù)原料雜質(zhì)成分設(shè)置多個(gè)產(chǎn)品及雜質(zhì)采出口，根據(jù)不同粗甲醇成分及不同用戶對成品要求進(jìn)行操作調(diào)整，以滿足乙酸、烯烴生產(chǎn)企業(yè)對甲醇中乙醇含量的需要，缺點(diǎn)是相應(yīng)操作彈性小。恒盛公司綜合了填料式內(nèi)件與塔板式內(nèi)件的使用特點(diǎn)，采用BX型高效絲網(wǎng)填料及導(dǎo)向梯形浮閥塔盤相結(jié)合結(jié)構(gòu)，集填料塔及塔板塔之優(yōu)點(diǎn)，使用效果良好。甲醇三塔精餾系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 甲醇三塔精餾系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

3 存在的問題及改進(jìn)措施

(1)精餾塔阻力大，分離效率下降，甚至出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。原因是：蒸汽用量過大，入料量和回流量大，而采出量太少，塔內(nèi)負(fù)荷加重；塔底壓力波動(dòng)太大或升高，塔釜液位過高，淹沒了氣相入口，產(chǎn)生霧沫夾帶。

采取措施：減少蒸汽用量，減少回流量、入料量或停止入料；加大采出量，同時(shí)保持再沸器加熱平穩(wěn)。

(2)加壓精餾塔、常壓精餾塔回流液溫度偏高。原因是冷凝器列管內(nèi)有不凝氣積累現(xiàn)象，造成換熱效果不佳。

采取措施：在蒸發(fā)冷凝器出液總管增設(shè)排放閥，定期排放不凝氣，以保證冷凝器換熱效率，并通過變頻調(diào)節(jié)器嚴(yán)格控制回流液溫度。

(3)精餾系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)產(chǎn)品水溶性下降。經(jīng)過分析確定，長時(shí)間運(yùn)行后，部分輕組分在預(yù)精餾塔分離不徹底，被帶至常壓精餾塔回流槽并不斷積聚造成產(chǎn)品水溶性不合格。

采取措施：加強(qiáng)預(yù)精餾塔規(guī)范操作，適當(dāng)增加萃取水用量，精甲醇加水渾濁現(xiàn)象會(huì)明顯減弱，直至無渾濁現(xiàn)象。一般萃取水用量以粗甲醇入料量的15%～20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為宜。為了避免系統(tǒng)波動(dòng)造成微量輕組分在加壓精餾塔及常壓精餾塔回流槽中積聚，在加壓精餾塔和常壓精餾塔回流泵出口處分別增加管道，使微量輕組分分流至預(yù)精餾塔回流槽，通過調(diào)節(jié)閥門將小部分回流液回至預(yù)精餾塔回流槽，從而減少輕組分的積聚量，保證產(chǎn)品質(zhì)量，未再出現(xiàn)產(chǎn)品水溶性不合格現(xiàn)象。

(4)常壓精餾塔出現(xiàn)重組分上移，造成采出產(chǎn)品甲醇不合格。

采取措施：在常壓精餾塔提餾段不同高度設(shè)置多個(gè)重組分采集口，定期通過采蠟口采出積聚的微量重組分雜質(zhì)，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

(5)為了減少甲醇泄漏污染環(huán)境，選用了屏蔽泵作為主要物料輸送泵。運(yùn)行中，1臺泵在進(jìn)口滿液狀態(tài)下燒壞，主要原因是由于外購液堿中黏稠雜質(zhì)偏多造成屏蔽泵抽空。

采取措施：對加堿系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加堿液配制裝置，使用固體氫氧化鈉(片堿)配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%的液堿，避免了外購液堿質(zhì)量不穩(wěn)定造成對生產(chǎn)的影響。

(6)系統(tǒng)運(yùn)行中，從預(yù)精餾塔回流槽溢流口采出含甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%～60%的雜醇油不能直接返回系統(tǒng)。

采取措施：根據(jù)甲醇與雜醇油對水溶解度不同，通過增加萃取槽、循環(huán)泵，多次加水萃取。萃取后，甲醇水溶液返回系統(tǒng)，另一部分不溶于水的雜醇油外售。

(7)目前，甲醇系統(tǒng)排出的殘液主要送至造氣爐夾套鍋爐，其中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的甲醇未被回收利用。

采取措施：新增1臺利用舊設(shè)備改制成的回收塔，使用系統(tǒng)蒸汽冷凝水、殘液熱量進(jìn)一步回收殘液和經(jīng)萃取后雜醇油中殘留的部分甲醇，從而利用余熱實(shí)現(xiàn)甲醇最大程度回收。