乙二醇精餾裝置能效提升與應用

李 星，任獻濤

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)年產(chǎn)20萬t煤制乙二醇裝置，于2016年11月投入運行。乙二醇裝置工藝路線是通過羰化、加氫兩步間接合成法生產(chǎn)乙二醇：第一步以CO和亞硝酸甲酯在催化劑作用下合成草酸二甲酯；第二步將羰化工序來的草酸二甲酯與氫氣送入加氫反應器生產(chǎn)粗乙二醇，然后將粗乙二醇送入精餾系統(tǒng)，產(chǎn)出乙二醇成品。

投產(chǎn)運行后，乙二醇精餾系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中存在較多問題，如能耗較大、資源浪費、產(chǎn)品收率低、產(chǎn)品品質差等?；谏鲜鰡栴}，龍宇煤化工對乙二醇裝置精餾系統(tǒng)進行流程優(yōu)化改造升級。

1 乙二醇精餾系統(tǒng)流程

乙二醇精餾系統(tǒng)接收來自加氫反應系統(tǒng)的粗乙二醇，通過脫醇、脫酯、脫重、脫水等工序，由產(chǎn)品精餾塔側線采出合格的乙二醇產(chǎn)品。在此過程中，由脫醇塔頂產(chǎn)出甲醇供反應系統(tǒng)使用；由脫水塔側線產(chǎn)出副產(chǎn)品乙醇；由脫重塔釜產(chǎn)出重組分。

2 生產(chǎn)運行中存在的問題及改造措施

2.1 乙二醇副產(chǎn)物分級回收問題及改造措施

2.1.1脫水塔設計缺陷

(1)脫水塔塔頂回流罐的甲醇通過回流泵直接送至精餾廢液罐，造成甲醇原料消耗較高；脫水塔側線采出的物料組分較雜，直接作為雜醇進行排放，造成浪費。脫水塔改造前流程見圖1。

圖1 脫水塔改造前流程

(2)改造措施。在生產(chǎn)運行過程中，優(yōu)化工藝操作，將脫水塔塔頂溫度控制在64.5～65.5℃之間，使回流罐甲醇含量提高至95%以上，返回粗乙二醇系統(tǒng)進行有效回收利用甲醇，減少原料消耗。

脫水塔側線共有10個采出口，由于精餾塔的溫度通常情況下為自上而下逐漸升高，因此不同采出點的實際溫度和物料組分各不相同，當脫水塔側線采出口全部打開后，采出的物料成分復雜，被作為雜醇直接進行排放。優(yōu)化操作流程，僅打開一個采出口，采出的組分中乙醇含量相對較高，并有效回收單獨儲存/銷售，實現(xiàn)副產(chǎn)物分級回收利用，增加企業(yè)效益。改造后的流程見圖2。

圖2 脫水塔改造后的流程

2.1.2 脫水塔設計的缺陷

(1)脫重塔是將產(chǎn)品精餾塔塔釜含有二乙二醇的乙二醇進行回收，脫重塔塔頂將回收后的乙二醇送至精餾塔，而塔釜濃度較高的乙二醇、二乙二醇通過管道送至精餾廢液罐，造成浪費。同時，該流程存在一定的設計缺陷：一方面，塔頂?shù)囊叶纪腹饴瘦^低，返回精餾塔后，其進塔位置與乙二醇產(chǎn)品采出位置接近，容易影響到乙二醇產(chǎn)品的品質；另一方面，脫重塔塔釜液黏度大、易結晶、輸送管道遠，經(jīng)常存在輸送管道堵塞的情況，而且管道疏通困難給實際生產(chǎn)造成隱患。脫重塔改造前流程見圖3。

圖3 脫重塔改造前流程

(2)改造措施。①將脫重塔塔頂回收的乙二醇送至液相加氫，通過加氫反應提高乙二醇的透光率，再返回脫酯塔或粗乙二醇罐，既實現(xiàn)了提高脫重塔塔頂乙二醇透光率的目的，又可避免對乙二醇產(chǎn)品品質造成影響。

②為了保證塔釜物料連續(xù)穩(wěn)定采出，且不會因管道堵塞而影響生產(chǎn)，采取就近增加重組分儲罐的措施，既可避免重組分堵塞管道，又實現(xiàn)了重組分單獨銷售。脫重塔改造后流程見圖4。

2.1.3回收塔設計缺陷

(1)回收塔塔頂?shù)奈锪纤椭良託湎到y(tǒng)，塔釜的物料經(jīng)釜液泵送至精餾廢液罐。而在實際運行過程中，回收塔塔頂乙醇酸甲酯含量很低，不需要返回加氫系統(tǒng)，而且回收塔塔頂物質組成復雜，種類繁多，返回加氫系統(tǒng)后將產(chǎn)生更多的副反應，而這些副反應產(chǎn)生的雜質將嚴重影響精餾系統(tǒng)的操作和產(chǎn)品的質量。另外，回收塔塔釜的物料中含有大量乙二醇，直接外送將導致乙二醇浪費?；厥账脑烨傲鞒桃妶D5。

圖5 回收塔改造前流程

(2)改造措施。將脫酯塔塔頂?shù)奈锪纤椭粱厥账M行雜質的外排，同時回收塔塔釜液經(jīng)釜液泵送至脫酯塔，實現(xiàn)乙二醇的回收利用，提高了產(chǎn)品收率?；厥账脑旌罅鞒桃妶D6。

圖6 回收塔改造后流程

2.2 乙二醇產(chǎn)品回收問題及改造措施

(1)脫酯塔設計缺陷。煤制乙二醇技術在近些年才實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，前期由于沒有現(xiàn)成的可參考技術，龍宇煤化工乙二醇裝置存在各種各樣的問題。根據(jù)原始設計流程可以看到，脫酯塔尾冷氣出料罐的物料經(jīng)脫酯塔頂尾冷器出料泵向脫醇塔C塔進料，脫醇塔C塔經(jīng)過精餾將輕組分從塔頂送至脫水塔，而脫醇塔C塔釜的重組分送至回收塔，最終回收塔塔釜送往雜醇罐。脫酯塔改造前流程見圖7。

圖7 脫酯塔改造前流程

脫酯塔頂出來的汽相進入脫酯塔頂冷凝器管程，被殼程脫醇塔循環(huán)釜液冷卻到113.7℃，冷凝后的液體進入脫酯塔頂回流罐，從脫酯塔頂冷凝器出來的不凝氣進入脫酯塔頂尾冷器的殼程，被管程的循環(huán)水冷卻到53℃，冷凝下來的液體進入尾冷器出料罐，不凝氣進入脫酯塔尾冷器的殼程，被管程的冷凍水冷卻到18℃，冷凝后的液體進入尾冷器出料罐。由于脫酯塔頂冷凝器下液溫度高，部分乙二醇氣相經(jīng)脫酯塔頂尾冷器冷凝后進入尾冷器出料罐，其中乙二醇含量可超過30%。

脫酯塔頂尾冷器出料罐中乙二醇被送至脫醇塔C塔，根據(jù)脫醇塔C塔的操作條件(見表1)，塔內(nèi)的輕組分(如甲醇、乙醇、乙二醇甲醚、水等物質)經(jīng)冷凝器冷凝后，進入回流罐。而乙二醇在常壓下沸點為197.3℃，最終在脫醇塔C塔精餾后留在塔釜。

表1 脫醇塔C塔的操作條件

(2)改造措施。將脫醇塔B塔來的釜液，經(jīng)脫醇塔B釜液泵加壓后，進入脫醇塔C塔，在改變工藝操作條件的前提下，將塔內(nèi)輕組分從塔頂精餾排出至脫水塔，而塔釜乙二醇送至脫酯塔，脫酯塔頂出來的汽相進入脫酯塔頂冷凝器管程，被殼程脫醇塔循環(huán)釜液冷卻到95℃，冷凝后的液體進入脫酯塔頂回流罐，從脫酯塔頂冷凝器出來的不凝氣進入脫酯塔頂尾冷器的殼程，被管程的循環(huán)水冷卻53℃，冷凝下來的液體進入尾冷器出料罐，不凝氣進入脫酯塔尾冷器的殼程，被管程的冷凍水冷卻到18℃，冷凝后的液體進入尾冷器出料罐，脫酯塔頂回流罐中的溶液經(jīng)過脫酯塔回流泵加壓后，一部分送入脫酯塔的頂部作回流液，另一部分送入回收塔。脫酯塔頂尾冷器出料罐中的溶液經(jīng)過脫酯塔頂尾冷器出料泵加壓后，一部分送入回流罐，另一部分送入回收塔。同時，通過控制回收塔塔頂溫度在90～120℃之間，將乙二醇濃縮至98%后返回脫酯塔回流罐，實現(xiàn)乙二醇的回收再利用，使乙二醇產(chǎn)品回收率達到98%以上，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。脫酯塔改造后流程見圖8。

圖8 脫酯塔改造后流程

2.3 乙二醇品質問題及改造措施

(1)脫醇塔的設計缺陷。在乙二醇裝置原工藝流程基礎上，脫醇塔B塔釜的物料中含有微量甲醇、乙醇、水、乙二醇甲醚、1，2-丁二醇、乙二醇等物質，進入脫酯塔后，從塔頂將輕組分及雜質排出系統(tǒng)，這些雜質增大了脫酯塔的運行負荷，而且脫酯塔的運行情況及塔釜雜質含量的多少直接影響到產(chǎn)品精餾塔的正常運行和產(chǎn)品品質。由于1，2-丁二醇和乙二醇沸點很相近，不容易分離，脫酯塔塔釜的1，2-丁二醇容易進入精餾塔，導致乙二醇產(chǎn)品中1，2-丁二醇含量高，產(chǎn)品純度經(jīng)常低于99.8%，不能滿足優(yōu)等品指標。同時，一些影響產(chǎn)品透光率的雜質進入精餾塔，造成乙二醇產(chǎn)品透光率低，220nm處透光率在75%(優(yōu)等品指標不小于75%)左右波動，275nm處透光率一直低于88%(優(yōu)等品指標不小于92%)。脫醇塔改造前流程見圖9。

圖9 脫醇塔改造前流程

(2)改造措施。脫醇塔B塔釜的物料先進入脫醇塔C塔進行精餾，其中，甲醇、乙醇等雜質優(yōu)先從脫醇塔C塔頂排出系統(tǒng)，保證了脫酯塔進料的純凈度，進一步減輕了脫酯塔的運行負荷，提高了脫酯塔塔釜物料的品質。同時，脫酯塔頂富含1，2-丁二醇的物料被送至回收塔進行處理，乙二醇被回收利用，1，2-丁二醇和其他雜質被排至雜醇罐，最終實現(xiàn)了精餾塔側線乙二醇純度在99.9%以上，乙二醇透光率在82%(220nm)、94%(275nm)、100%(350nm)。脫醇塔改造后流程見圖10。

圖10 脫醇塔改造后流程

2.4 管道設備問題及改造措施

原設計中脫醇塔C塔額定進料流量為6.48m3/h，而經(jīng)過流程優(yōu)化后其額定進料流量33.7m3/h，該進料量是原來的5倍。因此，對脫醇塔C塔的相關管道(脫醇塔C塔原始進料管線直徑為50mm，脫醇塔C塔塔釜出料管線直徑為50mm，塔釜泵出料管線管徑40mm)及設備需重新進行選型，否則將不能滿足正常生產(chǎn)的需要。

(2)改造措施。為保證管道流量可以滿足生產(chǎn)需要，經(jīng)設計單位核算后，將進料管線由50mm改為150mm，將塔釜出料管線由50mm改為150mm，將機泵出口管線由40mm改為100mm。設備機泵也進行了更換，具體參數(shù)見表2。

表2 設備機泵更換參數(shù)

通過設備更換，滿足了脫醇塔C塔向脫酯塔進料的要求。

2.5 工藝參數(shù)問題及改造措施

(1)由于煤制乙二醇技術首次進行工業(yè)化生產(chǎn)，因此在生產(chǎn)過程中存在較多問題，且實際生產(chǎn)中與原設計物料組成存在明顯差異，而精餾技術的主要依據(jù)是不同組分間相對揮發(fā)度的不同和沸點的差異，在塔盤或填料上發(fā)生傳質傳熱過程，實現(xiàn)組分間的分離。目前，由于物料組成差異明顯，因此，在操作中需要根據(jù)實際情況進行操作。

(2)改造措施。為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行以及產(chǎn)品質量可靠，經(jīng)過分析集團公司其他乙二醇投產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)及操作條件，并結合自身生產(chǎn)經(jīng)驗，經(jīng)優(yōu)化操作總結出新的工藝指標，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 改造后的工藝指標

3 產(chǎn)生的效益

(1)乙二醇精餾裝置工藝技術路線經(jīng)優(yōu)化前后能耗數(shù)據(jù)的對比見表4。

表4 乙二醇精餾裝置工藝技術路線優(yōu)化前后能耗數(shù)據(jù)的對比

乙二醇精餾裝置工藝技術路線優(yōu)化后，乙二醇精餾裝置噸產(chǎn)品耗低壓蒸汽量由原來的3.55t下降至1.87t，噸產(chǎn)品耗低壓蒸汽消耗量整體下降了47%，大大降低了乙二醇精餾裝置蒸汽消耗量，提高了裝置的整體能效水平。

同時，優(yōu)化乙二醇精餾裝置工藝技術路線后，根據(jù)裝置全年消耗數(shù)據(jù)對比，可節(jié)省低壓蒸汽約25t/h，按照每噸蒸汽150元進行計算，可降低生產(chǎn)成本3 000萬元/a。

(2)脫水塔側線只采出乙醇產(chǎn)品單獨儲存和銷售，可回收乙醇5t/d，按照平均價格2 000元/t計算，可增加收入約412.5萬元/a。

(3)脫重塔塔釜重組分單獨儲存和銷售，可產(chǎn)重組分5t/d，按照平均價格750元/t計算，可增加收入112.5萬元/a。

(4)通過工藝操作的優(yōu)化，將回收塔回收的乙二醇返回前系統(tǒng)，避免乙二醇浪費，有效提高了產(chǎn)品收率。裝置按照90%的負荷穩(wěn)定運行，可回收乙二醇25t/d，按照乙二醇平均價格5 000元/t計算，可增加收入約3 750萬元/a。

(5)通過以上分級回收，每天減少雜醇中有機物產(chǎn)量為5t乙醇、5t重組分、25t乙二醇，共計35t，按輕組分雜醇中50%水含量計算，共計減少雜醇70t/d，每年按330d生產(chǎn)計算，每年可減少輕組分雜醇23 100t，資源得到有效利用，降低物料消耗。

綜上所述，乙二醇精餾裝置能效提升研究項目可為企業(yè)帶來7 275萬元/a的收益。

4 結語

龍宇煤化工在乙二醇精餾裝置能效提升方面進行了流程優(yōu)化、技術升級改造，解決了設計缺陷問題，提高了產(chǎn)品純度和收率，降低裝置能耗，經(jīng)濟效益可觀，在國內(nèi)同類裝置能效提升方面有較大推廣價值。