聯(lián)泓化學(xué)MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)對(duì)比分析

王 輝，楊列省，王明蘭

[聯(lián)泓(山東)化學(xué)有限公司，山東 滕州 277527]

0 引 言

聯(lián)泓(山東)化學(xué)有限公司(簡(jiǎn)稱聯(lián)泓化學(xué))2×360 kt/a煤制甲醇裝置，采用6.5 MPa對(duì)置式四噴嘴水煤漿加壓氣化、耐硫部分變換、大連理工低溫甲醇洗工藝制合成氣，甲醇合成系統(tǒng)采用華東理工開發(fā)的雙塔并聯(lián)5.0 MPa低壓甲醇合成工藝(采用管殼外冷-絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器)，精餾系統(tǒng)采用三塔精餾工藝，生產(chǎn)符合《工業(yè)用甲醇》(GB 338—2011)的優(yōu)等品精甲醇。近年來(lái)，鑒于企業(yè)的發(fā)展需求與甲醇市場(chǎng)的擴(kuò)張(近年來(lái)甲醇催化合成烴類化合物如甲醇制乙烯、丙烯等技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，成為甲醇產(chǎn)品新的重要應(yīng)用領(lǐng)域)，聯(lián)泓化學(xué)對(duì)甲醇裝置進(jìn)行了優(yōu)化改造，具備了1 000 kt/a甲醇的生產(chǎn)能力，同時(shí)新上了MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)裝置，2套甲醇合成系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)既可生產(chǎn)精甲醇又可生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇，實(shí)現(xiàn)了2套甲醇精餾系統(tǒng)可根據(jù)市場(chǎng)需求生產(chǎn)精甲醇或MTO級(jí)甲醇。

聯(lián)泓新材料科技股份有限公司(簡(jiǎn)稱聯(lián)泓新科)1 000 kt/a甲醇制烯烴裝置采用中國(guó)科學(xué)院大連化物所具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DMTO(甲醇制烯烴)技術(shù)，2014年12月投產(chǎn)以來(lái)主要以聯(lián)泓化學(xué)生產(chǎn)的精甲醇作為原料。2021年5月，聯(lián)泓新科控股聯(lián)泓化學(xué)后，兩家企業(yè)公用工程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，聯(lián)泓新科逐步試用MTO級(jí)甲醇作為原料，綜合生產(chǎn)成本有效降低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。以下就聯(lián)泓化學(xué)MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)工藝及運(yùn)行情況等作一對(duì)比分析。

1 精甲醇與MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工藝的對(duì)比

1.1 精甲醇生產(chǎn)工藝

聯(lián)泓化學(xué)甲醇精餾系統(tǒng)采用天津大學(xué)節(jié)能型三塔精餾流程，設(shè)有預(yù)塔、加壓塔、常壓塔，用加壓塔塔頂蒸氣冷凝熱作為常壓塔再沸器的熱源，從而減少蒸汽消耗和冷卻水消耗。精甲醇生產(chǎn)，是據(jù)相同壓力下液體混合物中不同組分揮發(fā)度不同經(jīng)多次部分汽化和多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)各組分分離的操作過(guò)程，首先脫除溶解在粗甲醇中的(低沸點(diǎn))輕組分，如二甲醚、甲酸甲酯等，然后脫除(高沸點(diǎn))重組分，如水、乙醇、丙酮等，最后產(chǎn)出較純的組分——符合GB 338—2011要求的精甲醇，送往精甲醇儲(chǔ)罐外售；副產(chǎn)的雜醇以及預(yù)塔輕餾分烷烴油送雜醇油儲(chǔ)罐外售，常壓塔塔釜廢水則送污水生化處理系統(tǒng)。

1.2 MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工藝

為濃縮粗甲醇并除去粗甲醇中的堿金屬離子，以滿足MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)要求，MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工藝一般有兩種——多效蒸發(fā)工藝和離子交換工藝，均已成功應(yīng)用。從工藝流程的復(fù)雜程度看，離子交換工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，在預(yù)塔后設(shè)置2臺(tái)泵、1臺(tái)水冷器、1臺(tái)離子交換器和樹脂捕集器；而多效蒸發(fā)工藝則是在預(yù)塔后增設(shè)3臺(tái)蒸發(fā)器(一效蒸發(fā)器、二效蒸發(fā)器、三效蒸發(fā)器)及3臺(tái)換熱器和2臺(tái)泵。從生產(chǎn)消耗上看，多效蒸發(fā)工藝優(yōu)勢(shì)明顯——雖看似消耗了低壓蒸汽，但由于采用了多效蒸發(fā)，其蒸汽消耗量與離子交換工藝之穩(wěn)定塔蒸汽消耗量相當(dāng)，并無(wú)增加，且其工藝操作方面更加可靠一些。另外，離子交換工藝存在樹脂老化問(wèn)題，其使用壽命基本上維持在2 a左右(具體視粗甲醇中堿金屬離子含量與樹脂裝填量以及生產(chǎn)操作水平而定)，運(yùn)行成本較高——為提高樹脂的使用壽命，通常采用鹽酸或硫酸進(jìn)行再生，再生過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸性廢水，全廠需統(tǒng)一考慮廢水排放方面的問(wèn)題?？傊?，MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)采用多效蒸發(fā)工藝更為理想。

聯(lián)泓化學(xué)MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)采用多效蒸發(fā)工藝，目前MTO級(jí)甲醇產(chǎn)品沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)聯(lián)泓新科DMTO技術(shù)提供方中國(guó)科學(xué)院大連化物所給出的要求，DMTO裝置甲醇進(jìn)料條件：甲醇含量≥94%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，水含量≤6%、氨氮含量≤1×10-6、堿金屬含量≤0.1×10-6、總金屬含量≤0.5×10-6。

2 MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)裝置試運(yùn)行情況

2018年2月，聯(lián)泓化學(xué)MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)裝置(設(shè)計(jì)上可全部接收2套甲醇合成及精餾系統(tǒng)的甲醇)建成后第一次嘗試生產(chǎn)，試生產(chǎn)歷時(shí)7 d，具體情況如下：試生產(chǎn)過(guò)程中最大進(jìn)料量85 m3/h(設(shè)計(jì)進(jìn)料81 m3/h)，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量約68 t/h(7 d總產(chǎn)量約10 700 t)，其水含量約4.56%，產(chǎn)品質(zhì)量符合技術(shù)要求；試生產(chǎn)過(guò)程中1.27 MPa蒸汽消耗約16 t/h，折合噸MTO級(jí)甲醇耗蒸汽約0.256 t，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；整個(gè)試運(yùn)行過(guò)程相對(duì)順利，過(guò)程控制相對(duì)簡(jiǎn)單，可調(diào)節(jié)變量為蒸汽流量(或壓力)，液位可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；裝置操作彈性大，可滿足低負(fù)荷/高負(fù)荷生產(chǎn)所需。聯(lián)泓化學(xué)試產(chǎn)出MTO級(jí)甲醇后，聯(lián)泓新科采用MTO級(jí)甲醇與精甲醇摻配(摻配后水含量約1%)進(jìn)料的方式進(jìn)行了摸索性試用，并對(duì)試用情況進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為采用MTO級(jí)甲醇與精甲醇摻配進(jìn)料，DMTO生產(chǎn)成本低，可考慮繼續(xù)提高進(jìn)料水含量試用。但由于當(dāng)時(shí)聯(lián)泓新科DMTO裝置甲醇汽化器換熱效果差，暫停了試用。

2021年5月聯(lián)泓新科收購(gòu)聯(lián)泓化學(xué)后，為充分發(fā)揮兩企業(yè)的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)效益最大化，聯(lián)泓化學(xué)成立了能源優(yōu)化攻關(guān)小組，分析與總結(jié)MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步摸索評(píng)估DMTO裝置使用MTO級(jí)甲醇為原料的整體效益，并提出需對(duì)聯(lián)泓新科DMTO裝置甲醇汽化器進(jìn)行高壓沖洗，提高其換熱效率，以逐步摸索提高原料(MTO級(jí)甲醇與精甲醇摻配)水含量并兼顧蒸汽供需平衡的原則進(jìn)行試用。

3 MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)對(duì)比

3.1 精甲醇生產(chǎn)工況及消耗

生產(chǎn)精甲醇時(shí)，以工況比較穩(wěn)定、產(chǎn)量與消耗正常的2021年8月1—7日為例，精甲醇產(chǎn)量約62.5 t/h，1.27 MPa蒸汽消耗約45.8 t/h、0.3 MPa蒸汽消耗約11.01 t/h，小時(shí)用電量約116.5 kW·h，脫鹽水用量約10 t/h，噸精甲醇循環(huán)水消耗約59.9 t(設(shè)計(jì)值)，折合循環(huán)水耗量約3 744 t/h。精甲醇產(chǎn)量及消耗統(tǒng)計(jì)詳見表1。

表1 精甲醇產(chǎn)量及消耗統(tǒng)計(jì)

3.2 MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工況及消耗

聯(lián)泓化學(xué)2套甲醇合成系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)既可生產(chǎn)精甲醇又可生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇，生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇期間，以工況比較穩(wěn)定、產(chǎn)量與消耗正常的2021年8月12—18日為例，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量約65.3 t/h(含水量約4.93%)，1.27 MPa蒸汽消耗約18.2 t/h、0.3 MPa蒸汽消耗0 t/h，小時(shí)用電量約92 kW·h，噸MTO級(jí)甲醇循環(huán)水消耗約16.2 t(設(shè)計(jì)值)，折合循環(huán)水耗量約1 058 t/h。MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量及消耗統(tǒng)計(jì)詳見表2。

表2 MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量及消耗統(tǒng)計(jì)

3.3 MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)消耗對(duì)比

對(duì)比分析兩種生產(chǎn)工況，生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇期間相較于生產(chǎn)精甲醇期間，消耗變化如下：① 1.27 MPa蒸汽用量減少約27.6 t/h，0.3 MPa蒸汽用量減少約11.01 t/h；② 小時(shí)用電量減少約24.5 kW·h；③ 脫鹽水用量減少約10 t/h；④ 據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，循環(huán)水用量減少約2 686 t/h，但由于循環(huán)水系統(tǒng)已實(shí)施冷卻塔風(fēng)機(jī)改為水輪機(jī)、循環(huán)水泵變頻調(diào)節(jié)等節(jié)能改造，沒(méi)有明顯減少循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)；⑤ 燒堿(固體)用量減少約22 kg/d。MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)消耗數(shù)據(jù)的對(duì)比詳見表3。

表3 MTO級(jí)甲醇與精甲醇生產(chǎn)消耗數(shù)據(jù)對(duì)比

3.4 聯(lián)泓新科DMTO裝置運(yùn)行情況

聯(lián)泓新科試用MTO級(jí)甲醇(與精甲醇摻配)后，產(chǎn)品采出正常；反應(yīng)氣組分除CO2含量升高外其他未有明顯變化；相較于以精甲醇為原料，DMTO裝置的蒸汽和燒堿消耗有變化，正常生產(chǎn)負(fù)荷下0.4 MPa蒸汽用量增加約6.0 t/h、1.0 MPa蒸汽用量降低約4.0 t/h，合計(jì)蒸汽用量增加約2 t/h，噸烯烴產(chǎn)品燒堿消耗增加約0.190 kg，折合增加燒堿用量0.68 t/d，除此以外甲醇單耗和其他消耗未見有明顯變化。

3.5 生產(chǎn)/使用MTO級(jí)甲醇效益分析

生產(chǎn)/使用MTO級(jí)甲醇，節(jié)能降耗顯著。經(jīng)初步測(cè)算(價(jià)格均采用當(dāng)期值)，相較于生產(chǎn)/使用精甲醇，可節(jié)省成本約4 559元/h(約10.94萬(wàn)元/d)，折合聯(lián)泓化學(xué)一期甲醇裝置(上述MTO級(jí)甲醇試生產(chǎn)僅在一期甲醇裝置進(jìn)行)噸甲醇(折純，平均產(chǎn)量62.4 t/h)生產(chǎn)成本降低約73元，單套甲醇裝置產(chǎn)量以500 kt/a計(jì)，全年可創(chuàng)效益約3 650萬(wàn)元。

4 MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)裝置工藝優(yōu)化

對(duì)MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)裝置三效蒸發(fā)器底部排出的尾液處理方式進(jìn)行優(yōu)化，此尾液為含有金屬離子、堿金屬離子較多的甲醇溶液，雜質(zhì)主要是比甲醇揮發(fā)度低的物質(zhì)。原設(shè)計(jì)此尾液直接作為雜醇油外售，優(yōu)化后將此尾液引入一閑置精餾塔，精餾后塔頂?shù)玫降募状妓腿隡TO級(jí)甲醇儲(chǔ)罐，塔底尾液再送氣化磨煤系統(tǒng)制漿；同時(shí)，摸索此精餾塔的采出方式，逐漸將塔頂采出物改為送入穩(wěn)定塔回流槽，重新進(jìn)入精餾系統(tǒng)，觀察產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)驗(yàn)證后，此精餾塔采出物全部改為送穩(wěn)定塔回流槽。經(jīng)摸索與改進(jìn)，三效蒸發(fā)器底部排出的尾液全部得以回收利用，MTO級(jí)甲醇的回收率由97.3%提升至98.5%，MTO級(jí)甲醇產(chǎn)量提高約15 t/d且品質(zhì)有保證，粗略估算每年產(chǎn)生的效益約600余萬(wàn)元。

通過(guò)與同行對(duì)標(biāo)了解到，業(yè)內(nèi)也在摸索優(yōu)化MTO級(jí)甲醇的生產(chǎn)，如我國(guó)西部大部分甲醇裝置生產(chǎn)的粗甲醇直接進(jìn)入穩(wěn)定塔，在穩(wěn)定塔內(nèi)脫除輕組分，冷卻降溫后再進(jìn)入DMTO裝置，節(jié)省了大量的能源，也減少了設(shè)備投資。節(jié)能降耗是化工生產(chǎn)永恒的主題，還需不斷摸索與優(yōu)化，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，形成獨(dú)特的生產(chǎn)方式[1]，以較低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)出合格產(chǎn)品供下游用戶使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

甲醇裝置生產(chǎn)中，粗甲醇精制不僅是決定甲醇產(chǎn)品品質(zhì)的重要工序，而且精餾系統(tǒng)的能耗也是影響甲醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素[2]。精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量高，主要應(yīng)用于下游精細(xì)化工領(lǐng)域，但作為甲醇制烯烴裝置的原料，以精甲醇作為進(jìn)料生產(chǎn)成本太高，相比之下，MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)單、易于操作，更加節(jié)能，生產(chǎn)成本更低。聯(lián)泓化學(xué)通過(guò)MTO級(jí)甲醇的試生產(chǎn)及試用(與精甲醇摻配，部分替代精甲醇作為聯(lián)泓新科DMTO裝置的原料)，減少了大量蒸汽的使用，節(jié)能效果明顯。在自動(dòng)化換人、機(jī)械化減人的背景下，MTO級(jí)甲醇生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，可實(shí)現(xiàn)自控操作，對(duì)于配套DMTO裝置的甲醇裝置而言，生產(chǎn)MTO級(jí)甲醇較生產(chǎn)精甲醇更具優(yōu)勢(shì)。