高效集成膜分離技術在甲醇分離器內(nèi)件結構中的應用

薛 菲

（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 031600）

高效集成膜分離技術在甲醇分離器內(nèi)件結構中的應用

薛 菲

（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 031600）

山西焦化集團有限公司24萬噸甲醇合成生產(chǎn)裝置采用國際先進的低壓銅催化劑甲醇合成法，工藝技術成熟，產(chǎn)品收率高，能耗低，質量品級優(yōu)良，是一套技術含量及自動化程度均較高的化工生產(chǎn)裝置。該項目以焦爐煤氣及造氣產(chǎn)水煤氣為原料，生產(chǎn)高附加值的符合國家優(yōu)等品標準產(chǎn)品精甲醇，同時副產(chǎn)雜醇油、高低壓蒸汽。甲醇分離器是甲醇合成生產(chǎn)過程的重要設備之一，主要用來對冷卻后的含有甲醇的氣液混合物進行分離，將其中的甲醇盡可能地回收形成粗甲醇產(chǎn)品，其分離效果的好壞直接影響甲醇產(chǎn)品的產(chǎn)率，并對聯(lián)合壓縮機的安全穩(wěn)定運行與合成塔內(nèi)合成反應效率的高低產(chǎn)生直接影響，提高甲醇分離器的運行效果，將對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定及提產(chǎn)降耗高效運行產(chǎn)生積極作用。

甲醇分離器；高效集成膜分離技術

山西焦化集團有限公司24萬噸甲醇生產(chǎn)裝置自2008年6月份建成投產(chǎn)，經(jīng)過兩年的生產(chǎn)運行，發(fā)現(xiàn)甲醇分離器后循環(huán)氣中醇含量一直高于設計指標（≤0.6%），有時高達1%以上，影響合成系統(tǒng)甲醇產(chǎn)率以及合成塔的反應效率與聯(lián)合壓縮機的運行安全。為此我們對甲醇分離技術進行研究，進一步提高循環(huán)氣中醇的回收率，降低甲醇損失，優(yōu)化合成反應效率，確保聯(lián)合壓縮機安全運行。

二、甲醇分離器改造

1 在甲醇分離器原本體上進行改進。為了盡可能利用原有裝置，減少投資費用與時間，項目組一開始就定下基調，保持甲醇分離器本體結構尺寸不變，只對其內(nèi)件結構進行優(yōu)化。原設計內(nèi)件僅為200mm厚絲網(wǎng)對甲醇水冷器后氣液混合物進行簡單分離，為提高分離效果，需在原甲醇分離器內(nèi)部有限空間內(nèi)研究更為合理高效的分離技術與方法，要求新分離內(nèi)件占用空間少，好安裝，同時還得保證分離效果。經(jīng)過對國內(nèi)分離技術的發(fā)展進行研究對比，近年發(fā)展迅速的高效膜分離做為本次內(nèi)件升級技術的首選，為使得膜分離技術能在甲醇分離器內(nèi)更好地發(fā)揮分離作用，膜分離單元前部加上簡單傳統(tǒng)的機械分離單元，即能減少膜分離單元的工作壓力，又能保證在有限的空間內(nèi)良好的分離效率。

2 對甲醇分離器內(nèi)件進行改造。采用新型材料高效纖維，經(jīng)過合理設計，實現(xiàn)了甲醇常規(guī)機械分離過程和微濾膜、超濾膜分離過程的組合，降低氣相中的甲醇（包括油、水等雜質）含量，提高裝置收率，達到節(jié)能、降耗、增產(chǎn)、增效的目的。本技術在不增加裝置動力及其它能耗的基礎上可將合成入塔氣中甲醇含量從0.7%～1.2%降至0.3%～0.6%。

3 內(nèi)件的安裝方式與方法。將現(xiàn)有甲醇分離器內(nèi)僅有的200MM除沫絲網(wǎng)去除，重新安裝一套集成膜分離裝置（含旋流內(nèi)件，微濾膜和超濾膜等），使工藝氣中的醇在低溫、低速、多級、高精度條件下得到高效分離。本技術方案在充分考慮介質的密度、表面張力、粘度、各項雜質的臨界含量、膜濾芯的綜合特性等因素，經(jīng)過詳細計算確定，方案選用有自清潔功能的膜濾芯，通過設計氣流擾動等措施實現(xiàn)長周期運行。

4 內(nèi)件優(yōu)化后甲醇分離器壓差不增加。每個微濾膜濾芯的設計阻力降為0.003MPa，多組膜濾芯并連設置阻力降仍為0.003MPa，離心阻力降為小于0.008MPa，單元全套內(nèi)件初始阻力降小于0.011MPa。改進之后壓差沒有增大，當前運行中甲醇分離器壓差為≤15kPa，工藝指標控制范圍≤50kPa。

三、改造后甲醇分離器分離效果

自2012年12月份該項目實施完成以來，甲醇分離器后循環(huán)氣中醇含量指標由原來的0.7%～1.2%表中的平均值下降到了0.3%～0.6%同樣，甲醇產(chǎn)率較前期大為提高，生產(chǎn)系統(tǒng)至今一直保持安全穩(wěn)定運行。

1 高效集成膜甲醇分離器設計保證值。設計條件：（1）入口壓力：6.0MPa （g）；（2）溫度：40℃；（3）流量：43.73×104Nm3/h；（4）出合成塔氣體中甲醇含量：～4.56%（Vol%）。保證值：（1）分離器出口氣體中醇含量：≤0.61%（Vol%）；（2）阻力降：初期壓降≤0.015MPa。

2 實際生產(chǎn)中操作值。條件：（1）分離器入口壓力：～5.4MPa；（2）溫度：35℃；（3）流量：34.00×104Nm3/h；（4）出合成塔氣體中甲醇含量：～4.96% （Vol%）。實際操作值：（1）阻力降：初期壓降＜0.015MPa。（2）分離器出口氣體中醇含量：～0.416%（Vol%--現(xiàn)場數(shù)據(jù)加權平均值）。通過近半年的運行可以看出：選用這種分離器后，分離器出口氣中甲醇含量的實測分析值為0.416%（Vol%），遠低于設計保證值≤0.60% （Vol%），分離并回收循環(huán)氣夾帶醇霧的99.99%，使入塔氣中甲醇含量大幅下降，在不增加能耗的基礎上增產(chǎn)5%～10%。由于甲醇的分離徹底，相當于提高了甲醇合成效率，即反應熱增多，合成塔催化劑熱點溫度下降，從而可延長催化劑的使用壽命（既提高催化劑的使用效率），降低生產(chǎn)成本；另外又對循環(huán)機起到保護作用。在原料氣能保證供給的工況下，與使用傳統(tǒng)的分離器相比，該技術真正體現(xiàn)了節(jié)能、增產(chǎn)、降耗的效果。當焦爐氣能滿足供應，設備達到滿負荷、連續(xù)生產(chǎn)時，各項參數(shù)達到設計值，分離效果會更顯著。

四、環(huán)保效益、經(jīng)濟效益分析

1 節(jié)能效益。通過半年多的運行，可以看出：運用這種內(nèi)件后，分離器出口氣中甲醇含量的實測值為0.2%～0.6%，低于設計保證值≤0.6%，這樣使入塔氣中甲醇含量大幅下降。在原料氣能保證供給的工況下，和普通甲醇分離器相比，合成部分能力可提高5%～10%，真正體現(xiàn)了該內(nèi)件的節(jié)能、增產(chǎn)、降耗的效果。

2 經(jīng)濟效益。按年正常生產(chǎn)時間8000小時計，僅考慮馳放氣損失的甲醇量全部回收，成果實施后每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益：13000×0.5%÷22.4×32×8000×2000=14 8.57萬元。

結語

高效集成膜分離器結構上保留傳統(tǒng)醇分的優(yōu)點，結合新技術、新材料可給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，在系統(tǒng)操作條件不變的情況下明顯增加液醇回收量，降低入塔醇含量，增加醇產(chǎn)量。這項少投入，高產(chǎn)出的新技術不但可廣泛應用于醇分離器，還適用于油分離器、乙烯壓縮段中間分離器、油田氣凝析油回收等許多行業(yè)，相信隨著這項技術的推廣應用，會創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]王樂意.高效甲醇分離器開發(fā)成功[J].中國化工報，2007（12）.

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