陜西興化甲醇裝置綜合節(jié)能技改小結(jié)

李軍朝

（陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西興平 713100）

0 引 言

陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱陜西興化）300kt／a甲醇裝置由華陸工程科技有限責(zé)任公司進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，甲醇合成系統(tǒng)采用華東理工大學(xué)的“管殼外冷-絕熱復(fù)合式反應(yīng)器”，精餾系統(tǒng)采用 “3＋1”塔精餾工藝。甲醇裝置自2011年10月投運(yùn)以來(lái)，整體運(yùn)行穩(wěn)定，其產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高裝置的運(yùn)行效率，滿足國(guó)家、地方新頒布的相關(guān)安全和環(huán)保法律法規(guī)要求，近年來(lái)陜西興化針對(duì)甲醇裝置運(yùn)行過(guò)程中存在的問題主要實(shí)施了三項(xiàng)技術(shù)改造，以下對(duì)有關(guān)情況作一介紹。

1 甲醇合成膨脹槽閃蒸氣中甲醇的回收

1.1 改造背景

原設(shè)計(jì)甲醇合成膨脹槽閃蒸氣直接送至燃料氣管網(wǎng)燃燒排放，閃蒸氣量約300m3／h，其組分為H232.46%、CO17.18%、CO227.86%、CH43.61%、N25.03%、Ar3.26%、CH3OH 10.19%、H2O 0.41%。閃蒸氣中的甲醇含量高達(dá)10.19%，直接（燃燒）排放不僅造成大量甲醇的浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

1.2 改造原理

任何工況下，甲醇均以3種形態(tài)存在，即液態(tài)甲醇、霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇；不同工況下，3種形態(tài)的甲醇占比不同，一般來(lái)說(shuō)，壓力越高、溫度越低，霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇的占比越低。

傳統(tǒng)的機(jī)械式分離，只能分離液態(tài)甲醇，不能分離霧狀甲醇，更不能分離氣態(tài)甲醇。因此，要想徹底地分離霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇，只能采用吸收法，最好的吸收劑是水，利用甲醇和水可以任意比例互溶的性質(zhì)，用水吸收霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇，使其變成甲醇水溶液，從而達(dá)到將霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇全部分離下來(lái)的目的，而且用水吸收甲醇不會(huì)對(duì)原工況產(chǎn)生不利影響。

1.3 技改思路

新增1臺(tái)閃蒸氣回收塔，將含醇閃蒸氣引至回收塔中部，在回收塔頂部加入脫鹽水 （噴淋），液相（脫鹽水）與氣相逆流接觸，使氣相中的霧狀甲醇和氣態(tài)甲醇得到洗滌，氣相自下而上逐級(jí)凈化，尾氣再送燃料氣管網(wǎng)燃燒以回收熱量；液相則自上而下逐級(jí)提濃，在回收塔塔底得到稀甲醇水溶液，送至甲醇精餾萃取槽作為萃取水回收利用，由此閃蒸氣中的甲醇得以回收。

1.4 閃蒸氣回收塔設(shè)計(jì)方案

據(jù)工藝條件，閃蒸氣回收塔有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)為：入口氣量≤750m3／h，入口溫度≤50℃，入口壓力≤0.6MPa，總阻力≤0.03MPa。

新增的閃蒸氣回收塔規(guī)格為φ600mm×8mm×8500mm；回收塔上部為高效除霧裝置，可將氣相中的甲醇含量降至0.07%以下，確保出口氣中不帶（或盡量少帶）水和醇；中下部為高效復(fù)合塔板，用少量的水將閃蒸氣中的甲醇吸收成濃度為50%以上的甲醇水溶液，分離效率可達(dá)85%以上，用水量?jī)H為70kg／h。閃蒸氣回收塔體積小，操作穩(wěn)定、簡(jiǎn)單，一次調(diào)節(jié)好后無(wú)需專人操作，可長(zhǎng)周期運(yùn)行10a以上，無(wú)需特別的檢修，檢修也只需蒸汽熱洗。

1.5 技改效果

閃蒸氣回收塔投運(yùn)后，洗滌后的閃蒸氣中甲醇含量降至0.07%以下，徹底回收了閃蒸氣中的甲醇，按閃蒸氣量300m3／h計(jì)算，每年可回收甲醇335t，不僅帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且生產(chǎn)環(huán)境和周邊環(huán)境得以改善。

2 膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣的回收

2.1 改造背景

原設(shè)計(jì)甲醇合成弛放氣送至膜分離氫回收系統(tǒng)，經(jīng)膜回收后，滲透氣（氫氣）返回甲醇合成系統(tǒng)繼續(xù)參與反應(yīng)，非滲透氣（尾氣）送至燃料氣管網(wǎng)燃燒以回收熱量。

滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，甲醇合成弛放氣量約5200 m3／h，其組分為H275.30%、CO7.50%、CO22.20%、CH42.00%、N28.30%、Ar4.10%、CH3OH0.63%、H2O0.03%；膜回收后產(chǎn)生的非滲透氣（尾氣）量約1400m3／h，其組分為H239.20%、CO16.00%、CO22.40%、CH47.50%、N223.30%、Ar11.50%、CH3OH 0.02%、H2O 0.02%，即非滲透氣中的有效氣（CO＋H2）含量高達(dá)55.20%，直接送至燃料氣管網(wǎng)燃燒排放不僅造成大量有效氣的浪費(fèi)，而且污染環(huán)境。

2.2 技改思路

陜西興化合成氨裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能為300kt／a，氣化爐所產(chǎn)粗煤氣經(jīng)變換、低溫甲醇洗、液氮洗后得到純凈的氫氣，經(jīng)配氮后，送至氨合成系統(tǒng)，氨合成系統(tǒng)產(chǎn)出的液氨一部分送液氨罐區(qū)，一部分送下游工序供用戶使用。

目前，陜西興化合成氨裝置變換系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、氨合成系統(tǒng)均有部分余量，因此，完全可以利用這一優(yōu)勢(shì)將甲醇裝置膜分離氫回收系統(tǒng)產(chǎn)生的非滲透氣送往合成氨裝置生產(chǎn)液氨，如此一來(lái)，不僅可回收非滲透氣中的有效成分（CO＋H2），增產(chǎn)液氨，而且可減輕非滲透氣直接燃燒排放造成的環(huán)境污染。

2.3 非滲透氣中有效氣回收設(shè)計(jì)方案

為減少投資，將陜西興化原有2臺(tái)閑置壓縮機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造——重新設(shè)計(jì)壓縮機(jī)氣缸及轉(zhuǎn)動(dòng)部件，使其適應(yīng)非滲透氣提壓工況；從膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣出口到壓縮機(jī)入口，再到合成氨裝置變換爐入口，重新配置高壓管道；其配套電機(jī)、油站、換熱器及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)滿足新工況需求，不作變動(dòng)。

改造后的壓縮機(jī)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量4529m3／h，入口壓力4.2～4.5MPa（A），入口溫度40℃，出口壓力6.3MPa（A），出口溫度（冷卻后）40℃，配套電機(jī)功率200kW。

2.4 技改效果

滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，甲醇合成弛放氣量約5200 m3／h、膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣量約1400 m3／h，按回收率85%、噸氨耗氫2000m3計(jì)算，此舉每年可多產(chǎn)液氨1950t，效益非?？捎^。

3 甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能的回收

3.1 技改背景

甲醇精餾系統(tǒng)采用“3＋1”塔精餾工藝，預(yù)精餾塔（簡(jiǎn)稱預(yù)塔）、加壓塔、汽提塔采用1.0MPa、198℃低壓飽和蒸汽加熱，產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液加熱預(yù)塔進(jìn)料后并入冷凝液管網(wǎng)，外排冷凝液溫度高達(dá)128℃，而實(shí)際生產(chǎn)中預(yù)塔塔釜操作溫度約74℃，預(yù)塔進(jìn)料溫度約50℃，顯然，外排冷凝液溫度較高，冷凝液熱量利用不充分。

3.2 技改思路

生產(chǎn)中，甲醇精餾系統(tǒng)外排蒸汽冷凝液溫度高達(dá)128℃，而預(yù)塔塔釜操作溫度約74℃，若能將高溫蒸汽冷凝液的熱量回收用于預(yù)塔釜液加熱，將會(huì)有效減少預(yù)塔蒸汽的用量，這從理論上來(lái)說(shuō)是可行的。

3.3 甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收設(shè)計(jì)方案

預(yù)塔新增1臺(tái)再沸器，與原再沸器并聯(lián)使用，將加壓塔和汽提塔產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液（溫度約130℃）送至預(yù)塔新增再沸器加熱釜液，加熱釜液后回收的冷凝液（溫度約95℃）再送至預(yù)塔進(jìn)料預(yù)熱器，用于將粗甲醇進(jìn)料溫度由35℃提高至65℃；為進(jìn)一步提高傳熱速率，增大原預(yù)塔進(jìn)料預(yù)熱器的換熱面積，以提高預(yù)塔進(jìn)料溫度，保證預(yù)塔泡點(diǎn)進(jìn)料，達(dá)到降低蒸汽消耗、提高蒸汽利用效率的目的。為論證方案的可行性，進(jìn)行如下相關(guān)計(jì)算。

按精甲醇產(chǎn)量1000t／d計(jì)算，加壓塔和汽提塔產(chǎn)生的高溫蒸汽冷凝液量m1＝50.5＋2＝52.5t／h＝52.5×103kg／h，新增預(yù)塔再沸器后，蒸汽冷凝液在再沸器中放出的熱量Q1＝m1·Cp1·△T1＝52.5×103×4.183× （130-95） ＝7.69×106kJ／h［蒸汽冷凝液的定壓比熱容取4.183kJ／（kg·K）］；粗甲醇進(jìn)料量為54×103kg／h，粗甲醇進(jìn)料溫度為35℃，預(yù)熱后的溫度為65℃，預(yù)熱器的熱負(fù)荷Q2＝m2·Cp2·△T2＝54×103×0.58×（65-35）＝0.94×106kJ／h［粗甲醇的定壓比熱容取0.58kJ／（kg·K）］。上述兩項(xiàng)合計(jì)可回收的總熱量Q總＝Q1＋Q2＝7.69×106＋0.94×106＝8.63×106kJ／h，折合蒸汽量為8.63×106÷2725.26＝3167kg／h＝3.167t／h［1.0MPa蒸汽的焓值為2725.26kJ／kg］，即甲醇精餾系統(tǒng)外排高溫蒸汽冷凝液回收利用后，理論上可以減少1.0MPa蒸汽用量3.167t／h。

3.4 技改效果

甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收利用技改項(xiàng)目投用后，在1000t／d精甲醇負(fù)荷下，預(yù)塔進(jìn)料溫度達(dá)到65～66℃，接近泡點(diǎn)進(jìn)料，蒸汽冷凝液外送溫度由130℃降至95℃，蒸汽冷凝液的熱量得到充分回收，預(yù)塔1.0MPa蒸汽用量由技改前的11.0t／h降至技改后的7.5t／h左右，減少約3.5t／h，按年運(yùn)行時(shí)間330d計(jì)算，每年可節(jié)約1.0MPa蒸汽27720t，本項(xiàng)技改的節(jié)能效益非常明顯。

4 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

陜西興化通過(guò)實(shí)施上述三項(xiàng)技改，理論上每年可回收甲醇335t、多產(chǎn)合成氨1950t、節(jié)約低壓飽和蒸汽27720t，按照2019年甲醇價(jià)格2250元／t、液氨價(jià)格2340元／t、飽和蒸汽價(jià)格60元／t計(jì)算，每年可增收（335×2250＋1950×2340＋60×27720）÷10000≈698萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

甲醇合成閃蒸氣中甲醇回收技改，不僅回收了甲醇產(chǎn)品，而且減少了閃蒸氣燃燒（排放）造成的環(huán)境污染，順應(yīng)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)環(huán)保形勢(shì)的要求，具有重要的意義；膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣回收技改，充分考慮和利用了陜西興化氨醇裝置現(xiàn)工藝流程及生產(chǎn)特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)施跨流程、跨產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新改造，實(shí)現(xiàn)了廢氣的回收利用，增加了合成氨產(chǎn)量，提高了資源的利用效率，節(jié)能環(huán)保意義重大；甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能回收技改，實(shí)現(xiàn)了工藝節(jié)能（節(jié)約低壓蒸汽用量），節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，甲醇合成膨脹槽閃蒸氣中甲醇的回收、膜分離氫回收系統(tǒng)非滲透氣中有效氣的回收、甲醇精餾系統(tǒng)低位熱能的回收等三項(xiàng)綜合技改，是陜西興化在整個(gè)化工行業(yè)不景氣、產(chǎn)品盈利空間甚微的大背景下實(shí)施的，其目的在于深挖現(xiàn)有生產(chǎn)裝置潛能，從而實(shí)現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出。技改項(xiàng)目完成后，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，能耗更低，整套裝置向著節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行又邁進(jìn)了一步?？傊鲜黾几捻?xiàng)目在節(jié)能環(huán)保、廢氣回收、熱量利用方面具有一定的推廣價(jià)值，希望對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有一定的促進(jìn)作用。