甲醇三塔精馏系统优化操作总结

宋学武 王 元

(江苏晋煤恒盛化工股份有限公司 新沂221400)

0 前言

江苏晋煤恒盛化工股份有限公司(以下简称恒盛公司)目前拥有年产800 kt合成氨、1 000 kt尿素、500 kt甲醇的生产能力。甲醇合成催化剂处于不同时期，所产粗甲醇杂质含量不同，导致甲醇精馏操作参数及消耗有所差异。为了达到不同用户对甲醇产品质量的需求指标，恒盛公司在甲醇精馏系统运行中不断对系统进行工艺优化、操作条件调整，既生产出优质产品，又使消耗达到最低水平。现对250 kt/a甲醇三塔精馏系统工艺优化和操作条件优化进行总结。

1 工艺流程

从甲醇合成工段来的粗甲醇(质量分数在85%～93%)送至粗甲醇中间罐，经预精馏塔进料泵打至粗甲醇预热器A，由加压精馏塔采出液预热后进入粗甲醇预热器B，用0.5 MPa饱和蒸汽进一步预热至65 ℃再进入预精馏塔中部，在预精馏塔中除去残余的溶解气体和低沸物。预精馏塔再沸器采用0.5 MPa饱和蒸汽或从加压精馏塔再沸器送来的蒸汽冷凝液加热预精馏塔釜液，向预精馏塔提供热量。预精馏塔塔底操作温度为75～85 ℃，用回流液控制其塔顶温度≤65 ℃。

经预精馏塔回流冷凝器冷凝下来的液体进入预精馏塔回流槽，经预精馏塔回流泵再次打入塔内作为回流。回流槽及预精馏塔回流冷凝器的排气进入预精馏塔排气冷凝器，冷凝下来的液体先进入甲醇缓冲罐再返回预精馏塔回流槽，轻组分进入不凝气分离器分离液滴后，气相经水封槽送燃气系统，液相进入预精馏塔回流槽。

预精馏塔底部釜液通过加压精馏塔进料泵经甲醇换热器预热后打入加压精馏塔中下部，加压精馏塔再沸器用0.5 MPa蒸汽间接加热，将塔底温度控制在的123 ℃。塔顶蒸气(约116 ℃)进入常压精馏塔再沸器冷凝，同时用冷凝热作为常压精馏塔再沸器的热源。冷凝液进入加压精馏塔回流槽，通过加压精馏塔回流泵加压至0.8 MPa打入塔顶部作为回流，同时从加压精馏塔顶部侧线采出或回流采出部分精甲醇进入粗甲醇预热器A，预热粗甲醇后进入加压精馏塔精醇冷却器，冷却至35～40 ℃作为产品去中间罐区精甲醇罐。塔底较稀的甲醇溶液(质量分数在87%～88%)经甲醇换热器冷却后进入常压精馏塔中下部。

常压精馏塔釜底操作温度为103～110 ℃，塔顶蒸气(0.008～0.010 MPa，66 ℃左右)进入常压精馏塔回流冷凝器，冷凝至55～60 ℃进入常压精馏塔回流槽，经常压精馏塔回流泵一部分打入塔顶作回流，另一部分与常压精馏塔采出液一起经常压精馏塔精醇冷却器冷却后作为产品去中间罐区精甲醇罐。塔底废液主要为水、微量杂醇油及高沸物等，残留甲醇(质量分数<0.02%)排入废水槽，经废水泵送去造气炉夹套锅炉，产生蒸汽供造气系统使用。常压精馏塔溶液中还有一部分沸点介于甲醇与水之间的杂醇物和液蜡，一般聚集在进料口下部，因此在入料口下部取出杂醇油，经过冷却后去杂醇油槽，采出的液蜡直接送至杂醇油槽。

2 主要设备

精馏塔是甲醇精馏装置的核心设备，其内部结构决定着甲醇装置的能耗、产品等级及设备投资等，故对于精馏塔内件的设计、选型尤为重要。目前，国内的甲醇精馏塔的内件大多为浮阀、筛板、导向浮阀等塔板式内件以及孔板波纹填料、丝网填料等填料式内件。

填料式内件精馏塔具有操作弹性大、效率高、可降低精馏塔的高度等优点，其缺点是存在壁流现象，导致热量损失大、能耗增高，并且采出点只设在分布器上，不易调节产品质量；塔板式精馏塔避免了壁流现象，且有多层塔板可根据原料杂质成分设置多个产品及杂质采出口，根据不同粗甲醇成分及不同用户对成品要求进行操作调整，以满足乙酸、烯烃生产企业对甲醇中乙醇含量的需要，缺点是相应操作弹性小。恒盛公司综合了填料式内件与塔板式内件的使用特点，采用BX型高效丝网填料及导向梯形浮阀塔盘相结合结构，集填料塔及塔板塔之优点，使用效果良好。甲醇三塔精馏系统主要设备参数见表1。

表1 甲醇三塔精馏系统主要设备参数

3 存在的问题及改进措施

(1)精馏塔阻力大，分离效率下降，甚至出现液泛现象。原因是：蒸汽用量过大，入料量和回流量大，而采出量太少，塔内负荷加重；塔底压力波动太大或升高，塔釜液位过高，淹没了气相入口，产生雾沫夹带。

采取措施：减少蒸汽用量，减少回流量、入料量或停止入料；加大采出量，同时保持再沸器加热平稳。

(2)加压精馏塔、常压精馏塔回流液温度偏高。原因是冷凝器列管内有不凝气积累现象，造成换热效果不佳。

采取措施：在蒸发冷凝器出液总管增设排放阀，定期排放不凝气，以保证冷凝器换热效率，并通过变频调节器严格控制回流液温度。

(3)精馏系统运行一段时间后，出现产品水溶性下降。经过分析确定，长时间运行后，部分轻组分在预精馏塔分离不彻底，被带至常压精馏塔回流槽并不断积聚造成产品水溶性不合格。

采取措施：加强预精馏塔规范操作，适当增加萃取水用量，精甲醇加水浑浊现象会明显减弱，直至无浑浊现象。一般萃取水用量以粗甲醇入料量的15%～20%(质量分数)为宜。为了避免系统波动造成微量轻组分在加压精馏塔及常压精馏塔回流槽中积聚，在加压精馏塔和常压精馏塔回流泵出口处分别增加管道，使微量轻组分分流至预精馏塔回流槽，通过调节阀门将小部分回流液回至预精馏塔回流槽，从而减少轻组分的积聚量，保证产品质量，未再出现产品水溶性不合格现象。

(4)常压精馏塔出现重组分上移，造成采出产品甲醇不合格。

采取措施：在常压精馏塔提馏段不同高度设置多个重组分采集口，定期通过采蜡口采出积聚的微量重组分杂质，从而保证了产品质量。

(5)为了减少甲醇泄漏污染环境，选用了屏蔽泵作为主要物料输送泵。运行中，1台泵在进口满液状态下烧坏，主要原因是由于外购液碱中黏稠杂质偏多造成屏蔽泵抽空。

采取措施：对加碱系统进行改造，增加碱液配制装置，使用固体氢氧化钠(片碱)配制成质量分数为3%～5%的液碱，避免了外购液碱质量不稳定造成对生产的影响。

(6)系统运行中，从预精馏塔回流槽溢流口采出含甲醇质量分数50%～60%的杂醇油不能直接返回系统。

采取措施：根据甲醇与杂醇油对水溶解度不同，通过增加萃取槽、循环泵，多次加水萃取。萃取后，甲醇水溶液返回系统，另一部分不溶于水的杂醇油外售。

(7)目前，甲醇系统排出的残液主要送至造气炉夹套锅炉，其中含质量分数0.2%的甲醇未被回收利用。

采取措施：新增1台利用旧设备改制成的回收塔，使用系统蒸汽冷凝水、残液热量进一步回收残液和经萃取后杂醇油中残留的部分甲醇，从而利用余热实现甲醇最大程度回收。