甲醇在乙二醇裝置中的重要性

張士祥（河南能源化工集團(tuán)新鄉(xiāng)永金化工有限公司，河南 新鄉(xiāng)453800）

甲醇在乙二醇裝置中的重要性

張士祥
（河南能源化工集團(tuán)新鄉(xiāng)永金化工有限公司，河南 新鄉(xiāng)453800）

新鄉(xiāng)永金煤制乙二醇裝置中，甲醇在整個(gè)生產(chǎn)工藝中起著重要的作用。在乙二醇生產(chǎn)中，甲醇既扮演著反應(yīng)物、傳熱媒介的角色，同時(shí)還起到作為吸收劑、洗滌劑等重要作用。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對甲醇在乙二醇裝置中的重要作用進(jìn)行歸納總結(jié)，從而指導(dǎo)甲醇系統(tǒng)的優(yōu)化，提高甲醇利用率。

乙二醇；甲醇；重要性

1　概述

煤制乙二醇工藝包括CO偶聯(lián)制備草酸二甲酯（DMO）和草酸二甲酯加氫反應(yīng)生成乙二醇（EG）兩個(gè)重要過程。

CO催化偶聯(lián)制備DMO主要涉及兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)∶

DMO加氫生成乙二醇主反應(yīng)式為：

從化學(xué)反應(yīng)式看甲醇作為中間體，在生產(chǎn)亞硝酸甲酯（MN）時(shí)作為反應(yīng)物，在DMO加氫生產(chǎn)EG時(shí)作為生成物，在理論上是不消耗的。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于副反應(yīng)和收率的限制，需要向系統(tǒng)補(bǔ)充新鮮甲醇以維持在系統(tǒng)的平衡。因此理解甲醇在乙二醇裝置單元操作中的作用，對于合理利用甲醇就顯得尤為重要。

2　甲醇的物理性質(zhì)

甲醇又稱“木醇”或“木精”，是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，化學(xué)分子式為CH3OH，分子量32.04，沸點(diǎn)64.7℃。甲醇的汽化潛熱較高1109kJ/kg，其蒸氣與空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為6-36.5%。

3　甲醇在煤制乙二醇裝置單元操作中的作用

3.1反應(yīng)物料

甲醇在MN制備反應(yīng)中作為重要的反應(yīng)物料之一，參與生成MN，具體的操作單元包括MN再生反應(yīng)器和亞酯氣制備釜。

甲醇在MN再生反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

在亞酯氣制備釜中的反應(yīng)方程式為：

乙二醇裝置運(yùn)行過程中，需確保系統(tǒng)氮元素的平衡，亞硝酸甲酯（MN）在煤制乙二醇裝置中直接決定了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，因此作為生成MN的重要原料之一的甲醇，在生產(chǎn)中要保證其品質(zhì)和用量，以維持MN在合成循環(huán)氣中含量的穩(wěn)定，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

冬季住宅的取暖方式調(diào)查結(jié)果如圖1所示。其中火炕的比例為52%，火墻的比例為23%，暖氣片的比例為19%；另外，火爐的比例為2%，地?zé)岬谋壤秊?%，說明北方農(nóng)村地區(qū)冬季的取暖形式主要以火炕為主[1]，其次是火墻、暖氣片。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平提高，也有少數(shù)住宅采用地?zé)崛∨?，同時(shí)較偏遠(yuǎn)落后村鎮(zhèn)仍存在火爐取暖。

3.2帶走熱量的媒介

在煤制乙二醇裝置中，甲醇在帶走熱量方面起到舉足輕重的作用。甲醇帶走熱量分為兩種形式，一種是甲醇發(fā)生相變由液態(tài)變成氣態(tài)即氣化帶走熱量；二是甲醇液體溫度升高，帶走熱量。其具體體現(xiàn)的操作單元包括三個(gè)部分：MN再生反應(yīng)器、甲醇洗塔、草酸酯吸收塔。

在MN再生反應(yīng)器內(nèi)，生成亞硝酸甲酯是個(gè)快速的強(qiáng)放熱反應(yīng)，甲醇不僅作為反應(yīng)物，而且作為重要的移熱介質(zhì)。甲醇噴淋到MN再生反應(yīng)器內(nèi)部吸收大量的熱氣化并參與酯化反應(yīng)，另一部分沒有氣化的的甲醇則通過循環(huán)及時(shí)把熱量帶出MN再生反應(yīng)器，從而穩(wěn)定床層溫度。

甲醇洗塔是甲醇對MN再生反應(yīng)器反應(yīng)后的氣相進(jìn)行洗滌，降低氣相溫度，降低氣相中雜質(zhì)含量，凈化合成氣。

草酸酯吸收塔是利用DMO在甲醇中的可溶性，甲醇作為吸收劑來吸收反應(yīng)冷卻分離后氣態(tài)DMO。同時(shí)甲醇吸收大量工藝氣熱量氣化，降溫效果非常顯著。

3.3防止DMO結(jié)晶的洗滌劑

DMO是煤制乙二醇生產(chǎn)中關(guān)鍵的中間產(chǎn)品，其主要特性是：熔點(diǎn)54℃，溶于甲醇、乙醇等。DMO在常溫下會(huì)結(jié)晶，因此，在工藝、設(shè)備、生產(chǎn)控制等諸多方面都需要加以控制，否則一旦發(fā)生結(jié)晶堵塞設(shè)備管線，便會(huì)造成局部甚至整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的被迫停車，嚴(yán)重影響裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行。針對DMO易結(jié)晶采取的措施主要有以下四個(gè)方面：

（1）工藝配管時(shí)，DMO物料的工藝管線走向從高往低布置，盡量不出現(xiàn)死角和U型彎。如不可避免，須在管線的最低點(diǎn)處設(shè)排凈導(dǎo)淋；

（2）對DMO物料的塔器、儲(chǔ)槽、工藝管線、閥門、儀表、分析取樣等根據(jù)實(shí)際情況采取不同的保溫和伴熱措施；

（3）在生產(chǎn)控制上，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，防止出現(xiàn)DMO濃度高且溫度低的情況。

（4）在DMO泵進(jìn)口管線上增加甲醇洗滌管線，在開、停車前用甲醇對機(jī)泵和管線等設(shè)備進(jìn)行置換清洗。

對于防止結(jié)晶的手段上，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上（1）（2）（3）這三個(gè)方面一般都能實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中要加強(qiáng)（4）中的甲醇洗滌DMO的實(shí)施與應(yīng)用，特別是停車前用甲醇置換沖洗DMO對機(jī)泵等設(shè)備尤為重要。

3.4調(diào)整加氫DMO進(jìn)料濃度

在煤制乙二醇工藝中，DMO加氫制乙二醇工段DMO濃度需控制在一定范圍內(nèi)，而調(diào)節(jié)進(jìn)料濃度的唯一手段就是在DMO中補(bǔ)入一定量的甲醇，甲醇的量直接影響加氫反應(yīng)：

補(bǔ)入量較多，DMO濃度過低，一方面增加了機(jī)泵的負(fù)荷，另一方面從化學(xué)平衡來講，由于甲醇在加氫系統(tǒng)為反應(yīng)物，甲醇進(jìn)料含量過高，抑制DMO加氫反應(yīng)。

補(bǔ)入量較少，DMO濃度過高，加氫反應(yīng)溫度過低時(shí)易結(jié)焦，溫度過高時(shí)反應(yīng)熱點(diǎn)易集中，副反應(yīng)增多，從而影響催化劑的選擇性和使用壽命。

因此，根據(jù)裝置負(fù)荷的大小，按DMO和甲醇的比例合理配入甲醇的量，對于穩(wěn)定加氫進(jìn)料和系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

3.5DMO的吸收劑

利用DMO在甲醇中的可溶性，在草酸酯吸收塔內(nèi)，甲醇作為吸收劑來吸收羰化反應(yīng)冷卻分離后氣體中氣態(tài)DMO，避免DMO帶入到壓縮機(jī)等后續(xù)系統(tǒng)。

3.6提純DMO濃度

在DMO精餾提純中占主要雜質(zhì)的組分為碳酸二甲酯，碳酸二甲酯的沸點(diǎn)為90.1℃，在常壓下與甲醇形成共沸物，共沸溫度63.8℃，與DMO的沸點(diǎn)相差比較大，因此可以利用甲醇、碳酸二甲酯與草酸酯的沸點(diǎn)不同，將系統(tǒng)中的甲醇、碳酸二甲酯等其它無用組分分離。在DMO提純過程中，通過向精餾塔釜補(bǔ)入少量的甲醇，使DMO和甲醇形成共沸物，從而提高DMO的純度。

3.7機(jī)泵的密封沖洗介質(zhì)

在乙二醇裝置中，甲醇作為部分DMO泵的密封沖洗介質(zhì)。甲醇直接減少0.3Kg，去除車削量0.1Kg，即每件節(jié)約原材料0.2Kg，全年按85萬件計(jì)算，直接節(jié)約原材料費(fèi)用0.2Kg×850000件×4.2元/ Kg=71.4萬元；由于輪輞大孔車削量大大減少，立車日常機(jī)物料消耗如車刀桿、車刀片減少一半，每年減少2萬元；立車負(fù)荷降低，故障降低明顯，據(jù)初步計(jì)算，四臺(tái)立車日常維修費(fèi)用每年節(jié)約10萬元。加上立車工序設(shè)備屬生產(chǎn)線瓶頸設(shè)備，強(qiáng)度降低后，大大降低生產(chǎn)線停線損失，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源等其他損失。

圖8　為該發(fā)明的實(shí)體圖

圖9　為該發(fā)明的焊槍進(jìn)退機(jī)構(gòu)

5　結(jié)語

持續(xù)改進(jìn)是企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、不斷提高的永恒主題。利用“四新”技術(shù)，敢于打破陳規(guī)、勇于創(chuàng)新、持續(xù)改善，提升工藝技術(shù)水平、提升產(chǎn)品加工技術(shù)能力和手段，是打造精品，提升產(chǎn)品競爭力的根本。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.037