煤制乙二醇裝置羰化合成氣相組分優(yōu)化探討

張向凱，曹洪剛

(河南能源化工集團(tuán)濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng)　457000)

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煤制乙二醇裝置羰化合成氣相組分優(yōu)化探討

張向凱，曹洪剛

(河南能源化工集團(tuán)濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng)457000)

摘要：濮陽(yáng)永金煤制乙二醇裝置羰基化合成系統(tǒng)在高負(fù)荷運(yùn)行情況下，氣相中惰性組分CO2持續(xù)上漲，嚴(yán)重影響了主要反應(yīng)物CO與MN的比例。經(jīng)過(guò)對(duì)尾氣系統(tǒng)操作壓力的調(diào)整，以及對(duì)調(diào)整過(guò)程中數(shù)據(jù)的分析，采取了適當(dāng)降低尾氣操作壓力的措施，有效地抑制了CO2的上漲，維持合成氣相組分穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：煤制乙二醇；氣相組分；操作壓力；數(shù)據(jù)分析

濮陽(yáng)永金煤制乙二醇項(xiàng)目由中國(guó)五環(huán)工程有限公司參與設(shè)計(jì)，河南能源化工集團(tuán)與通遼金煤化工有限公司共同出資籌建，于2012年8月投產(chǎn)試車，并一次性打通全流程，產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)乙二醇產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)近3年的試運(yùn)行，濮陽(yáng)永金乙二醇項(xiàng)目不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)裝置進(jìn)行多次技術(shù)改造，最終實(shí)現(xiàn)了裝置85%負(fù)荷下的穩(wěn)定運(yùn)行。

濮陽(yáng)永金煤制乙二醇項(xiàng)目采用兩步合成法生產(chǎn)乙二醇，即羰基化合成生成草酸二甲酯，草酸二甲酯加氫生成乙二醇。在羰基化合成過(guò)程中，氣相組分中反應(yīng)物CO和MN(亞硝酸甲酯)比例的控制及調(diào)整直接影響到羰基化反應(yīng)的選擇性及草酸二甲酯產(chǎn)物的收率。氣相組分中主要包括N2、CO2、CH4等惰性組分，惰性組分主要來(lái)源于原料氣夾帶以及合成反應(yīng)中生成的副產(chǎn)物。通過(guò)尾氣吸收系統(tǒng)將有效反應(yīng)物MN回收，將惰性組分持續(xù)送往火炬系統(tǒng)進(jìn)行燃燒，使合成氣相組分中反應(yīng)物及惰性組份達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，保證羰基化反應(yīng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

2014年6月，濮陽(yáng)永金乙二醇裝置負(fù)荷提升至85%，合成系統(tǒng)氣相組分中惰性組分CO2出現(xiàn)明顯累積，造成羰基化反應(yīng)物CO與MN比例失衡，嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在尾氣負(fù)荷提升至最大量的情況下依然難以滿足系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鑒于此，通過(guò)討論，嘗試將尾氣吸收塔的操作壓力適當(dāng)下調(diào)，以此觀察合成系統(tǒng)氣相組分中CO2的變化。

1尾氣吸收塔工作原理及操作壓力

1.1工作原理

尾氣吸收塔利用合成氣相中各組分在甲醇中溶解度不同的性質(zhì)，將合成氣相中的NO轉(zhuǎn)化成易溶于甲醇的亞酯氣，并通過(guò)噴淋甲醇吸收送回合成系統(tǒng)中，難溶于甲醇的惰性氣相組分如N2、CH4、CO2等及部分CO通過(guò)塔頂外送至火炬燃燒，最終控制合成系統(tǒng)氣相中惰性組分的含量，保持各組分的平衡。

合成氣相中各組分在甲醇中的溶解度大小關(guān)系如下：

MN>CO2>CH4>CO>H2>N2

1.2尾氣吸收塔操作壓力調(diào)整

尾氣吸收塔原最高設(shè)計(jì)操作壓力2.6 MPa(g)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中塔頂壓力控制在1.0 MPa(g)。

2014年6月中旬，濮陽(yáng)乙二醇項(xiàng)目負(fù)荷提升至85%，達(dá)到歷史新高。在該負(fù)荷下，合成系統(tǒng)中惰性組分CO2含量不斷上升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定及平衡。為降低惰性組分CO2含量，調(diào)整合成氣組分，尾氣處理量提升至接近滿負(fù)荷，高達(dá)1 500 Nm3/h左右，勉強(qiáng)能夠滿足合成系統(tǒng)氣相組分的穩(wěn)定及平衡。

針對(duì)這一情況，提出2種方案：①提高尾氣吸收塔的操作溫度，降低CO2在甲醇中的溶解度，從而達(dá)到釋放CO2的效果；②降低尾氣吸收塔的操作壓力，同樣可以降低CO2在甲醇中的溶解度。從安全性的角度考慮，降低尾氣吸收塔的操作壓力比較可靠。

1.3操作壓力調(diào)整數(shù)據(jù)及效果分析

不同壓力下合成氣、尾氣組分分析數(shù)據(jù)及其趨勢(shì)見(jiàn)表1與圖1。

表1　不同壓力下合成氣、尾氣組分分析數(shù)據(jù)

圖1　不同壓力下合成氣、尾氣組分變化趨勢(shì)

通過(guò)調(diào)整尾氣吸收塔的操作壓力，對(duì)比分析調(diào)整前后系統(tǒng)組分變化情況。如圖1所示，6月14日10點(diǎn)20分，尾氣操作壓力開(kāi)始下調(diào)；至16點(diǎn)，壓力由0.989 MPa(g)降至0.911 MPa(g)，同時(shí)合成氣及尾氣組分中CO2體積百分均開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，CO組分有所上升，說(shuō)明降低尾氣操作壓力有利于系統(tǒng)中CO2的放出，提高CO含量，繼而提高CO與MN的比例，提高反應(yīng)推動(dòng)力，穩(wěn)定氣相組分的平衡。

2不同負(fù)荷下尾氣運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

2.1惰性組分物料衡算

在尾氣吸收塔操作壓力穩(wěn)定在0.9 MPa(g)的條件下，通過(guò)對(duì)不同負(fù)荷下尾氣運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析以及惰性組分N2、CO2的平衡計(jì)算，得出穩(wěn)定情況下合成系統(tǒng)不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的尾氣處理負(fù)荷以及惰性組分的平衡情況，見(jiàn)表2。

表2　不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)尾氣負(fù)荷及惰性組分衡算

通過(guò)表2數(shù)據(jù)可以看出，在不同CO負(fù)荷下，尾氣的負(fù)荷基本能夠滿足系統(tǒng)中惰性組分N2的平衡，而CO2的排出量要明顯高于進(jìn)入量，在85%負(fù)荷穩(wěn)定情況下，N2、CO2基本上能滿足平衡，說(shuō)明在反應(yīng)過(guò)程中伴隨有少量的CO2生成。

2.2線性擬合分析

采用origin繪圖軟件對(duì)不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)尾氣量的變化趨勢(shì)進(jìn)行繪圖，并進(jìn)行了線性擬合，見(jiàn)圖2。

圖2　不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)尾氣量數(shù)據(jù)的線性擬合

通過(guò)線性擬合，得出擬合方程為y=0.107 67x-358.67，其中擬合度R2=0.95，線性擬合程度相對(duì)較低，這與采集數(shù)據(jù)總量偏少有一定關(guān)系。作為參考公式，對(duì)90%、95%、100%負(fù)荷下，即CO量為18 000 Nm3/h、19 000 Nm3/h、20 000 Nm3/h時(shí)對(duì)應(yīng)的尾氣量進(jìn)行了計(jì)算，可得出對(duì)應(yīng)的尾氣負(fù)荷分別為：1 579 Nm3/h、1 687 Nm3/h、1 795 Nm3/h。

3結(jié)語(yǔ)

尾氣吸收塔操作壓力的降低，有利于合成系統(tǒng)中CO2的放出，同時(shí)又能保證MN的充分回收以及合成系統(tǒng)氣相組分的穩(wěn)定及平衡。

目前尾氣吸收塔運(yùn)行負(fù)荷偏高，操作壓力已經(jīng)較低，若系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)一步提升，尾氣吸收塔將可能面臨超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)或難以維持合成系統(tǒng)氣相組分平衡的情況。所以，如何進(jìn)一步優(yōu)化尾氣吸收塔的操作將成為煤制乙二醇裝置滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的一項(xiàng)重要課題。

Discussion on Optimization of CTEG Unit Carbonylated Syngas Component

ZHANG Xiang-kai, CAO Hong-gang

(PuyangYongjinChemicalLimited,HenanEnergyandChemicalGroup,PuyangHenan457000China)

Abstract：Under the condition of a high load, the inert carbon dioxide in syngas at carbonylation system of Puyang Yongjin Chemical Limited CTEG unit continued to rise. High content of carbon dioxide has a strong impact on the proportion of main reactants carbon monoxide and methyl nitrite (MN). After adjustment of the tail gas system operating pressure and analysis of the data in the process of adjustment, properly lowering operating pressure has effectively restrained the rise of carbon dioxide and maintained a steady component of synthesis gas.

Keywords：CTEG； gas composition； operating pressure； data analysis

收稿日期：2015-10-19

作者簡(jiǎn)介：張向凱(1986年-)，男，2011年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)任河南能源化工集團(tuán)濮陽(yáng)永金化工有限公司乙二醇車間副主任。

中圖分類號(hào)：TQ 223.162

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)01-0045-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.011 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.012