年產(chǎn)15萬t甲胺/DMF裝置能量系統(tǒng)優(yōu)化綜合改造

劉紅巖 ， 薛春英

(河南能源化工集團(tuán) 安化公司 ， 河南 安陽 455000)

年產(chǎn)15萬t甲胺/DMF裝置能量系統(tǒng)優(yōu)化綜合改造

劉紅巖 ， 薛春英

(河南能源化工集團(tuán) 安化公司 ， 河南 安陽 455000)

通過對甲胺/DMF裝置系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，并進(jìn)行綜合改造，實(shí)現(xiàn)了能量系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。

CO氣體精密過濾器 ； 高效分離器 ； 中間換熱器 ； 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng) ； 半管式耐壓夾套 ； Fe/C微電解+HAF+FSBBR ； 金屬燒結(jié)過濾器 ； 能量系統(tǒng)優(yōu)化

安陽九天精細(xì)化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)15萬t甲胺/DMF裝置采用國際上先進(jìn)的CO一步法生產(chǎn)技術(shù)，于2008年8月份建成投運(yùn)。主要工藝流程：原料甲醇、液氨、氨和三甲胺共沸物及混胺等組分按一定配比加熱升溫后，進(jìn)合成塔進(jìn)行胺化反應(yīng)，生成的粗甲胺經(jīng)冷凝后進(jìn)入精餾工序。精餾工序一塔為脫氨塔，產(chǎn)出氨和三甲胺共沸物送配料合成工序，塔釜液送二塔，不凝氣送六塔吸收處理；二塔為萃取塔，將五塔廢水蒸出成品三甲胺，塔釜液送三塔；三塔為脫水塔，蒸出一、二甲胺混合物至四塔，塔釜廢液送五塔；四塔為分離塔，產(chǎn)出成品一甲胺和二甲胺，二甲胺送DMF裝置；五塔為甲醇回收塔，將三塔塔釜液中的甲醇和二甲胺回收利用；六塔為尾氣吸收塔，將一塔尾氣回收到氣柜。為了使該裝置能量系統(tǒng)更加優(yōu)化，通過改變思維模式，將甲胺/DMF裝置系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行綜合改造，實(shí)現(xiàn)能量系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)。

1 改造前狀況

由于該裝置為全球首套單套產(chǎn)能最大裝置，裝置存在諸多先天性的問題，主要表現(xiàn)為3.82 MPa蒸汽需通過減溫、減壓至0.9 MPa使用，大量動(dòng)能被浪費(fèi)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱量不平衡，大量的低溫?zé)崮軣o法合理利用；三廢回收利用不徹底，導(dǎo)致大量廢水、廢氣和廢渣需要排放，具體為：①DMF裝置工藝氣體CO中含有少量的固體粉末，CO噴嘴經(jīng)常堵塞，造成系統(tǒng)被迫停車清洗CO噴嘴，生產(chǎn)不穩(wěn)定、不安全、CO消耗增加；②DMF裝置蒸發(fā)分離系統(tǒng)是內(nèi)置式加熱，蒸發(fā)溫度較高，分離器液位控制高，分離效果不好，有氣液夾帶現(xiàn)象，使部分催化劑進(jìn)入精餾后續(xù)系統(tǒng)，造成DMF產(chǎn)品中二甲胺含量偏高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)頻繁、消耗較高；③甲胺合成是在高溫下進(jìn)行的，采用電爐及開工汽化器蒸汽將合成塔的原料加熱，甲胺合成塔的反應(yīng)熱和三塔釜液的熱量又被放掉，熱量浪費(fèi)嚴(yán)重；④該裝置共有四臺循環(huán)水泵，單機(jī)功率1 120 kW，設(shè)計(jì)1開3備，空壓機(jī)1臺，單機(jī)功率2 400 kW，電耗較高；甲胺裝置滿負(fù)荷需要0.9 MPa蒸汽120 t/h，氣源為3.8 MPa蒸汽，采用減溫減壓器減壓后使用，高位熱能白白的扔掉，浪費(fèi)嚴(yán)重；⑤四臺CO氣化爐，氣化爐夾套產(chǎn)出蒸汽壓力為0.08 MPa，無法回收利用，長期放空，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失；⑥甲胺裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要來自甲醇回收塔排水，具有溫度高、氨氮和甲醇含量高、堿性強(qiáng)、毒性大、可生化性差等特點(diǎn)；DMF裝置生產(chǎn)過程產(chǎn)生含DMF以及甲酸鈉等物質(zhì)的廢水，含有15種以上的難以降解物質(zhì)，廢水原水中的沉降性SS非常高，生物降解性差，處理難度非常大；甲胺/DMF廢水一直沒有得到解決；⑦DMF合成反應(yīng)過程中，有約45 m3/h氣體不參與反應(yīng)，如H2、CO2以及微量的CO、一甲胺、三甲胺等放空尾氣，通過水封槽進(jìn)行吸收后送至終端污水處理，造成終端污水處理負(fù)荷加重，由于放空量大，水封槽的水不能完全吸收，部分被排放至大氣中，造成環(huán)境污染；⑧DMF裝置蒸發(fā)過濾器用于過濾DMF合成副反應(yīng)生產(chǎn)的有機(jī)鈉鹽等結(jié)晶物，采用板框式過濾機(jī)，由于板框式過濾機(jī)存在過濾精度不高、運(yùn)行周期較短、濾板容易擠壓

變形以及濾餅濕度較大，需要用大量水進(jìn)行沖洗，造成DMF物料流失，產(chǎn)生大量的含DMF生產(chǎn)廢水，COD含量達(dá)20 000 mg/L；⑨氣化裝置采用的是無煙塊煤純氧連續(xù)造氣制備一氧化碳工藝，存在操作滯后，造成超溫結(jié)疤，原料氣中CO2含量達(dá)到15%，造成了變壓吸附粗脫碳工序的負(fù)荷增加，原料氣中有效組分CO含量瞬時(shí)波動(dòng)增大，頻率增加造成變壓吸附半成品氣和產(chǎn)品氣CO含量和微量組分CO2的波動(dòng)較大。

2 改造方案

針對系統(tǒng)中存在的問題，主要從節(jié)能降耗及提升產(chǎn)品質(zhì)量方面進(jìn)行綜合改造，充分發(fā)揮原有設(shè)備節(jié)能潛力，選用高效、節(jié)能設(shè)備等技術(shù)方案。①增設(shè)分離精度0.1的CO氣體精密過濾器，將CO氣體中固體粉塵過濾掉，保證CO質(zhì)量，提高CO轉(zhuǎn)化率，降低CO消耗；②DMF蒸發(fā)分離系統(tǒng)改為外置式強(qiáng)制循環(huán)工藝，增設(shè)獨(dú)立過濾工藝管線，在分離器出口增設(shè)一臺高效分離器，提高分離效果，減少或避免催化劑帶入精餾系統(tǒng)，保證DMF的產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定；③甲胺合成增加中間換熱器，利用合成塔余熱預(yù)熱反應(yīng)物料，減少開工汽化器蒸汽量以及電加熱器加熱量，節(jié)省能耗；④空壓機(jī)和循環(huán)水泵電動(dòng)改為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用其蒸汽壓差帶動(dòng)汽輪機(jī)，減少用電量；⑤氣化爐S板下部改為半管式耐壓夾套，產(chǎn)1.6 MPa蒸汽經(jīng)噴射器帶出上部產(chǎn)0.08 MPa蒸汽后送入到0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)中，改造后蒸汽送入廠區(qū)內(nèi)0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)，可回收蒸汽3 t/h，半管式耐壓夾套參數(shù)：操作壓力1.6 MPa，材料16 MnR，Φ2 730 mm×6 mm×2 600 mm；⑥采用Fe/C微電解+HAF+FSBBR工藝進(jìn)行處理，處理后污水CODCr≤60 mg/L、NH3-N≤25 mg/L，pH值6.0～9.0，排放量由130 t/h減至30 t/h；⑦DMF合成放空尾氣回收至鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，既減少了有害氣體排放，又避免了對水的污染；⑧DMF蒸發(fā)過濾器改為金屬燒結(jié)過濾器，提高DMF溶液透明度，產(chǎn)生的催化劑甲醇鈉廢渣可以送至鍋爐摻燒，不僅廢物得到處理，同時(shí)增加煙氣中硫化物脫除效果；⑨對氣化爐進(jìn)行配套改造：一是采用氣化爐先進(jìn)監(jiān)測與優(yōu)化系統(tǒng)，在DCS上直觀的觀測氣化爐各反應(yīng)區(qū)厚度，及時(shí)控制加煤量和溫度變化，解決超溫結(jié)疤現(xiàn)象，降低煤耗；二是增設(shè)煤焦油處理系統(tǒng)，保證電除塵正常工作，解決煤焦油大幅度超標(biāo)對濕法脫硫的嚴(yán)重影響，更主要的是經(jīng)過預(yù)處理的原料氣保證變壓吸附1段的吸附劑不被污染中毒，針對本裝置的特點(diǎn)采用以下的工藝路線進(jìn)行預(yù)處理， 首先從氣柜出來的含有大量煤焦油、苯和萘的原料氣進(jìn)入除油器，除油器裝填有焦炭，在除油器中，絕大部分的煤焦油和少量的萘被脫出，除油器采用2塔，串并聯(lián)工藝，在正常操作過程中，采用串聯(lián)操作方式，當(dāng)需要更換除油劑時(shí)，采用并聯(lián)操作方式，更換完成后再切入串聯(lián)操作方式，更換下來的除油劑(焦炭)重新作為燃料燃燒。經(jīng)過除油器后，原料氣中大部分的煤焦油和部分的苯、萘被脫除，進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)加壓后脫硫、壓縮機(jī)壓縮送入粗脫萘系統(tǒng)脫除大部分的萘和少量的苯，粗脫萘的的工藝與除油器的工藝相同。經(jīng)過粗脫萘后的原料氣進(jìn)入變溫吸附(TSA)工段，TSA工段采用目前最先進(jìn)的3塔流程，即1塔吸附、1塔加熱、1塔冷吹；三是增加真空泵，以增加抽空能力，使得吸附塔解吸完全，調(diào)整變壓吸附的時(shí)序，解決了原料氣中CO2含量大幅度增加對變壓吸附裝置的影響；四是將原來的變溫吸附裝置改造為變壓吸附裝置，解決了原料氣中CO含量大幅度波動(dòng)和CO2含量有較大波動(dòng)對安全穩(wěn)定生產(chǎn)的影響。

圖1 改造后的工藝路線

3 實(shí)施效果

甲胺/DMF裝置能量系統(tǒng)優(yōu)化綜合改造后，通過1年來的運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，每年節(jié)約標(biāo)煤9 566 t，相當(dāng)于每年可減排粉塵2 392 t、SO2158 t、二氧化碳23 915 t。不僅利于節(jié)能和降低生產(chǎn)成本，同時(shí)利于資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)，既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會(huì)效益。

4 效益分析

甲胺/DMF生產(chǎn)能力為年產(chǎn)15萬t，生產(chǎn)過程中凈化CO2量為5 700萬Nm3。

4.1 節(jié)汽節(jié)能量

實(shí)施前生產(chǎn)1 t混甲胺耗蒸汽2.43 t、生產(chǎn)1 tDMF耗蒸汽1.32 t，實(shí)施后生產(chǎn)1 t混甲胺耗蒸汽2.2 t、生產(chǎn)1 t DMF耗蒸汽1.2 t，則實(shí)施后每年節(jié)汽節(jié)能量折合標(biāo)煤量6 773 t。

4.2 節(jié)電節(jié)能量

實(shí)施前生產(chǎn)1 t混甲胺耗電126 kW·h，生產(chǎn)1 t DMF耗電312 kW·h，凈化1 Nm3CO2耗電0.46 kW·h。實(shí)施后生產(chǎn)1 t混甲胺耗電115 kW·h，生產(chǎn)1 t DMF耗電285 kW·h，凈化1 Nm3CO2耗電0.42 kW·h，因此，實(shí)施后每年節(jié)電折合標(biāo)煤量為2 793 t。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

年總節(jié)能量折合標(biāo)煤量合計(jì)9 566 t，煤價(jià)以910元/t計(jì)，則年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為871萬元。節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且環(huán)境效益和社會(huì)效益較好，對我國節(jié)能減排工作的開展具有積極的推動(dòng)作用。

2015-07-12

劉紅巖(1971-)，男，工程師，從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作，E-mail:liuhongyan6723@sina.com。

TQ056.8，TQ050.2

B

1003-3467(2015)09-0048-02