羰基法醋酸生產(chǎn)中蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化

張幸磊

(河南龍宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

目前,國內(nèi)醋酸生產(chǎn)常采用甲醇低壓羰基合成工藝，該工藝具有技術(shù)先進(jìn)、反應(yīng)條件溫和、甲醇生成醋酸的選擇率和轉(zhuǎn)化率均較高、精制系統(tǒng)工藝簡單、流程緊湊等特點。河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)醋酸生產(chǎn)裝置主要包括反應(yīng)系統(tǒng)、反應(yīng)液冷卻及冷凝液回收系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)等。生產(chǎn)醋酸的主要物料為CH3OH和CO，CH3OH和CO在催化劑的作用下，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行低壓羰基化反應(yīng)生產(chǎn)醋酸，生產(chǎn)的醋酸與反應(yīng)液為混合物形態(tài)，經(jīng)過降壓進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，蒸發(fā)出的粗醋酸輸送至精餾區(qū),分步精餾提純，最終可得到純度99.85%以上的產(chǎn)品醋酸。

1 蒸汽系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化

1.1 蒸汽規(guī)格及用戶使用特點

龍宇煤化工醋酸裝置共涉及4種規(guī)格的蒸汽，其中3種為公用物料管網(wǎng)提供，1種為裝置內(nèi)部減壓自產(chǎn)，其主要參數(shù)見表1。

中壓蒸汽、次中壓蒸汽、低壓蒸汽均由公用工程管網(wǎng)提供，次低壓蒸汽通過醋酸裝置內(nèi)設(shè)置的低壓降溫減壓器，將低壓蒸汽減溫減壓后產(chǎn)生。

表1 蒸汽規(guī)格

1.2 當(dāng)前存在的問題

由于醋酸裝置處于生產(chǎn)工序的下游，裝置布置距離鍋爐較遠(yuǎn)，蒸汽輸送管線距離較長，因此,在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)流量波動、壓力不穩(wěn)定等狀況，這其中影響最為明顯的是分離塔再沸器蒸汽流量，蒸汽的波動導(dǎo)致分離塔塔釜溫度的波動，進(jìn)而導(dǎo)致自分離塔進(jìn)入精制塔物料組成的波動，最終表現(xiàn)為產(chǎn)品中水含量和丙酸含量的不穩(wěn)定乃至增長。

表2 1.7MPa(g)蒸汽主要用戶表

表2統(tǒng)計了1.7MPa(g)蒸汽主要用戶情況，精餾區(qū)三塔的再沸器為主要用戶。由于次中壓蒸汽管網(wǎng)是熱電裝置通過中壓蒸汽減溫、減壓后建立，管網(wǎng)分別供空分裝置和醋酸裝置使用?？辗盅b置使用該蒸汽用于分子篩再生氮氣加熱，用量約10t/h，通過分子篩程控控制，間斷使用，投用及退出在短時間內(nèi)完成操作。而醋酸裝置處于管網(wǎng)末端，距離空分裝置約300 m，距離較遠(yuǎn)。上述原因?qū)е麓沃袎赫羝芫W(wǎng)運行不穩(wěn)定，在分子篩再生用氣時，極易導(dǎo)致管用蒸汽供應(yīng)不足。而根據(jù)表2，由于分離塔再沸器進(jìn)汽阻力損失最大(壓差最小)，對該塔運行的影響最為明顯。

1.3 優(yōu)化的措施

通過分析，可知以上問題主要是由次中壓蒸汽管網(wǎng)的波動導(dǎo)致，優(yōu)化的措施從以下3個方面實施。

(1)增加輔助汽源(見圖1中①)。利用龍宇煤化工甲醇合成裝置汽包副產(chǎn)蒸汽作為輔助汽源，直接輸送至醋酸裝置界區(qū)使用。

(2)增加穩(wěn)壓汽源(見圖1中②)。醋酸裝置內(nèi)的中壓減溫減壓器，僅在裝置開停車期間使用，可利用該設(shè)備，增設(shè)連通管線，將中壓蒸汽減壓后輸送至次中壓蒸汽管網(wǎng)，當(dāng)主管網(wǎng)出現(xiàn)蒸汽波動時，通過自控及時補充5～10t/h蒸汽，穩(wěn)定管網(wǎng)。優(yōu)化后的蒸汽管網(wǎng)示意見圖1。

圖1 優(yōu)化后蒸汽系統(tǒng)示意

(3)對次中壓蒸汽總管減溫減壓閥PID參數(shù)進(jìn)行重新整定，增加積分量，消除管線過長導(dǎo)致的參數(shù)滯后的影響。

通過實施這些措施，消除了管網(wǎng)波動頻繁的情況。

2 蒸汽系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

龍宇煤化工醋酸裝置設(shè)計噸醋酸蒸汽單耗1.2t/t，遠(yuǎn)高于國際先進(jìn)指標(biāo)，導(dǎo)致了醋酸生產(chǎn)成本偏高。甲醇羰基化生產(chǎn)醋酸的反應(yīng)本身為放熱反應(yīng)(放熱量2265.1kJ/kg·HAc)，反應(yīng)熱通過循環(huán)水間接移除，精餾區(qū)各再沸器產(chǎn)生的高溫冷凝液，也通過循環(huán)水降溫后外送，這些都導(dǎo)致了能量的浪費，需要合理利用。

2.1 增加廢熱鍋爐

龍宇煤化工醋酸裝置反應(yīng)熱移除主要通過反應(yīng)液循環(huán)冷卻泵P201和冷卻器E201實現(xiàn)，來自反應(yīng)器溫度約為193 ℃的反應(yīng)液，通過P201泵加壓后輸送至E201管程，與殼程內(nèi)的低溫冷凝液換熱后，溫度減至約150 ℃，然后返回反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)使用。被加熱后的低溫冷凝液，溫度由60 ℃上升至95 ℃左右，返回至低溫凝液罐內(nèi)，與回收自精餾區(qū)的高溫冷凝液混合后，通過冷凝液輸送泵P202加壓，大部分送至冷凝液冷卻器E203殼程內(nèi)，與管程內(nèi)的循環(huán)水換熱后降溫至60 ℃左右，然后送入E201換熱，少部分外送(見圖2)。

圖2 優(yōu)化后蒸汽系統(tǒng)示意

通過在P201泵出口管線上設(shè)置廢熱鍋爐E204(見圖2虛線部分)，將約193 ℃的反應(yīng)液，首先送入E204管程內(nèi)，加熱殼程內(nèi)的鍋爐水產(chǎn)生0.5MPa蒸汽，反應(yīng)液降溫至約160 ℃，然后再進(jìn)入冷卻器E201管程內(nèi)，調(diào)節(jié)至所需的溫度，此舉一方面回收反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽，另一方面通過廢熱鍋爐利用一部分反應(yīng)熱，可間接降低E203的循環(huán)水用量，一舉兩得。

計算時，考慮熱效率及損失，反應(yīng)液進(jìn)廢鍋溫度按照191 ℃計算，出廢鍋溫度按照171 ℃計算，流量500 000kg/h，平均比熱0.634 3kcal/kg· ℃，則產(chǎn)生熱量：Q=500 000×0.634 3×(191-171)=6 343 000kcal/h。

0.5MPa(g)蒸汽汽化熱為499.4kcal/kg，則對應(yīng)可生產(chǎn)的蒸汽量為：F=6343 000/499.4=127 00kg/h=12.7t/h。

即通過廢熱鍋爐回收熱量，可實現(xiàn)副產(chǎn)0.5MPa蒸汽12.7t/h。

2.2 高溫冷凝液閃蒸

按照表2中數(shù)據(jù)，精餾區(qū)各塔再沸器產(chǎn)生大量的高溫冷凝液，通過增加高溫凝液罐，將這部分高溫冷凝液收集至高溫凝液罐，在高溫凝液罐頂部設(shè)置氣相管線連通至0.3MPa蒸汽管網(wǎng)，回收高溫凝液閃蒸出的蒸汽，供伴熱系統(tǒng)使用(見圖3中③)。同時將0.3MPa蒸汽管網(wǎng)引出一路至冷水機(jī)組，可在伴熱系統(tǒng)停用時，將這部分閃蒸蒸汽作為冷水機(jī)組的汽源使用(見圖3中④)。閃蒸出蒸汽后的高溫凝液，作為凝液回收再送入低溫凝液罐。實際運行中，通過該項措施，一方面可減少0.8MPa蒸汽消耗約2.5t/h，另一方面可再次間接降低E203的換熱負(fù)荷，減少循環(huán)水用量。

圖3 高溫冷凝液系統(tǒng)

2.3 反應(yīng)液體系的優(yōu)化

通過對反應(yīng)液體系進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整反應(yīng)液系統(tǒng)組成，將反應(yīng)液水含量降低至6%～7%，將系統(tǒng)總碘含量降低至20%～25%，使反應(yīng)液體系中醋酸含量增加至70%，進(jìn)而降低了進(jìn)入精餾區(qū)粗醋酸中水、碘的含量，從根本上降低精餾區(qū)處理負(fù)荷。通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，此舉使噸醋酸的次中壓蒸汽單耗減低至1.0t/t。

綜上所述，若考慮廢熱鍋爐回收的冷凝液及高溫冷凝液閃蒸回收的冷凝液，通過這些措施的實施，可實現(xiàn)噸醋酸蒸汽綜合消耗0.75t/t左右，相比原設(shè)計值實現(xiàn)了大幅度降低，按照GB 29437-2012工業(yè)冰醋酸單位產(chǎn)品能源消耗限額折算醋酸綜合能耗EZH=107.6kgce/t，基本與該標(biāo)準(zhǔn)中羰基法(年產(chǎn)20萬t醋酸)單位產(chǎn)品綜合能耗先進(jìn)值≤106 kgce/t接近。

3 結(jié)語

龍宇煤化工醋酸裝置自開車運行4年來，通過增加輔助汽源及穩(wěn)壓汽源等措施，穩(wěn)定醋酸裝置所使用的蒸汽管網(wǎng);通過增加廢熱鍋爐回收反應(yīng)熱、高溫冷凝液閃蒸回收低品位熱源,以及通過對反應(yīng)液體系的優(yōu)化等措施，大幅降低了蒸汽系統(tǒng)能耗。這些優(yōu)化措施的實施，對提高醋酸裝置運行穩(wěn)定性、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本大有裨益，可供同類裝置建設(shè)或生產(chǎn)運行參考借鑒。