“4+1”塔甲醇精餾工藝的應(yīng)用研究

徐廣才，王東勝，任慶偉，李一清，許立軍

(1 內(nèi)蒙古榮信化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300；2 北洋國家精餾技術(shù)工程發(fā)展有限公司,天津 300072)

目前，我國甲醇生產(chǎn)普遍采用3塔工藝流程[1-3]。該流程具有流程短、操作簡單、設(shè)備投資少等顯著優(yōu)勢[4-5]。然而，隨著生產(chǎn)實(shí)踐和工藝研究的不斷深入，其不足之處愈發(fā)明顯：①噸精甲醇蒸汽消耗量過大，產(chǎn)品純度不達(dá)標(biāo)，回收率低。②廢水排放不達(dá)標(biāo)，同時(shí)產(chǎn)生大量副產(chǎn)品雜醇油(雜醇油已被國家列為危險(xiǎn)化學(xué)品，禁止隨意處理)無法處理，造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染[6-7]。針對以上這兩大問題，本公司聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)共同研發(fā)了“4+1”塔甲醇精餾工藝流程，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，提高了產(chǎn)品的純度，降低了生產(chǎn)成本，使企業(yè)效益顯著增加[8-9]。

1 傳統(tǒng)3塔流程(榮信一期甲醇精餾項(xiàng)目)

本公司一期甲醇精餾項(xiàng)目采用英國戴維公司3塔流程(如圖1所示)，主要包括預(yù)精餾塔(簡稱預(yù)塔)、精餾塔和回收塔三部分。一期項(xiàng)目年產(chǎn)甲醇90萬噸，噸精甲醇蒸汽消耗量為1.27 t，收率98.7%，產(chǎn)品純度30 mg/kg，雜醇油產(chǎn)量2.2 t/h。其主要流程如下：

圖1 3塔工藝流程簡圖

首先，粗甲醇經(jīng)加壓進(jìn)入預(yù)精餾塔(以下簡稱預(yù)塔)。塔頂甲醇蒸汽(74 ℃、0.06 MPaG)冷至70 ℃，大部分送回預(yù)精餾塔進(jìn)行傳質(zhì)傳熱。未冷凝的甲醇汽和不凝氣冷凝至40 ℃。其中，大部分送至預(yù)塔回流槽，剩余小部分采出以調(diào)節(jié)精甲醇的質(zhì)量。預(yù)塔不凝氣作為加熱爐燃料氣。預(yù)塔塔底設(shè)有蒸汽再沸器和冷凝液再沸器，蒸汽再沸器由0.45 MPaG蒸汽(154 ℃、0.5 MPaG)提供熱源,冷凝液再沸器由精餾塔再沸器冷凝液(178 ℃、0.86 MPaG)提供熱源。其次，預(yù)精餾后甲醇送至精餾塔。精餾塔塔頂甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝器/再沸器作為回收塔的塔底熱源。冷凝后經(jīng)加壓(125 ℃ 0.71 MPaG)回流至精餾塔塔頂。精餾塔塔底設(shè)有再沸器，采用1.0 MPaG蒸汽(184 ℃、1.0 MPaG)提供熱量。其冷凝液(178 ℃、0.86 MPaG)送至預(yù)塔冷凝液再沸器，作為預(yù)塔塔底熱源之一。最后，由精餾塔塔底排出的含醇液(138.1 ℃、0.772 MPaG、甲醇74%)，經(jīng)過減壓(85 ℃、0.08 MPaG、甲醇74%)進(jìn)入回收塔?；厥账?shù)募状颊羝淠?5 ℃，冷凝液加壓后，一部分作為回流送入回收塔頂部；另一部分冷卻至40 ℃后送入精甲醇計(jì)量槽?；厥账桌淠?再沸器由精餾塔頂甲醇蒸汽提供熱量。

2 “4+1”塔工藝流程(榮信二期甲醇精餾項(xiàng)目)

圖2 “4+1”塔工藝流程簡圖

經(jīng)過對一期運(yùn)行情況的分析研究，針對其噸精甲醇蒸汽消耗量過大、產(chǎn)品純度不穩(wěn)定、回收率低、廢水排放不達(dá)標(biāo)以及存在雜醇油副產(chǎn)品等問題，本公司聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)開發(fā)了“4+1”塔甲醇精餾工藝流程(如圖2所示)應(yīng)用于二期甲醇精餾項(xiàng)目。目前，二期甲醇精餾項(xiàng)目，年產(chǎn)90萬噸，噸精甲醇蒸汽耗為0.9 t，甲醇收率≥99.2%，產(chǎn)品精甲醇羰基物含量≤15 mg/kg，燃料醇產(chǎn)量1.4 t/h，其主要工藝流程如下：

(1)粗甲醇與各路蒸汽凝液混合液和中壓塔采出產(chǎn)品換熱升溫至79 ℃后進(jìn)入預(yù)塔。預(yù)塔設(shè)有蒸汽再沸器和冷凝液再沸器。預(yù)塔蒸汽再沸器由0.5 MPa飽和蒸汽(0.5 MPa、158 ℃)提供熱源，預(yù)塔冷凝液再沸器由加壓塔再沸器的冷凝液作熱源(0.94 MPa、145 ℃)，共同間接加熱預(yù)塔塔底，保持塔底溫度在82 ℃左右。預(yù)塔塔頂溫度用回流液控制在78 ℃左右，預(yù)塔塔頂氣體經(jīng)預(yù)塔空冷器冷凝至69 ℃。其中，大部分甲醇蒸汽冷凝下來送回預(yù)塔進(jìn)行傳質(zhì)傳熱。

(2)預(yù)塔塔底甲醇經(jīng)加壓換熱后(2.0 MPa， 134.6 ℃)送入加壓塔。加壓塔塔頂甲醇蒸汽(153.3 ℃)送到中壓塔再沸器冷凝(作為熱源，加熱中壓塔底底液)，冷凝后一部分回加壓塔頂部作回流液；另一部分經(jīng)回收塔再沸器、加壓塔精甲醇冷卻器冷卻到40 ℃，其中合格產(chǎn)品送入精甲醇計(jì)量槽。加壓塔塔底設(shè)有蒸汽再沸器。再沸器用1.0 MPa(1.0 MPa、184 ℃)飽和蒸汽作為熱源間接加熱，使塔底溫度維持在157.3 ℃。加壓塔再沸器的蒸汽凝液換熱后再送至預(yù)塔蒸汽凝液再沸器。

(3)加壓塔塔底甲醇液，換熱、減壓至1.36 MPa進(jìn)入中壓塔。中壓塔頂甲醇蒸汽(125.8 ℃)至常壓塔再沸器冷凝(作為熱源，加熱常壓塔底底液)，冷凝后一部分作中壓塔塔頂回流液；另一部分冷卻到40 ℃，合格產(chǎn)品送入精甲醇計(jì)量槽。中壓塔塔底再沸器采用加壓塔塔頂甲醇蒸汽作為熱源，間接加熱，使之維持在133 ℃左右。

(4)中壓塔塔底含醇液減壓到0.66 MPa至常壓塔。常壓塔塔頂?shù)募状颊羝?71.2 ℃、0.03 MPa)冷卻至50 ℃進(jìn)入常壓塔回流槽，一部分送至常壓塔塔頂；另一部分冷卻至40 ℃，合格產(chǎn)品送入精甲醇計(jì)量槽。為保證常壓塔產(chǎn)品的質(zhì)量以及塔底廢水達(dá)標(biāo)，從常壓塔采出一部分雜醇(甲醇、乙醇、丙醇、異丁醇和丁醇等的水溶液)。常壓塔塔底廢水(溫度111.2 ℃)經(jīng)加壓、冷卻至40 ℃送氣化作為磨煤用水。常壓塔塔底設(shè)有冷凝器/再沸器，由中壓塔頂甲醇蒸汽提供熱量。塔底溫度維持在111 ℃左右，保證塔底液達(dá)到廢水排放指標(biāo)。

(5)常壓塔側(cè)線采出雜醇和一期項(xiàng)目的雜醇進(jìn)入回收塔?；厥账斦羝?75 ℃)經(jīng)冷卻至50 ℃送入回收塔回流槽，液相加壓后，一部分送到回收塔頂部作為回流液；剩余部分作為燃料醇送往燃料醇貯槽。回收塔回流槽內(nèi)不凝氣送至火炬管網(wǎng)?；厥账邢虏總?cè)線采出一部分雜醇，冷卻至40 ℃，送中間罐區(qū)燃料油儲(chǔ)罐或送氣化作為磨煤水。回收塔塔底設(shè)有回收塔再沸器和回收塔蒸汽再沸器，分別由加壓塔采出產(chǎn)品和0.5 MPa飽和蒸汽作為熱源間接加熱，使塔底維持在110 ℃。塔底液加壓至0.5 MPa后，匯同常壓塔廢水，冷卻至40 ℃，送氣化作為磨煤水使用。

3 討 論

相較之3塔工藝流程，“4+1”塔工藝流程主要進(jìn)行了以下改造創(chuàng)新：①采用多級“熱耦合”工藝，提高了加壓塔操作壓力，添加了中壓和常壓精餾塔，將原工藝中一級“熱耦合”增加到兩級，即：利用加壓塔塔頂?shù)募状颊羝麨橹袎核俜衅骷訜?；再利用中壓塔塔頂甲醇蒸汽為常壓塔塔釜再沸器加熱。從而使工藝流程衍變?yōu)椤?+1”塔流程，即預(yù)塔、加壓塔、中壓塔、常壓塔和回收塔。②在工藝流程中構(gòu)建換熱網(wǎng)絡(luò)，充分利用裝置余熱：首先，利用加壓塔再沸器蒸汽凝液為加壓塔進(jìn)料進(jìn)行二次預(yù)熱，然后再將換熱后的蒸汽凝液為預(yù)塔第二再沸器供熱，換熱后再與其它蒸汽凝液匯集，再對預(yù)塔進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱；其次，高壓塔和中壓塔中的精甲醇為回收塔再沸器供熱，然后再對預(yù)塔進(jìn)料進(jìn)行二次預(yù)熱；最后，加壓塔塔底粗醇為加壓塔進(jìn)料做第一次預(yù)熱。最終，強(qiáng)化了余熱(廢熱)利用，降低了蒸汽以及循環(huán)水消耗。③采用新型回收技術(shù)，側(cè)線不采出異丁基油，塔頂采出含微量水的燃料醇產(chǎn)品，不凝氣匯集到總管線，統(tǒng)一處理(高位火炬燃燒掉)，從而避免了產(chǎn)生液態(tài)化學(xué)危廢[10-11]。

表1 3塔流程與“4+1”塔流程工藝參數(shù)對照表

目前，“4+1”塔工藝流程已運(yùn)行7200小時(shí)以上，結(jié)果顯示各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)得到了明顯優(yōu)化(如表1所示)：①噸精甲醇蒸汽消耗由原先的1.27 t降至0.9 t以下，極大的節(jié)約了生產(chǎn)能耗；②產(chǎn)品純度由原先的羰基物含量30 mg/kg降低至15 mg/kg以下，達(dá)到國家優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)；③甲醇收率由原先的98.7%提高至99.2%以上；④原先作為危廢的副產(chǎn)品雜醇油經(jīng)過回收提純，作為燃料醇進(jìn)行銷售，同時(shí)廢水中的醇含量明顯降低。

表2 “4+1“塔工藝流程經(jīng)濟(jì)效益分析表

在各項(xiàng)工藝參數(shù)和產(chǎn)品指標(biāo)優(yōu)化的同時(shí)，“4+1”塔工藝流程的經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于3塔工藝流程(如表2所示)，主要包括：①運(yùn)行成本明顯降低。相比一期3塔精餾技術(shù)，噸精甲醇蒸汽消耗量由原先的1.27 t降至0.9 t以下，按照低壓飽和蒸汽成本60元/噸計(jì)算，年節(jié)約運(yùn)行成本為1998萬元；②效益增加。相比一期3塔精餾技術(shù)，甲醇回收率由98.7%提高至99.2%，精甲醇成本價(jià)格約1600元/噸，年增加效益為720萬元；③減少危廢排放，增加收益。較一期項(xiàng)目的副產(chǎn)品雜醇油需第三方處理，二期項(xiàng)目采用新型回收技術(shù)將雜醇油提濃為燃料醇，采出雜醇油產(chǎn)量2.2 t/h，銷售價(jià)格約350元/噸，提濃后燃料醇產(chǎn)量為1.4 t/h，銷售價(jià)格為700～800元/噸，年增加效益200萬元左右。

4 結(jié) 論

經(jīng)過本公司二期項(xiàng)目的長期運(yùn)行，較之一期的3塔流程，“4+1”塔工藝流程噸精甲醇蒸汽消耗量顯著降低，產(chǎn)品純度及回收率明顯提高，廢水中醇含量大幅下降，副產(chǎn)品雜醇油轉(zhuǎn)化為燃料醇進(jìn)行銷售，不再作為危廢進(jìn)行處理，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，極大地降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，增加了產(chǎn)品收益，具有良好的應(yīng)用前景，值得在煤制甲醇行業(yè)進(jìn)行推廣。