精餾常壓塔產(chǎn)品中乙醇超標(biāo)原因分析及解決辦法

張洪偉（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

1 企業(yè)概況

河南龍宇煤化工有限公司甲醇項(xiàng)目于2008年建成投產(chǎn)，甲醇精餾系統(tǒng)技術(shù)工藝是以煤制氣為原料合成粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔分離后得到精甲醇的新節(jié)能型三塔工藝流程開發(fā)的。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力50 萬(wàn)噸∕年精甲醇，產(chǎn)品質(zhì)量符合美國(guó)聯(lián)邦A(yù)A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(O-M-232M)，操作彈性50～125%。生產(chǎn)時(shí)間8000小時(shí)∕年。

2019.8 對(duì)常壓塔進(jìn)行改造：將提餾段填料更換為塔板，設(shè)置側(cè)線采出口，將乙醇從常壓塔側(cè)線采出。改造后裝置運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)常壓塔壓差高，產(chǎn)品乙醇含量高。改造后的流程如下圖所示。

圖1 改造后的流程示意圖

2 甲醇精餾工藝流程

粗甲醇經(jīng)過(guò)充分的預(yù)熱處理后進(jìn)入到預(yù)精餾塔中，位于塔頂部的氣相將粗甲醇中殘留的溶解氣體和低沸物雜質(zhì)，而位于塔釜的甲醇經(jīng)過(guò)加壓處理后進(jìn)一步流入到加壓精餾塔中。在加壓精餾塔中，甲醇?xì)怏w依次經(jīng)過(guò)冷凝器和再沸器，回收其中的熱量后變?yōu)橐后w，其中的一部分繼續(xù)進(jìn)行回流，而另一部分則作為產(chǎn)品進(jìn)入到甲醇貯槽中，然后流入到精餾常壓塔中。常壓塔中抽出一股物料送至汽提塔汽提，塔頂氣相冷凝后，一部分回流至汽提塔，一部分作為產(chǎn)品采出。

3 甲醇精餾裝置運(yùn)行中存在的問(wèn)題

在開車初期，隨著甲醇生產(chǎn)負(fù)荷的不斷增加，精餾常壓塔裝置逐步加量，當(dāng)其采出負(fù)荷增加到80%時(shí)，精餾常壓塔所采出的甲醇中乙醇雜質(zhì)含量急劇上漲，超出了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，一度超過(guò)了200×10-6。乙醇含量超標(biāo)會(huì)對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)工作造成嚴(yán)重影響，因此，需要對(duì)精餾常壓塔的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究，并采取有針對(duì)性的改善措施。

4 精餾常壓塔產(chǎn)品中乙醇含量的影響因素

4.1 甲醇合成反應(yīng)的工藝條件

甲醇合成系統(tǒng)操作條件對(duì)于甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量具有非常重要的影響，甲醇合成主副反應(yīng)的特點(diǎn)相似，一是反應(yīng)后體積縮小，二是可逆反應(yīng)，整個(gè)合成過(guò)程始終處于一種平衡狀態(tài)，三是放熱反應(yīng)。當(dāng)合成塔入口處氣體組份中的碳?xì)浔?、系統(tǒng)壓力以及CH4等惰性氣體含量控制不合理，就會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，從而使粗醇中乙醇等副反應(yīng)產(chǎn)物含量增加，當(dāng)其超過(guò)精餾粗醇進(jìn)料中的乙醇含量設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)造成甲醇產(chǎn)品中的雜質(zhì)乙醇含量增加，嚴(yán)重影響甲醇的純度。

4.2 精餾常壓塔側(cè)線采出位置不合適

對(duì)于甲醇精餾系統(tǒng)而言，為了能夠進(jìn)一步提高甲醇的提取率，確保甲醇產(chǎn)品的采出質(zhì)量符合要求，在精餾常壓塔設(shè)計(jì)相應(yīng)的側(cè)線采出，主要采出其中的乙醇和異丙醇等高級(jí)醇，將甲醇中的雜質(zhì)含量控制在合理的范圍內(nèi)。由于粗甲醇中的成分在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生變化，為了能夠滿足不同生產(chǎn)負(fù)荷條件下的操作要求，需要將側(cè)線采出設(shè)置在不同位置的塔板上。通過(guò)大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明，側(cè)線采出的位置和采出量會(huì)對(duì)甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生非常重要的影響。當(dāng)精餾常壓塔的負(fù)荷發(fā)生較大的波動(dòng)，如果沒有及時(shí)對(duì)側(cè)線采出位置和采出量進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，就會(huì)造成甲醇中的雜質(zhì)含量過(guò)高，進(jìn)而影響甲醇生產(chǎn)工作的順利開展。

4.3 精餾系統(tǒng)操作條件和工藝指標(biāo)控制不當(dāng)

在甲醇精餾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合粗甲醇成分和含量的變化情況，對(duì)精餾常壓塔的進(jìn)料和采出進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，并且還要隨著精餾塔負(fù)荷的變化，對(duì)進(jìn)料和采出位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，進(jìn)而為甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量提供可靠保障，若此時(shí)調(diào)節(jié)不及時(shí)就會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)乙醇的含量過(guò)高。同時(shí)，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，回流比的調(diào)整幅度不宜過(guò)大，當(dāng)回流比超過(guò)正常范圍后，會(huì)造成精餾常壓塔的汽、液負(fù)荷增加，當(dāng)其超過(guò)精餾塔允許的工作彈性后，塔盤中的汽液平衡就會(huì)被打破，進(jìn)而造成液泛?jiǎn)栴}，最終導(dǎo)致甲醇中的乙醇含量過(guò)高。

5 精餾常壓塔產(chǎn)品中乙醇超標(biāo)的改善措施

本次開車正常后精餾負(fù)荷80%，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)合格；停車前負(fù)荷80%產(chǎn)品乙醇不合格，乙醇含量為1500ppm 左右，兩工況進(jìn)行對(duì)比：

常壓塔檢修前和檢修后運(yùn)行情況，常壓塔回流調(diào)節(jié)閥檢修前和檢修后開度相差為0.5個(gè)開度，回流量相差2M3∕H，變化基本上不大；精餾段壓差明顯比以前下降很多（PI15553-PI15506為精餾段壓差），壓差為22KPa；壓差為5KPa；塔盤段壓差比檢修前有所上漲；塔中段溫度比檢修前整體低3℃，塔底溫度保持未變，塔釜組分檢修前為甲醇7%左右，檢修后為甲醇1%，說(shuō)明塔釜組份甲醇有所下降；塔側(cè)采采出前后變化不大，目前側(cè)采乙醇含量為1.5%左右，離設(shè)計(jì)要求20%有很大差距。

通過(guò)本次常壓塔運(yùn)行情況，結(jié)合檢修處理問(wèn)題來(lái)看，常壓塔前段時(shí)間存在以下問(wèn)題：

（1）常壓塔精餾段壓差高，主要是第二和三段填料下放收集器脫落，脫落的收集器大部分掉入新技改的塔盤兩側(cè)溢流堰槽內(nèi)，阻擋了液體下流，使第18塊塔盤積液，造成淹塔；

（2）大修時(shí)常壓塔內(nèi)部改造，塔內(nèi)碳鋼部件長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸，產(chǎn)生大量銹渣，這些銹渣會(huì)附著在填料表面造成填料堵塞塔壓差上漲；

（3）大量的收集器脫落可能會(huì)導(dǎo)致，下降混合液體不能被收集到收集槽內(nèi)通過(guò)分布器有效的分布，降低了塔內(nèi)甲醇組分不能有效的分離，造成產(chǎn)品乙醇含量高；

（4）大量的銹渣堵塞分布器下液孔，是分布器失去作用，造成混合液分離效果差，導(dǎo)致產(chǎn)品乙醇含量高。

目前常壓塔操作要點(diǎn)：

（1）在產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)合格情況下，盡量減小回流；

（2）塔釜溫度控制98度以上，降低塔釜液中甲醇含量；

（3）開車時(shí)或者加減負(fù)荷時(shí)蒸汽調(diào)整不宜過(guò)快，過(guò)大的氣速會(huì)沖壞收集器；

（4）PI15506 壓力控制2kpa，防止壓力波動(dòng)過(guò)大影響分離效果；

（5）停車時(shí)保證常壓塔為正壓，嚴(yán)禁出現(xiàn)負(fù)壓。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，精餾常壓塔作為甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其對(duì)于甲醇的生產(chǎn)質(zhì)量具有十分重要的影響。通過(guò)對(duì)甲醇的精餾工藝流程和乙醇含量的影響因素進(jìn)行比較深入的分析研究，針對(duì)乙醇超標(biāo)問(wèn)題提出了具有一定針對(duì)性的改善措施，有助于將乙醇含量控制在科學(xué)合理的范圍內(nèi)，為甲醇生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供可靠保障。