焦?fàn)t煤氣制甲醇精餾工段技術(shù)改造的探索與研究

姬廣偉，崔祥晉，苗召衛(wèi)

（盛隆化工有限公司，山東 滕州 277519）

盛隆化工有限公司一期10萬t/a焦?fàn)t煤氣制甲醇項(xiàng)目自2006年建成投產(chǎn)以來,已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行12年。項(xiàng)目建設(shè)投產(chǎn)時，盛隆化工是全國第三家焦?fàn)t氣制甲醇工業(yè)化推廣廠家，無論是建設(shè)還是投產(chǎn)在全國都是比較早的。隨著焦?fàn)t氣制甲醇工藝技術(shù)、裝置設(shè)備的日益發(fā)展，其早期技術(shù)設(shè)計(jì)的局限性和裝置的老化日益凸顯[1]，技改隨之提上該公司的重要議程。

1 精餾工段工藝流程

盛隆一期10萬t/a焦?fàn)t煤氣制甲醇建成投產(chǎn)時精餾工段工藝流程示意圖見圖1。

從甲醇合成工段來的粗甲醇，溫度40℃，壓力0.4 MPa，進(jìn)入粗甲醇儲槽，經(jīng)粗甲醇泵進(jìn)入預(yù)熱器，預(yù)熱至70℃左右，進(jìn)入預(yù)精餾塔（簡稱預(yù)塔）32層、34層、36層塔板。為中和粗甲醇中的酸性物質(zhì)，用堿液泵向預(yù)塔內(nèi)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH水溶液。從預(yù)塔塔頂出來的氣體溫度（74±3）℃，壓力0.02 MPa～0.05 MPa，經(jīng)預(yù)塔冷凝器Ⅰ和預(yù)塔冷凝器Ⅱ用循環(huán)水分級冷凝后，溫度降至60℃以下，冷凝下來的甲醇溶液收集在預(yù)塔回流槽內(nèi)，通過預(yù)塔回流泵加壓后，從預(yù)塔上部進(jìn)入到預(yù)塔內(nèi)。

預(yù)塔再沸器的熱源為低壓蒸汽。預(yù)塔冷疑器Ⅱ中不凝氣、預(yù)塔塔頂少量的弛放氣和各塔頂部氣體管線上安全閥后的排放氣體，均通入排放槽。回收的甲醇液自流入地下槽內(nèi)。

從預(yù)塔塔底出來脫除輕組分后的預(yù)后甲醇，溫度為（70±2）℃，用預(yù)后甲醇泵抽出，送入加壓精餾塔8層、10層、12層塔板。加壓精餾塔的操作壓力為0.6 MPa±0.05 MPa，塔底由再沸器加熱，使塔底料液維持在135℃±5℃，從加壓精餾塔塔頂出來的甲醇蒸汽在常壓塔再沸器中冷凝，釋放的熱量用來加熱常壓塔中的物料。常壓塔再沸器出口的甲醇冷凝液流入加壓回流槽，一部分由加壓塔回流泵在流量控制下送回加壓精餾塔上部作回流，另一部分作為成品甲醇，依次經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器和精甲醇冷卻器冷卻到40℃以下，送精甲醇中間槽?？刂萍訅壕s塔塔釜的液面，使過剩的產(chǎn)物在135℃±5℃進(jìn)入常壓塔18層、22層、26層塔板，常壓塔底部產(chǎn)物在107℃±4℃和0.03 MPa條件下，由加壓精餾塔頂產(chǎn)物的冷凝熱再沸。離開常壓塔頂?shù)恼羝?3℃±4℃，在常壓塔頂冷凝器冷卻至45℃±5℃后，送到常壓塔回流槽，用常壓塔回流泵將其中一部分精甲醇液在流量控制下送回常壓塔上部作回流，其余部分作為精甲醇產(chǎn)品送入精甲醇中間槽，經(jīng)分析合格后，通過精甲醇泵送入成品罐區(qū)貯存。常壓塔底的產(chǎn)物大部分是水，含有微量的甲醇和高沸點(diǎn)雜質(zhì)，為防止高沸點(diǎn)的雜醇混入到精甲醇產(chǎn)品中，在常壓塔的下部有雜醇采出，溫度85℃±2℃，經(jīng)雜醇冷卻器冷卻到40℃后，靠靜壓送到雜醇貯槽，再通過雜醇泵，送到成品罐區(qū)雜醇貯槽貯存[2]。

從常壓塔底部排出的殘液溫度107℃±4℃，壓力約0.03 MPa，由殘液泵送入殘液冷卻器，冷卻到40℃后，送污水處理站生化處理或作為萃取液送至粗甲醇槽。來自各個排放點(diǎn)的污甲醇排入到地下槽，經(jīng)地下槽液下泵送入粗甲醇貯槽。開車時或事故狀態(tài)下，經(jīng)分析精甲醇中間槽內(nèi)不合格的甲醇，通過精甲醇泵送到粗甲醇貯槽。

2 甲醇精餾工段的技術(shù)改造

2.1 精餾再沸器由低壓蒸汽加熱改造為轉(zhuǎn)化氣加熱

2.1.1 改造背景

一期精餾項(xiàng)目因是12年前建成投產(chǎn)的項(xiàng)目，通過十余年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)其工藝、裝置的缺陷、弊端有：

（1）一期甲醇精餾預(yù)塔再沸器和加壓塔再沸器建成投產(chǎn)時，生產(chǎn)使用低壓蒸汽加熱（低壓蒸汽來自廠區(qū)低壓蒸汽管網(wǎng)，管網(wǎng)蒸汽不足時需使用中壓蒸汽減溫減壓裝置進(jìn)行補(bǔ)充），目前正常生產(chǎn)時粗甲醇系統(tǒng)進(jìn)料量在16 m3/h～18 m3/h，僅精餾工段消耗蒸汽就在13 t/h～15 t/h，系統(tǒng)蒸汽消耗量較大。

（2）一期精餾再沸器使用大量低壓蒸汽加熱，產(chǎn)生的蒸汽冷凝液較多，每小時外送約10 t的蒸汽冷凝液，其中一部分進(jìn)入了化產(chǎn)車間脫硫系統(tǒng)作為溶堿軟水使用，剩余的大部分作為其他工段蒸發(fā)補(bǔ)水或者直接排入整個廠區(qū)系統(tǒng)的循環(huán)水池。且因整個冷凝液管網(wǎng)管線距離較長，冷凝液的回收利用率較低，浪費(fèi)較大。同時轉(zhuǎn)化氣余熱被循環(huán)水吸收，涼水塔負(fù)荷加大，熱能也被浪費(fèi)掉。

（3）一期甲醇轉(zhuǎn)化工段鍋爐給水預(yù)熱器后轉(zhuǎn)化氣溫度為150℃～200℃，進(jìn)入第一水冷器采用循環(huán)水冷卻，溫度降至30℃～40℃，由于溫差較大，容易造成第一水冷器管束泄漏[3]。日常運(yùn)轉(zhuǎn)中第一水冷器的管程堵漏工作耗費(fèi)了大量的人力、物力和資金，同時也給整個甲醇裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)埋下了巨大隱患?，F(xiàn)行工藝條件下該設(shè)備使用周期較短，目前一年就要更換一次第一水冷器，設(shè)備消耗費(fèi)用增加。

改造前再沸器加熱工藝流程示意圖見圖2。

2.1.2 技改實(shí)施及效果

一期精餾改造利用轉(zhuǎn)化氣代替蒸汽作為再沸器的熱源，新增加了2臺再沸器、轉(zhuǎn)化氣第一分離器、轉(zhuǎn)化氣第二分離器共計(jì)4臺設(shè)備，改造后再沸器加熱工藝流程示意圖見圖3。2018年7月份完成了該項(xiàng)目的技術(shù)改造工程，目前該工段運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

圖3 改造后再沸器加熱工藝流程示意圖

（1）項(xiàng)目改造完成后，預(yù)塔再沸器可以全部使用轉(zhuǎn)化氣加熱，改造后預(yù)塔基本上不用外補(bǔ)低壓蒸汽，轉(zhuǎn)化氣的熱量足夠?yàn)槠涮峁嵩?；加壓精餾塔實(shí)際蒸汽消耗約8 t/h，即在原有粗甲醇進(jìn)料量不變的情況下，改造后兩塔目前實(shí)際消耗蒸汽共8 t/h（未改造前兩塔共消耗低壓蒸汽約15 t/h），精餾工段一次性節(jié)約低壓蒸汽7 t/h，每年按8 000 h實(shí)際生產(chǎn)時間、每噸低壓蒸汽160元進(jìn)行結(jié)算，年實(shí)際節(jié)約費(fèi)用：160×7×8 000=896萬元。

（2）采用轉(zhuǎn)化氣代替蒸汽加熱，減少了蒸汽冷凝液的產(chǎn)生量，整個管網(wǎng)的水平衡得以進(jìn)一步完善。原來大量富余的蒸汽冷凝液進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)水池，擾亂了循環(huán)水池的熱平衡。特別是夏季溫度較高，原本循環(huán)水池風(fēng)機(jī)的負(fù)荷就較大，進(jìn)出水溫差相比較小，大量蒸汽冷凝液的注入進(jìn)一步加重了循環(huán)水風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，致使循環(huán)水池出水溫度指標(biāo)超標(biāo)，給其他工段帶來了潛在的隱患。技改后循環(huán)水池不再通入蒸汽冷凝液，減輕了循環(huán)水池涼水塔的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（3）采用轉(zhuǎn)化氣代替蒸汽加熱，減少蒸汽用量的同時，降低了轉(zhuǎn)化氣溫度，原第一水冷器前后溫差較高，達(dá)到120℃～160℃，設(shè)備容易泄漏，技改后通過第一水冷器的溫差只有50℃，溫差明顯降低，設(shè)備的換熱負(fù)荷也顯著降低，充分提高了整個系統(tǒng)的換熱效率。另外，消除了因溫差較大導(dǎo)致設(shè)備損耗嚴(yán)重的弊端，減少了設(shè)備檢修時間，延長了使用周期。

2.2 利用精餾殘液洗滌不凝氣的改造

2.2.1 改造背景

甲醇精餾生產(chǎn)中會在設(shè)備上部集聚不凝氣[4]，現(xiàn)在盛隆化工一期精餾不凝氣處置方式為現(xiàn)場高空排空，對環(huán)境造成了一定的污染。另外，精餾殘液去生化水處理系統(tǒng)，水處理費(fèi)用為28元/m3，成本較高，在當(dāng)前節(jié)能減排增效的管理模式下，急需用一種新型工藝來對廢氣、廢液進(jìn)行處理。

通過對殘液和廢氣成分的研究，發(fā)現(xiàn)廢氣（不凝氣成分組成見表1）、廢液里面含有很多可以回收的液體和氣體。液體成分可以回收外賣，未吸收的氣體多數(shù)為CO2，可以給甲醇生產(chǎn)原料氣補(bǔ)充碳成分，從而進(jìn)一步提高甲醇產(chǎn)量。

表1 精餾工段不凝氣的組分分析%

精餾工段不凝氣流量為80 m3/h～100 m3/h，殘液流量在3 m3/h～5 m3/h，殘液中 H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98.5%、CH3OH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%、高沸點(diǎn)醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1%。不凝氣和殘液中的醇類、醚類物質(zhì)可作為燃料的添加劑。經(jīng)過長期試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用精餾殘液來洗滌不凝氣，可以實(shí)現(xiàn)較好的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過洗滌，現(xiàn)場的不凝氣得以回收，避免了粗放式的直接對空外排，洗滌后的液體可以以雜醇或燃料添加劑（燃料油）半成品外賣，如果醇含量高時也可以以粗甲醇的形式外售。

2.2.2 工藝流程

利用精餾殘液洗滌不凝氣工藝流程示意圖見圖4。

圖4 精餾殘液洗滌不凝氣工藝流程示意圖

液體流程：常壓塔底部出來的殘液，經(jīng)殘液泵加壓、殘液冷卻器冷卻后，進(jìn)入回收塔頂部進(jìn)行噴淋，與排放槽來的不凝氣體進(jìn)行逆流接觸，在回收塔塔底設(shè)置一臺回流泵，以此來提高純度，回流泵出口設(shè)置兩路：一路去回收塔塔頂參與回流；另一路直接去排放槽，由排放槽經(jīng)泵打入雜醇貯槽，以雜醇或燃料油進(jìn)行外售，醇含量高時也可以直接回收至粗甲槽（此路可以備用）。

氣體流程：不凝氣經(jīng)排放槽后直接進(jìn)入回收塔底部，與回收塔頂部下來的殘液進(jìn)行逆流接觸，回收不凝氣里的甲醇、二甲醚等可燃?xì)怏w后，剩余的大部分（氣體成分約為 CO2：63.3%、CO：5.2%、H2：15.6%、N2：6.09% 、CH4：4.11% 、CH3OH：1.2% 、（CH3）2O：2.3% 、H2O：2.2%）進(jìn)入氣柜入口，給焦?fàn)t煤氣補(bǔ)充碳原子，從而進(jìn)一步回收氣體的碳原子，實(shí)現(xiàn)不凝氣體不直接排空。

2.2.3 技改進(jìn)程

該項(xiàng)目已完成小試試驗(yàn)，相關(guān)設(shè)計(jì)院正在根據(jù)小試階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行中試項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)，各項(xiàng)準(zhǔn)備工作正在有序開展。按照不凝氣每天可以回收含醇液體約為1 t，每年按生產(chǎn)有效天數(shù)330 d，每出售1 t洗滌液按均價(jià)1 500元計(jì)算，每年保守估計(jì)可增創(chuàng)效益1×330×1 500=49.5萬元。

預(yù)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施后，盛隆化工有限公司將增加輸出產(chǎn)品的數(shù)量，為該公司創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 語

盛隆化工有限公司一期焦?fàn)t煤氣制甲醇精餾工段技術(shù)改造項(xiàng)目優(yōu)化了工藝流程，彌補(bǔ)了前期設(shè)計(jì)的不足，有效提高了精餾前期轉(zhuǎn)化氣熱量的使用效率，解決了轉(zhuǎn)化氣第一水冷器由于進(jìn)出口溫差大容易引起泄漏的隱患，節(jié)約了低壓蒸汽，避免了由于更換設(shè)備帶來的停產(chǎn)損失。通過殘液洗滌精餾不凝氣，解決了精餾不凝氣對空排放污染環(huán)境的弊端，洗滌后的不凝氣冷凝液可以以燃料油、雜醇或粗甲醇多種形式進(jìn)行回收，變廢為寶，增加了公司的產(chǎn)品效益。