200 kt/a煤制乙二醇裝置精餾系統(tǒng)節(jié)汽技改小結(jié)

孫冬才，張恩光，馬 磊

(新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司，河南 獲嘉 453800)

0 引 言

化工生產(chǎn)領(lǐng)域蒸汽消耗量大，由于種種原因，普遍存在蒸汽高質(zhì)低用、低質(zhì)無用的現(xiàn)象，還存在使用過熱蒸汽直接換熱的情況(有時是工藝上需要)——過熱蒸汽傳熱系數(shù)小，換熱效果沒有飽和蒸汽好，熱能利用率低；并且部分裝置在建設過程中沒有統(tǒng)籌考慮蒸汽的梯級利用、余熱余壓利用，蒸汽等級匹配性差。目前，業(yè)內(nèi)蒸汽利用的發(fā)展方向，一是蒸汽梯級利用，二是提高用汽設備用汽效率，三是余熱余壓綜合利用(技術(shù)改造)。

某200 kt/a煤制乙二醇裝置于2012年3月建成投產(chǎn)，采用CO氣相催化合成草酸酯+草酸酯催化加氫制乙二醇工藝，其精餾系統(tǒng)采用國內(nèi)煤制乙二醇裝置最早、最普遍的精制工藝，包括脫醇、脫酯、產(chǎn)品精餾、脫水、脫重及回收等單元，精餾塔再沸器蒸汽冷凝液經(jīng)疏水閥后進入汽水分離器，閃蒸出的0.5 MPa蒸汽并入0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)，冷凝液進入凝液閃蒸罐，閃蒸出的乏汽放空，余下的冷凝液則送凝液水箱循環(huán)使用。本乙二醇精餾系統(tǒng)運行過程中主要存在蒸汽利用效率較低、凝液余熱未得到充分利用、高溫凝液乏汽放空、循環(huán)水降溫熱損失等問題，若能充分利用系統(tǒng)的余熱，則可有效降低乙二醇精餾系統(tǒng)的能耗。近年來該企業(yè)持續(xù)推進節(jié)能降耗優(yōu)化技改，最大限度挖潛增效，尤其是2019年采用“RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)”將精餾塔再沸器蒸汽冷凝液閃蒸出的低品位蒸汽(凝液乏汽)予以充分利用，實現(xiàn)了系統(tǒng)的節(jié)能降耗。以下對有關(guān)情況作一簡介。

1 乙二醇精餾系統(tǒng)工藝流程及熱能利用狀況

該200 kt/a煤制乙二醇裝置精餾系統(tǒng)采用八塔乙二醇精餾+雙塔甲醇精餾工藝，各用汽設備所用蒸汽等級分別為0.5 MPa、1.0 MPa和1.7 MPa，用汽總量約125 t/h；其中，脫醇A塔、脫水塔使用0.5 MPa蒸汽，經(jīng)換熱后凝液送至冷凍站，直接作為冷凍機組補水；甲醇精餾B塔使用0.5 MPa蒸汽(甲醇精餾采用雙效精餾，甲醇精餾B塔氣相為甲醇精餾A塔提供熱源)，凝液外送至全廠冷凝液回收閃蒸罐(一期總閃蒸罐)，繼而送往冷凝液水箱回收用作脫鹽水；脫醇B塔使用1.0 MPa蒸汽，經(jīng)換熱后凝液送入閃蒸罐；脫醇C塔、脫酯塔、脫重塔、產(chǎn)品精餾塔、回收塔使用1.7 MPa蒸汽，經(jīng)換熱后凝液送入閃蒸罐，閃蒸后的凝液外送至全廠冷凝液回收閃蒸罐?？梢钥闯?，冷凝液熱量未能得到充分利用，造成噸乙二醇蒸汽消耗達4.4 t，且精餾系統(tǒng)蒸汽耗量占裝置蒸汽耗量的80%。

乙二醇精餾系統(tǒng)物料經(jīng)脫醇A塔、脫醇B塔精餾后，塔頂?shù)玫降木状?氣相甲醇冷凝后)回收利用，塔釜物料送至脫醇C塔精餾后，脫醇C塔塔頂輕組分(甲醇、乙醇、水等)送至脫水塔繼續(xù)精餾分離以回收甲醇和乙醇，脫醇C塔塔釜物料則送入脫酯塔進行脫酯處理；脫酯處理后，脫酯塔塔頂物料送入回收塔回收部分乙二醇，提高乙二醇收率；回收塔塔釜物料直接送入產(chǎn)品精餾塔提純，產(chǎn)品精餾塔側(cè)線采出聚酯級乙二醇，產(chǎn)品精餾塔塔釜物料則進入脫重塔；經(jīng)脫重塔處理后，塔頂回收部分乙二醇進行液相加氫處理，脫重塔塔釜則將二乙二醇等重組分按比例采出單獨存放，提升副產(chǎn)品的附加價值。

技改前，乙二醇精餾系統(tǒng)脫醇A塔、脫醇B塔、脫醇C塔、脫酯塔、脫重塔、脫水塔、產(chǎn)品精餾塔、回收塔、甲醇精餾B塔蒸汽用量分別約為12 t/h、16 t/h、12 t/h、32 t/h、3 t/h、3 t/h、18 t/h、4 t/h、25 t/h，上述各精餾塔的設計蒸汽用量分別為25 t/h、20 t/h、10 t/h、35 t/h、5 t/h、4 t/h、35 t/h、5 t/h、30 t/h。

2 乙二醇精餾系統(tǒng)低品位熱能利用技術(shù)

通過前期運行過程中積累的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對乙二醇精餾蒸汽加熱系統(tǒng)實際運行情況進行詳細的現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，分析認為，當前乙二醇精餾蒸汽加熱系統(tǒng)主要存在高溫凝結(jié)水未充分利用而蒸汽消耗量大、精餾塔換熱器進/出口溫差較大而物料加熱不均勻、部分疏水閥漏氣的情況。

經(jīng)調(diào)研與綜合分析，結(jié)合企業(yè)的實際生產(chǎn)情況，決定選用浙江熱宸節(jié)能技術(shù)有限公司自行研發(fā)的“RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)”對乙二醇精餾蒸汽加熱系統(tǒng)進行節(jié)能改造。RECH-CPT蒸汽高效利用裝置是目前業(yè)內(nèi)最為有效和最新的蒸汽系統(tǒng)節(jié)能技改技術(shù)之一，它定睛于整個蒸汽加熱系統(tǒng)，通過對當前運行工況參數(shù)的采集，詳細分析設備熱交換機理等，徹底掌握整個介質(zhì)流程的管道特性及系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程，并準確判斷引起高能耗的各種原因，建立準確的數(shù)學模型，量身定制裝置，有效回收利用蒸汽冷凝液罐產(chǎn)生的閃蒸氣(乏汽)，實現(xiàn)蒸汽的高效利用，從而達到節(jié)能減排的目的。相較于蒸汽冷凝液余熱有機朗肯循環(huán)發(fā)電等余熱利用方式，RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)具有占地小、投資低、實施易、工期短、見效快、操作便捷等優(yōu)點。

該200 kt/a煤制乙二醇裝置精餾蒸汽加熱系統(tǒng)選用RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)進行節(jié)能改造，通過回收利用蒸汽冷凝液罐產(chǎn)生的閃蒸氣(乏汽)自動控制加熱器蒸汽流量(可通過蒸汽流量計測量數(shù)據(jù)予以對比，實現(xiàn)自動化控制)，控制方便且溫度控制精度較高，加熱器進/出口溫差較小，降低蒸汽實際使用壓力并滿足生產(chǎn)需求，實現(xiàn)高溫凝結(jié)水的梯級利用，可節(jié)約蒸汽約10%，提高系統(tǒng)運行效能，實現(xiàn)降本增效。

3 RECH-CPT蒸汽高效利用裝置工藝原理

RECH-CPT蒸汽高效利用裝置的核心設備是蒸汽噴射泵，蒸汽噴射泵依靠從拉瓦爾噴嘴中噴出的高速蒸汽流來攜帶乏汽。蒸汽噴射泵由工作噴嘴和擴壓器及混合室組成，工作噴嘴和擴壓器這兩個部件組成一條斷面變化的特殊氣流管道，氣流通過噴嘴可將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽ぷ髡羝麎毫εc噴射泵出口壓力之壓差使工作蒸汽在管道中具備流動力，在這個特殊的管道中，蒸汽經(jīng)過噴嘴出口到擴壓器入口之間的這個區(qū)域(混合室)，蒸汽流從高速狀態(tài)進入負壓區(qū)，被抽吸的氣體進混合室，工作蒸汽與被抽氣體混合并進行能量交換，混合氣流在擴壓器擴張段某斷面產(chǎn)生正激波，其后的混合氣流速降為亞音速，亞音速的氣流在擴壓器的漸擴段流動時是降速增壓的，故蒸汽噴射泵相當于1臺氣體壓縮機。

RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)，可以將乙二醇精餾蒸汽加熱系統(tǒng)凝液閃蒸出來的閃蒸氣(乏汽)直接充分利用，做到常壓凝液排放。在蒸汽加熱器的出口管道上連接1臺氣液分離器，氣液分離器與可調(diào)節(jié)的RECH-CPT系統(tǒng)主體設備組成一個循環(huán)回路，利用文丘里效應，將蒸汽的流速提高，減少再沸器內(nèi)部的水膜厚度，從而使蒸汽加熱器內(nèi)部上、下溫差更均勻。簡言之，采用RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)，一方面可以通過蒸汽噴射泵充分利用凝液乏汽，另一方面可以提高精餾塔再沸器的換熱效率。

4 乙二醇精餾系統(tǒng)優(yōu)化改造

乙二醇精餾系統(tǒng)增設RECH-CPT蒸汽高效利用裝置(簡稱RECH-CPT系統(tǒng))技改于2018年10月正式啟動，課題組收集了大量開車及運行中的原始數(shù)據(jù)，掌握了乙二醇精餾系統(tǒng)生產(chǎn)的第一手資料，制定了研究方案，2019年6月利用乙二醇裝置大修期間實施了本項技改：增設RECH-CPT系統(tǒng)，與原進汽調(diào)節(jié)閥組并聯(lián)，原進汽調(diào)節(jié)閥組保持不變；從一次蒸汽冷凝液罐排汽口處引管道接入RECH-CPT系統(tǒng)，利用RECH-CPT系統(tǒng)回收利用乏汽；RECH-CPT主體設備控制調(diào)節(jié)機構(gòu)及其氣液分離器液位控制機構(gòu)接入DCS。整個技改過程由技術(shù)提供方自主實施。

本次技改乙二醇精餾系統(tǒng)5臺乙二醇精餾塔+1臺甲醇精餾塔增設了RECH-CPT系統(tǒng)，共有6臺精餾塔各新增1臺RECH-CPT主體設備、1臺閃蒸罐、1臺凝液外送調(diào)節(jié)閥(或2臺變頻泵)及連接管道等，脫水塔、脫醇A塔新增閃蒸罐凝液外送調(diào)節(jié)閥用變頻泵替代，一共新增6臺RECH主體設備、6臺閃蒸罐、4臺凝液外送調(diào)節(jié)閥、4臺變頻泵。6臺精餾塔蒸汽節(jié)能技改分為2套RECH-CPT系統(tǒng)：第一套系統(tǒng)，產(chǎn)品精餾塔、甲醇精餾B塔的凝液經(jīng)其自身凝液閃蒸罐一次閃蒸后，凝液直接送入脫水塔(脫水塔增設RECH-CPT系統(tǒng)工藝流程示意如圖1)閃蒸罐進行二次閃蒸，最終凝液經(jīng)變頻泵(P435A/B，一開一備)送至全廠凝液總閃蒸罐，繼而送往冷凝液水箱直接回收至脫鹽水站；第二套系統(tǒng)，脫醇B塔、脫酯塔凝液經(jīng)過自身凝液閃蒸罐一次閃蒸后，凝液送入脫醇A塔(增設RECH-CPT系統(tǒng))閃蒸罐進行二次閃蒸，脫醇B塔、脫酯塔、脫醇A塔3臺塔之閃蒸罐凝液一起經(jīng)變頻泵(P434A/B，一開一備)加壓，通過凝液總管進入全廠凝液總閃蒸罐，繼而送往冷凝液水箱直接回收至脫鹽水站。

圖1 脫水塔增設RECH-CPT系統(tǒng)工藝流程示意

6臺精餾塔附屬RECH-CPT主體設備安裝在蒸汽總管上，原流程保留，故障情況下或需檢修時RECH-CPT系統(tǒng)可切出處理，不影響乙二醇精餾系統(tǒng)的正常運行；凝液進入閃蒸罐進行閃蒸，閃蒸產(chǎn)生的蒸汽(乏汽)通過回氣管線進入RECH-CPT主體設備對再沸器進行加熱，閃蒸罐凝液通過自調(diào)閥(凝液外送調(diào)節(jié)閥)或變頻泵外送(可直接并入原凝液管線外送)。

5 RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)應用情況

2019年本項技改完成，RECH-CPT系統(tǒng)試運行期間，總體運行情況良好，沒有出現(xiàn)影響乙二醇精餾系統(tǒng)穩(wěn)定運行的狀況，但發(fā)現(xiàn)RECH-CPT主體設備(蒸汽噴射泵)噪音較大，與技術(shù)提供方溝通后，了解到蒸汽噴射泵的工作原理同文丘里噴射器，此噪音是蒸汽高速通過噴嘴時形成的，由于不能改變設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，技術(shù)提供方建議通過保溫加隔音的方式降噪，降噪措施落實后，現(xiàn)場噪音大大降低。技改前正常生產(chǎn)時乙二醇精餾系統(tǒng)用汽總量約125 t/h，技改后正常生產(chǎn)情況下乙二醇精餾系統(tǒng)蒸汽用量減少約10.6 t/h(對乙二醇精餾蒸汽加熱系統(tǒng)進行連續(xù)16 d的運行數(shù)據(jù)收集得到的結(jié)果)，粗略估算RECH-CPT系統(tǒng)運行1 a即可收回技改投資。

6 結(jié)束語

乙二醇精餾系統(tǒng)應用RECH-CPT蒸汽高效利用技術(shù)后，可回收利用蒸汽冷凝液罐產(chǎn)生的閃蒸氣(乏汽)，實現(xiàn)高溫凝結(jié)水的梯級利用和蒸汽流量的自動控制，控制方便且精餾塔溫度控制精度較高，再沸器進/出口溫差較小，正常生產(chǎn)情況下乙二醇精餾系統(tǒng)蒸汽用量減少約10.6 t/h，每年可節(jié)省蒸汽約92 856 t，折合節(jié)約標煤約9 286 t，每年可減少CO2排放約24 329 t，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。總之，通過開展乙二醇精餾系統(tǒng)蒸汽節(jié)能技術(shù)研究與應用，優(yōu)化了煤制乙二醇裝置生產(chǎn)流程，更新了現(xiàn)有工藝包，降低了物料與能源消耗，降低了單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，達到了降耗增效的目的。