重慶萬(wàn)盛煤化100kt/a二甲醚技術(shù)總結(jié)

崔志杰，李 峰，姚澤龍，馮再南，趙金龍，周傳華

（1.杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.重慶萬(wàn)盛煤化有限責(zé)任公司，重慶 萬(wàn)盛 400805）

重慶萬(wàn)盛煤化100kt/a二甲醚技術(shù)總結(jié)

崔志杰1，李 峰2，姚澤龍1，馮再南1，趙金龍1，周傳華1

（1.杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.重慶萬(wàn)盛煤化有限責(zé)任公司，重慶 萬(wàn)盛 400805）

介紹了重慶萬(wàn)盛煤化二期100kt/a二甲醚裝置的技術(shù)特點(diǎn)，二期裝置的工藝及反應(yīng)器較一期100kt/a二甲醚的改進(jìn)情況，充分顯示二甲醚技術(shù)具有熱量回收充分、單位二甲醚蒸汽消耗低、投資省，以及二甲醚反應(yīng)器溫度分布均勻、運(yùn)行穩(wěn)定、操作彈性大等特點(diǎn)。

均溫型反應(yīng)器；二甲醚；合成；工藝改進(jìn)

1 項(xiàng)目背景

重慶萬(wàn)盛煤化有限責(zé)任公司是東方希望集團(tuán)下屬一家煤化工企業(yè)，公司地處重慶市萬(wàn)盛經(jīng)開區(qū)煤電化產(chǎn)業(yè)園區(qū)，主要產(chǎn)品為 300kt/a精甲醇、200kt/a二甲醚 （DME），其中二甲醚裝置分兩期建設(shè)，一期100kt/a裝置2012年1月投產(chǎn)[1]，投產(chǎn)后二甲醚利潤(rùn)比甲醇利潤(rùn)高，特別是在2013年9月二甲醚市場(chǎng)很好，公司有一定贏利，二甲醚生產(chǎn)可使用粗甲醇或精甲醇，甲醇精餾可以不開車，由此可節(jié)約45t/h蒸汽用來(lái)發(fā)電。在看到二甲醚裝置生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)后，重慶萬(wàn)盛煤化有限責(zé)任公司決定建設(shè)二期100kt/aDME裝置。兩套DME裝置的整體技術(shù)選用河南天一科技公司，DME反應(yīng)器選用杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司的均溫型技術(shù)。二期100kt/a二甲醚裝置催化劑選用西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的CNM-3二甲醚合成催化劑，該催化劑具有工程使用業(yè)績(jī)多、活性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

兩期DME裝置投產(chǎn)后均表現(xiàn)出操作穩(wěn)定、蒸汽消耗低、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，尤其是二期裝置，重慶萬(wàn)盛煤化公司、河南天一科技公司和杭州林達(dá)公司三方通過(guò)對(duì)一期DME裝置的分析和總結(jié)，提出關(guān)鍵設(shè)備和流程設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，使二期DME投運(yùn)后無(wú)論反應(yīng)器還是整體性能指標(biāo)較一期DME明顯提升。本文重點(diǎn)介紹二期DME工藝及反應(yīng)器技術(shù)，并結(jié)合一期DME裝置對(duì)技術(shù)改進(jìn)作一總結(jié)。

2 二甲醚合成精餾一體化工藝及特點(diǎn)

二甲醚合成精餾一體化工藝最大特點(diǎn)是：甲醇脫水反應(yīng)生成的DME，不經(jīng)冷凝直接進(jìn)入DME精餾工段，流程避免了生成的DME冷凝和再加熱分離所需的循環(huán)冷卻水和加熱蒸汽。二甲醚流程框圖見圖1。甲醇原料經(jīng)甲醇進(jìn)料泵提壓后，進(jìn)入甲醇蒸發(fā)器依次被兩股物流加熱：先進(jìn)入甲醇蒸發(fā)器上段換熱器殼程，被來(lái)自精餾塔再沸器的廢水加熱，然后進(jìn)入蒸發(fā)器下段管程，被兩股反應(yīng)氣的混合氣加熱，溫度升至135～140℃。被預(yù)熱的甲醇進(jìn)入甲醇回收塔并汽化，汽化后的甲醇蒸汽經(jīng)氣體加熱器提溫至160～220℃，然后進(jìn)入二甲醚反應(yīng)器。甲醇回收塔底部廢水作為二甲醚精餾塔再沸器、甲醇蒸發(fā)器上段換熱器熱源進(jìn)一步回收熱量，然后經(jīng)廢液冷卻器冷至40℃以下去廢水處理。

圖1 二甲醚生產(chǎn)工藝流程框圖

甲醇蒸汽進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，先經(jīng)換熱管進(jìn)一步加熱到300～360℃，然后進(jìn)入催化劑層進(jìn)行甲醇脫水反應(yīng)生成二甲醚。反應(yīng)后氣體從反應(yīng)器下部出來(lái)分兩股：一股去氣體加熱器加熱二甲醚入口氣體，另一股去甲醇回收塔再沸器作為熱源。兩股反應(yīng)氣經(jīng)熱量回收后混合，再經(jīng)甲醇蒸發(fā)器下段預(yù)熱原料甲醇后溫度降至約120℃，然后送二甲醚精餾塔提純DME，塔頂二甲醚產(chǎn)品經(jīng)蒸發(fā)冷凝器降溫到約40℃后，送入二甲醚回流槽，塔底少量甲醇和水經(jīng)殘液輸送泵送至甲醇回收塔，進(jìn)一步回收甲醇。

DME合成、精餾一體化工藝表現(xiàn)出的技術(shù)特點(diǎn)：

（1）DME反應(yīng)器進(jìn)口溫度160～220℃，出口溫度300～360℃，充分利用這部分溫差，使一股氣可以分流作為甲醇回收塔再沸器的熱源，減少中壓蒸汽消耗量。

（2）充分利用甲醇脫水反應(yīng)熱和廢液余熱，使原料甲醇預(yù)熱完全不需外部提供蒸汽。

（3）甲醇回收塔底部的廢水熱量得到充分利用，不僅用于二甲醚精餾塔的加熱，減少二甲醚精餾塔蒸汽耗量，還用于原料甲醇的加熱。

（4）反應(yīng)氣經(jīng)換熱回收熱量后以熱態(tài)直接進(jìn)入精餾塔精餾，無(wú)需全部冷凝再經(jīng)泵加壓后加熱送精餾塔，流程短，阻力小。

（5）DME反應(yīng)器采用均溫型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程中連續(xù)移熱，生產(chǎn)操作平穩(wěn)，進(jìn)口溫度僅160℃～220℃，為整個(gè)系統(tǒng)能量的梯級(jí)利用創(chuàng)造有利條件。

（6）采用蒸發(fā)式冷凝器，換熱效率高，所需循環(huán)水量少，從而達(dá)到水資源的節(jié)約利用。

（7）整個(gè)生產(chǎn)裝置基本采用無(wú)框架結(jié)構(gòu)，降低了投資費(fèi)用，縮短了建設(shè)周期，裝置從土建開工到項(xiàng)目投產(chǎn)僅用了7個(gè)月時(shí)間。

以上技術(shù)特點(diǎn)使 1t DME消耗蒸汽僅 0.52～0.75t，設(shè)備設(shè)計(jì)緊湊，生產(chǎn)裝置占地面積僅450m2，較同等規(guī)模其他技術(shù)的DME裝置節(jié)約30%。生產(chǎn)裝置投資費(fèi)用低，裝置總投資約3500萬(wàn)，較其他技術(shù)節(jié)省約15%。

3 二期100kt/a DME工藝的改進(jìn)優(yōu)化

通過(guò)對(duì)一期100kt/a DME裝置建設(shè)與實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所暴露的不足之處總結(jié)，對(duì)二期工藝進(jìn)行了如下優(yōu)化：

（1）增加二甲醚精餾蒸發(fā)冷凝器設(shè)計(jì)負(fù)荷。一期裝置該設(shè)備熱負(fù)荷9600kW，二期設(shè)計(jì)時(shí)增加至14000kW，這樣在重慶8月份高溫天氣下，裝置生產(chǎn)負(fù)荷仍能達(dá)到130%，解決了DME蒸汽冷凝不下來(lái)而造成系統(tǒng)壓力大的問(wèn)題。

（2）二甲醚蒸發(fā)冷凝器平臺(tái)標(biāo)高由3m增加至6m。該平臺(tái)增高可以保證回流罐有足夠檢修空間。

（3）甲醇回收塔增高了6.5m，塔頂增加了旋流板，這樣有利于分離粒徑比較大的液體顆粒。

（4）甲醇回收塔甲醇蒸汽出口增加了一臺(tái)汽液分離器，這樣進(jìn)一步分離甲醇蒸汽中夾帶的液粒，避免液粒帶入反應(yīng)器引起垮溫。

（5）甲醇回收塔2臺(tái)再沸器的面積分別增加了150m2和 73.5m2，可提高裝置運(yùn)行負(fù)荷提升至130%。

（6）回流罐容積由一期的11m3增加至32m3，并增加了緩沖量，避免液位頻繁波動(dòng)，既減輕了操作強(qiáng)度，又避免了液位過(guò)低造成回流泵氣蝕。

（7）一期甲醇回收塔、精餾塔和再沸器連接的管中心距尺寸不一致，造成連接困難，既不安全，又不美觀；二期設(shè)計(jì)和制造時(shí)特別關(guān)注這點(diǎn)，最終安裝時(shí)尺寸一致，安裝時(shí)要求管道水平。

（8）二期甲醇回收塔塔板數(shù)增加10塊塔板，在雜醇油處也增加了塔板，這樣更有利于雜醇油的采出；同時(shí)二甲醚精餾塔增加4塊塔板，這樣更有利于產(chǎn)品純度的提高。

（9）開工加熱器由過(guò)熱蒸汽升溫加熱改為電爐加熱，升溫加快。

（10）兩期DME裝置共用一套洗滌塔、甲醇緩沖罐、地下槽。

（11）回流罐出來(lái)的不凝氣去洗滌塔前增加了一臺(tái)水冷器，進(jìn)一步冷卻二甲醚氣體。

（12）二甲醚管道材質(zhì)由20#改為16Mn材料，以防管道沖刷造成泄露。

4 均溫型二甲醚反應(yīng)器特點(diǎn)

均溫型二甲醚反應(yīng)器是DME裝置的核心設(shè)備之一，是成功實(shí)現(xiàn)二甲醚合成精餾一體化工藝、系統(tǒng)能量梯級(jí)利用的技術(shù)關(guān)鍵。

均溫型二甲醚反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，甲醇蒸氣由進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)引氣管2使氣體均勻分配到各環(huán)管4，此結(jié)構(gòu)可保證入塔氣體徑向均勻分布。然后氣體進(jìn)入下行管7與催化劑層反應(yīng)氣體并流換熱升溫，再進(jìn)入上行管6進(jìn)一步與催化劑層反應(yīng)氣體逆流換熱升溫，氣體溫度達(dá)到催化劑活性溫度后進(jìn)入催化劑層進(jìn)行甲醇脫水反應(yīng)，反應(yīng)后氣體由出氣口出反應(yīng)器。

反應(yīng)器內(nèi)設(shè)2組熱電偶，每組6個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，可全面監(jiān)測(cè)整爐催化劑的使用情況。

圖2 二甲醚反應(yīng)器簡(jiǎn)圖

反應(yīng)器技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）催化劑層溫度分布均勻，平面溫差小，整個(gè)催化劑層均布有換熱管。

（2）反應(yīng)器入口溫度低，減少氣體換熱器的換熱面積，該設(shè)備投資低。

（3）由于入塔氣溫度低，大部分出塔氣可以不過(guò)氣體換熱器直接去甲醇回收塔再沸器作為熱源，減少外供蒸汽的用量，節(jié)能效果明顯。

（4）催化劑裝卸方便，反應(yīng)器為軸向塔，催化劑不分層，裝卸催化劑非常方便，本裝置29m3催化劑裝填僅需1天時(shí)間。

（5）催化劑使用壽命長(zhǎng)，由于溫度分布均勻，生產(chǎn)初期催化劑層熱點(diǎn)溫度可控制的低一點(diǎn)，隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，逐步將熱點(diǎn)溫度提高到400℃，達(dá)到了延長(zhǎng)催化劑使用壽命，提高了整爐催化劑的使用效率。

5 二甲醚反應(yīng)器的改進(jìn)優(yōu)化

通過(guò)對(duì)一期100kt/a二甲醚反應(yīng)器運(yùn)行兩年多來(lái)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析總結(jié)，對(duì)二期反應(yīng)器的改進(jìn)優(yōu)化如下：

（1）將反應(yīng)器的直徑由一期的DN2200mm調(diào)整為二期的DN2400mm，這樣可降低催化劑層的阻力。

（2）將反應(yīng)器換熱管由一期的φ22mm×2mm調(diào)整為二期的φ25mm×2mm，這樣可以降低換熱管程的阻力。

（3）冷激管進(jìn)口位置由一期的上封頭處調(diào)整到二期的筒體側(cè)壁，這樣方便了冷激管的安裝，阻力小，催化劑層溫度驟升時(shí)冷激效果更加明顯。

表1 二甲醚反應(yīng)器運(yùn)行記錄

（4）通過(guò)對(duì)換熱管的優(yōu)化布置，催化劑層溫度分布均勻性得到了較大的改善。二甲醚反應(yīng)器平面溫差最大7.5℃，比一期溫差縮小4.5℃；軸向溫差20℃且分布均勻，一期溫差縮小10～20℃。

6 運(yùn)行情況

重慶萬(wàn)盛煤化二期100kt/a二甲醚裝置，2014年8月9日采出合格二甲醚產(chǎn)品，順利投產(chǎn)。投產(chǎn)幾個(gè)月以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，二甲醚采出量18t/h，各塔液位穩(wěn)定，生產(chǎn)負(fù)荷維持在130%左右，投產(chǎn)以來(lái)未因二甲醚系統(tǒng)停過(guò)車。二甲醚反應(yīng)器運(yùn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

[1]李峰,趙紹民,陸瑞平.甲醇制100kt/a二甲醚項(xiàng)目建設(shè)及開車總結(jié)[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2012,38(5):85-93.

[2]李峰,周夏,楊奇申.甲醇脫水制二甲醚的技術(shù)選擇與工藝創(chuàng)新[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2012,38(3):68-71.

Technology summary of a 100kt/a dimethyl ether project of Chongqing Wansheng

CUI Zhi-jie1,LI feng2,YAO Ze-long1,FENG Zai-nan1,ZHAO Jin-long1,ZHOU Chuan-hua1
(1.Hangzhou Linda Chemical Technology Engineering Co.,Ltd.,Hangzhou 310012,China; 2.Chongqing Wansheng Chemical Co.,Ltd.,Chongqing 400805,China)

The technical features of the phase II project-100kt/a dimethyl ether plant of Chongqing Wansheng Chemical, including the improvement on process and reactor,were introduced by comparing with the phase I project with the same dimethyl ether capacity.The improved process had advantages of higher heat recovery and lower steam consumption and investment,and the improved reactor had advantages of more uniform temperature distribution and better operational stability and flexibility.

uniform temperature reactor;dimethyl ether;production;proces improvement

TQ223.24

B

1001-9219(2015）05-62-04

2015-01-16；作者簡(jiǎn)介：崔志杰(1978-)，男，工程師，電話 18805715886，電郵cuizhijie@126.com。