雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝的應(yīng)用及優(yōu)化

朱海軍

摘 要：甲醇是化工生產(chǎn)的重要原材料，其在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)屬于先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，能夠在成本穩(wěn)定、設(shè)備投資不高的情況下獲得高質(zhì)量的甲醇產(chǎn)品。本文首先介紹了雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)的原理與基本特征，其次探討了雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用途徑，最后分析了技術(shù)升級(jí)革新的策略，希望可以有效提升技術(shù)應(yīng)用水平，促進(jìn)行業(yè)的穩(wěn)定高速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：雙塔并聯(lián);甲醇合成;技術(shù)優(yōu)化

雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)是近些年來(lái)行業(yè)內(nèi)較為熱門(mén)的甲醇生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用不但可以為企業(yè)節(jié)約大量的成本，同時(shí)也可以基于常規(guī)反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行參數(shù)技術(shù)調(diào)整，從而獲得更高的效益，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。為了進(jìn)一步探討雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)的革新策略，現(xiàn)就技術(shù)特征分析如下。

1 雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝概述

1.1 基本合成原理

雙塔并聯(lián)式甲醇合成技術(shù)是基于甲醇基本合成原理衍生而來(lái)的技術(shù)類(lèi)型。甲醇合成本身屬于多相催化反應(yīng)，其同時(shí)也是一種能夠放出大量熱量的可逆反應(yīng)。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，不但可以產(chǎn)生大量的主產(chǎn)物甲醇，同時(shí)也能夠獲得豐富的副產(chǎn)物，包括烴類(lèi)副產(chǎn)物以及其他類(lèi)型的有機(jī)物。在大多數(shù)情況下，其轉(zhuǎn)化效率與工藝技術(shù)水平密切相關(guān)，而一氧化碳、二氧化碳的轉(zhuǎn)化率往往達(dá)不到100%，所以反應(yīng)過(guò)程完成后還需要進(jìn)行氣體的分離，以此來(lái)提升合成氣的氣體純度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原材料的回收利用，滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求。

1.2 主要設(shè)備與技術(shù)特征

雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)實(shí)施過(guò)程中需要借助于合成塔、預(yù)熱器、氣泡、水冷器以及分離器等多種類(lèi)型的設(shè)備共同完成生產(chǎn)任務(wù)。從技術(shù)特征的角度上來(lái)看，雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的合理利用，同時(shí)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)也十分便捷，可以隨時(shí)對(duì)熱點(diǎn)、靈敏點(diǎn)進(jìn)行控制。除此之外，催化劑應(yīng)用過(guò)程中，由于原料氣本身的毒性會(huì)通過(guò)絕熱層進(jìn)行吸附，所以大多數(shù)的毒性都不會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生影響，從而有效提升了催化劑的壽命，延長(zhǎng)了運(yùn)作的時(shí)間。另外，由于技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)，該技術(shù)獲得的產(chǎn)品也具有不錯(cuò)的生產(chǎn)質(zhì)量，更容易獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝的應(yīng)用概況

雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)在本項(xiàng)目中應(yīng)用多年，最早引進(jìn)于2009年，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)負(fù)荷為125%，隨著年份的增加，設(shè)計(jì)負(fù)荷不斷增加，多年來(lái)均處于超負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)，但是采取了雙塔并聯(lián)的模式，技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)，操作的彈性區(qū)間較大，所以系統(tǒng)阻力沒(méi)有發(fā)生明確的變化。根據(jù)國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于甲醇生產(chǎn)產(chǎn)品的乙醇含量具有明確的要求，不得超過(guò)50x10-6，產(chǎn)品質(zhì)量完全能夠達(dá)到預(yù)定的要求。在催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度與時(shí)空產(chǎn)率等方面，同樣可以滿足企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的客觀需求。雙塔并聯(lián)甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)甲醇副產(chǎn)合理控制的方式確保再沸器的加熱水平，再次將富裕的蒸汽送入到管網(wǎng)當(dāng)中，從而達(dá)到系統(tǒng)綜合利用的效果。在生產(chǎn)實(shí)踐中，需要考慮到溫度、壓力、空速等多個(gè)方面的影響因素，從而確保生產(chǎn)的整體效益。本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中依然出現(xiàn)不少問(wèn)題，需要進(jìn)行技術(shù)革新與調(diào)整，包括傳統(tǒng)的水冷技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中內(nèi)部管路結(jié)垢后導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，影響生產(chǎn)安全。乙醇含量的控制標(biāo)準(zhǔn)不穩(wěn)定，偶爾會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題、空冷器并聯(lián)設(shè)置不到位等情況，采取技術(shù)革新均以解決。

3 雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝的優(yōu)化策略

雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要面對(duì)各種操作問(wèn)題與技術(shù)難點(diǎn)，主要通過(guò)如下幾個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)化途徑予以改善。

3.1 空冷串水冷技術(shù)

傳統(tǒng)的冷卻生產(chǎn)模式對(duì)采取水作為冷卻介質(zhì)，但是由于這樣的方式需要較大的用水量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的污水，嚴(yán)重影響環(huán)境，甚至?xí)?duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成影響。隨著近些年來(lái)雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用空冷技術(shù)代替水冷技術(shù)逐漸成為新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式。在這個(gè)過(guò)程中，空氣冷卻器的主要優(yōu)勢(shì)在于維護(hù)成本低、運(yùn)行難度小，同時(shí)由于不需要高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以整體壽命也可以得到延長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益提升顯著。根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究的結(jié)果來(lái)看，我國(guó)許多雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用企業(yè)都存在供水不足的問(wèn)題，所以采取該技術(shù)能夠進(jìn)一步降低水資源的浪費(fèi)，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求。在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，冷卻流程容易受到水溫的影響，為了提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以采取熱量預(yù)熱進(jìn)塔原材料更替的模式，這樣就可以通過(guò)空冷器的管段來(lái)進(jìn)行氣體流量調(diào)整，經(jīng)過(guò)開(kāi)度換熱后滿足溫度控制的要求。

3.2 水冷器并聯(lián)生產(chǎn)技術(shù)

采取單一水冷器進(jìn)行雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)時(shí)會(huì)遇到副產(chǎn)物大量堆積的問(wèn)題，如果不及時(shí)處理，這些副產(chǎn)物會(huì)逐漸附著在內(nèi)壁上導(dǎo)致?lián)Q熱的效率下降，最終會(huì)危害到整個(gè)循環(huán)氣系統(tǒng)的穩(wěn)定安全。除此之外，由于內(nèi)壁的厚度增加，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部管的強(qiáng)度下降，導(dǎo)致部分甲醇?xì)怏w進(jìn)入循環(huán)水的問(wèn)題。一旦出現(xiàn)該問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益下降，甚至還會(huì)導(dǎo)致切氣停車(chē)，嚴(yán)重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)。為了解決該問(wèn)題，僅僅依靠水冷器的技術(shù)改造是不可靠的，必須要添加新的并聯(lián)水冷器，通過(guò)兩臺(tái)換熱同時(shí)運(yùn)行的方式來(lái)確保整體的換熱效果，同時(shí)也可以避免上述提到的單臺(tái)運(yùn)行的問(wèn)題。甲醇系統(tǒng)處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)階段的甲醇合成水冷器無(wú)法達(dá)到高效換熱的實(shí)際要求，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)水冷器循環(huán)不足的問(wèn)題。實(shí)際上，設(shè)計(jì)溫度與運(yùn)行負(fù)荷的條件對(duì)比差異較大，會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物的出現(xiàn)，所以需要增設(shè)等熱負(fù)荷的水冷器來(lái)滿足并聯(lián)的要求。通過(guò)添加該技術(shù)，能夠有效抑制副反應(yīng)的發(fā)生，不但延長(zhǎng)了催化劑的整體壽命，同時(shí)也降低了生產(chǎn)的成本，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 馳放氣的應(yīng)用

馳放氣的應(yīng)用需要基于管網(wǎng)的技術(shù)改造。通過(guò)對(duì)燃燒氣管網(wǎng)實(shí)施技術(shù)改造，可以很好的滿足硫回收尾氣處理的要求。但是在具體的使用過(guò)程中，燃料氣的氨氣含量較高會(huì)導(dǎo)致管線的堵塞問(wèn)題，從而出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停車(chē)，影響生產(chǎn)。實(shí)際上，燃料氣的管線內(nèi)部不存在伴熱反應(yīng)，所以導(dǎo)致其出現(xiàn)堵塞后必須采取獨(dú)立的管網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行，才能夠有效提升運(yùn)行效率。采用馳放氣的添加技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化，燃料氣的副產(chǎn)量能夠滿足要求，經(jīng)過(guò)技術(shù)論證后確定甲醇合成副產(chǎn)的減壓效果。

3.4 乙醇含量科學(xué)控制

隨著近些年來(lái)甲醇市場(chǎng)的擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量逐漸成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于甲醇下游產(chǎn)品而言，高端的產(chǎn)品需求要與產(chǎn)品質(zhì)量相互匹配。然而，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中一日按存在乙醇含量較高的問(wèn)題，這也是限制我國(guó)甲醇產(chǎn)品價(jià)格的重要限制因素。為了實(shí)施科學(xué)的乙醇含量控制，就必須要做好氣體成分的管理，包括合成塔的碳?xì)浔瓤刂埔约凹状挤蛛x器的出口溫度控制等等。除此之外，對(duì)馳放氣的氣體量進(jìn)行調(diào)整，做好萃取水量的控制等工序也可以滿足乙醇控制的要求，進(jìn)一步改善精制質(zhì)量，確保甲醇的整體純凈度。

4 總結(jié)

綜上所述，雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)在甲醇工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，相比于其他類(lèi)型的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)的穩(wěn)定性強(qiáng)，收益高，同時(shí)對(duì)于維護(hù)的成本要求較低，能夠適應(yīng)各種不同類(lèi)型的生產(chǎn)環(huán)境。在實(shí)施雙塔并聯(lián)式甲醇合成生產(chǎn)技術(shù)革新與技術(shù)升級(jí)過(guò)程中，需要特別關(guān)注空冷串水冷技術(shù)，并做好馳放氣的綜合應(yīng)用，滿足水冷器并聯(lián)生產(chǎn)要求，實(shí)施乙醇科學(xué)控制，從而最大限度提升經(jīng)濟(jì)效益，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊兆焜.雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝的應(yīng)用及優(yōu)化[D].上海：華東理工大學(xué)，2019.

[2]孫西英，朱敏.雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝運(yùn)行總結(jié)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2013，39（03）：71-73.

[3]張雷.雙塔并聯(lián)式甲醇合成工藝開(kāi)發(fā)與工業(yè)示范[D].上海：華東理工大學(xué)，2011.

[4]應(yīng)衛(wèi)勇，張海濤，馬宏方，房鼎業(yè).管殼外冷-絕熱復(fù)合式甲醇合成反應(yīng)器的應(yīng)用[C].中國(guó)化工學(xué)會(huì).中國(guó)化工學(xué)會(huì)2009年年會(huì)暨第三屆全國(guó)石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術(shù)論壇會(huì)議論文集（上）.中國(guó)化工學(xué)會(huì)：中國(guó)化工學(xué)會(huì)，2009：427-430.

[5]應(yīng)衛(wèi)勇，張海濤，馬宏方，房鼎業(yè).管殼外冷-絕熱復(fù)合式甲醇合成反應(yīng)器的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2009，28 （S1）：419-422.