羰基法醋酸生产中蒸汽系统优化

张幸磊

(河南龙宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

目前,国内醋酸生产常采用甲醇低压羰基合成工艺，该工艺具有技术先进、反应条件温和、甲醇生成醋酸的选择率和转化率均较高、精制系统工艺简单、流程紧凑等特点。河南龙宇煤化工有限公司(以下简称龙宇煤化工)醋酸生产装置主要包括反应系统、反应液冷却及冷凝液回收系统、精馏系统等。生产醋酸的主要物料为CH3OH和CO，CH3OH和CO在催化剂的作用下，在反应器内进行低压羰基化反应生产醋酸，生产的醋酸与反应液为混合物形态，经过降压进入蒸发器内，蒸发出的粗醋酸输送至精馏区,分步精馏提纯，最终可得到纯度99.85%以上的产品醋酸。

1 蒸汽系统稳定性优化

1.1 蒸汽规格及用户使用特点

龙宇煤化工醋酸装置共涉及4种规格的蒸汽，其中3种为公用物料管网提供，1种为装置内部减压自产，其主要参数见表1。

中压蒸汽、次中压蒸汽、低压蒸汽均由公用工程管网提供，次低压蒸汽通过醋酸装置内设置的低压降温减压器，将低压蒸汽减温减压后产生。

表1 蒸汽规格

1.2 当前存在的问题

由于醋酸装置处于生产工序的下游，装置布置距离锅炉较远，蒸汽输送管线距离较长，因此,在使用过程中经常出现流量波动、压力不稳定等状况，这其中影响最为明显的是分离塔再沸器蒸汽流量，蒸汽的波动导致分离塔塔釜温度的波动，进而导致自分离塔进入精制塔物料组成的波动，最终表现为产品中水含量和丙酸含量的不稳定乃至增长。

表2 1.7MPa(g)蒸汽主要用户表

表2统计了1.7MPa(g)蒸汽主要用户情况，精馏区三塔的再沸器为主要用户。由于次中压蒸汽管网是热电装置通过中压蒸汽减温、减压后建立，管网分别供空分装置和醋酸装置使用。空分装置使用该蒸汽用于分子筛再生氮气加热，用量约10t/h，通过分子筛程控控制，间断使用，投用及退出在短时间内完成操作。而醋酸装置处于管网末端，距离空分装置约300 m，距离较远。上述原因导致次中压蒸汽管网运行不稳定，在分子筛再生用气时，极易导致管用蒸汽供应不足。而根据表2，由于分离塔再沸器进汽阻力损失最大(压差最小)，对该塔运行的影响最为明显。

1.3 优化的措施

通过分析，可知以上问题主要是由次中压蒸汽管网的波动导致，优化的措施从以下3个方面实施。

(1)增加辅助汽源(见图1中①)。利用龙宇煤化工甲醇合成装置汽包副产蒸汽作为辅助汽源，直接输送至醋酸装置界区使用。

(2)增加稳压汽源(见图1中②)。醋酸装置内的中压减温减压器，仅在装置开停车期间使用，可利用该设备，增设连通管线，将中压蒸汽减压后输送至次中压蒸汽管网，当主管网出现蒸汽波动时，通过自控及时补充5～10t/h蒸汽，稳定管网。优化后的蒸汽管网示意见图1。

图1 优化后蒸汽系统示意

(3)对次中压蒸汽总管减温减压阀PID参数进行重新整定，增加积分量，消除管线过长导致的参数滞后的影响。

通过实施这些措施，消除了管网波动频繁的情况。

2 蒸汽系统节能优化

龙宇煤化工醋酸装置设计吨醋酸蒸汽单耗1.2t/t，远高于国际先进指标，导致了醋酸生产成本偏高。甲醇羰基化生产醋酸的反应本身为放热反应(放热量2265.1kJ/kg·HAc)，反应热通过循环水间接移除，精馏区各再沸器产生的高温冷凝液，也通过循环水降温后外送，这些都导致了能量的浪费，需要合理利用。

2.1 增加废热锅炉

龙宇煤化工醋酸装置反应热移除主要通过反应液循环冷却泵P201和冷却器E201实现，来自反应器温度约为193 ℃的反应液，通过P201泵加压后输送至E201管程，与壳程内的低温冷凝液换热后，温度减至约150 ℃，然后返回反应器内继续使用。被加热后的低温冷凝液，温度由60 ℃上升至95 ℃左右，返回至低温凝液罐内，与回收自精馏区的高温冷凝液混合后，通过冷凝液输送泵P202加压，大部分送至冷凝液冷却器E203壳程内，与管程内的循环水换热后降温至60 ℃左右，然后送入E201换热，少部分外送(见图2)。

图2 优化后蒸汽系统示意

通过在P201泵出口管线上设置废热锅炉E204(见图2虚线部分)，将约193 ℃的反应液，首先送入E204管程内，加热壳程内的锅炉水产生0.5MPa蒸汽，反应液降温至约160 ℃，然后再进入冷却器E201管程内，调节至所需的温度，此举一方面回收反应热产生蒸汽，另一方面通过废热锅炉利用一部分反应热，可间接降低E203的循环水用量，一举两得。

计算时，考虑热效率及损失，反应液进废锅温度按照191 ℃计算，出废锅温度按照171 ℃计算，流量500 000kg/h，平均比热0.634 3kcal/kg· ℃，则产生热量：Q=500 000×0.634 3×(191-171)=6 343 000kcal/h。

0.5MPa(g)蒸汽汽化热为499.4kcal/kg，则对应可生产的蒸汽量为：F=6343 000/499.4=127 00kg/h=12.7t/h。

即通过废热锅炉回收热量，可实现副产0.5MPa蒸汽12.7t/h。

2.2 高温冷凝液闪蒸

按照表2中数据，精馏区各塔再沸器产生大量的高温冷凝液，通过增加高温凝液罐，将这部分高温冷凝液收集至高温凝液罐，在高温凝液罐顶部设置气相管线连通至0.3MPa蒸汽管网，回收高温凝液闪蒸出的蒸汽，供伴热系统使用(见图3中③)。同时将0.3MPa蒸汽管网引出一路至冷水机组，可在伴热系统停用时，将这部分闪蒸蒸汽作为冷水机组的汽源使用(见图3中④)。闪蒸出蒸汽后的高温凝液，作为凝液回收再送入低温凝液罐。实际运行中，通过该项措施，一方面可减少0.8MPa蒸汽消耗约2.5t/h，另一方面可再次间接降低E203的换热负荷，减少循环水用量。

图3 高温冷凝液系统

2.3 反应液体系的优化

通过对反应液体系进行优化，调整反应液系统组成，将反应液水含量降低至6%～7%，将系统总碘含量降低至20%～25%，使反应液体系中醋酸含量增加至70%，进而降低了进入精馏区粗醋酸中水、碘的含量，从根本上降低精馏区处理负荷。通过生产数据统计，此举使吨醋酸的次中压蒸汽单耗减低至1.0t/t。

综上所述，若考虑废热锅炉回收的冷凝液及高温冷凝液闪蒸回收的冷凝液，通过这些措施的实施，可实现吨醋酸蒸汽综合消耗0.75t/t左右，相比原设计值实现了大幅度降低，按照GB 29437-2012工业冰醋酸单位产品能源消耗限额折算醋酸综合能耗EZH=107.6kgce/t，基本与该标准中羰基法(年产20万t醋酸)单位产品综合能耗先进值≤106 kgce/t接近。

3 结语

龙宇煤化工醋酸装置自开车运行4年来，通过增加辅助汽源及稳压汽源等措施，稳定醋酸装置所使用的蒸汽管网;通过增加废热锅炉回收反应热、高温冷凝液闪蒸回收低品位热源,以及通过对反应液体系的优化等措施，大幅降低了蒸汽系统能耗。这些优化措施的实施，对提高醋酸装置运行稳定性、降低产品生产成本大有裨益，可供同类装置建设或生产运行参考借鉴。