精甲醇装置的优化改进

2022-02-19王中朝

氮肥与合成气 2022年2期

王中朝，李勇，张凯

(安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉 236400)

安徽晋煤中能化工股份有限公司现有2套年产25万t的精甲醇装置，其中1套采用四塔精馏生产新工艺。该精甲醇装置于2016年3月建成投产，正常生产时以粗甲醇为原料，依次经过预精馏塔(简称预塔)、加压精馏塔(简称加压塔)、常压精馏塔(简称常压塔)处理，分别获得精甲醇产品。利用杂质和甲醇之间沸点及水溶性的差异，通过多次蒸馏及萃取的方法，将杂质脱除，从而制得高纯度的甲醇，实现混合物分离的操作过程。该精甲醇装置自开车投运以来，产品质量一次分析结果均为合格品，达不到优等品，不能满足客户要求，给产品销售带来严重影响，进而影响公司的经济效益。因此，对于精甲醇系统而言，优化工艺装置和关键控制点尤为重要[1-2]。

精甲醇四塔精馏生产新工艺装置的主要设备包括：预塔、加压塔、常压塔、回收塔及冷却系统。精甲醇产品主要是通过加压塔、常压塔采出完成，而产品质量的把控主要是通过冷却系统的保证、原料成分的保证，以及各塔温度、压力控制点的合理分布完成的。但是，该精甲醇装置的冷却系统运行效果较差，各塔回流液温度得不到有效控制，热量不能充分回收利用，再加上操作未进行优化，从而导致产品质量一直未能达到优等品，且产品能耗较高[3-4]。

针对精甲醇产品质量低下的问题，分析精甲醇装置存在问题的原因，对装置进行优化与改进，以确保产品质量得到提高。

1 主要设备

该精甲醇装置的主要设备见表1。

表1 精甲醇装置主要设备

2 存在的问题

(1)各蒸发冷凝器抽气带水严重, 现场如同下雨，致使各塔回流液温度无法控制。

(2)预塔和常压塔回流液温度波动大，不能有效控制，时常出现跑高，乙醇含量不稳定。

(3)预塔放空和常压塔放空汇合，经洗涤塔洗涤之后，再经放空总管送至热电三废炉。预塔放空气窜入常压回流槽，进而引起常采产品总氮含量高。

(4)生产精甲醇采用的原料粗甲醇来自于固定床联醇和航天炉单醇，两者的生产工艺不同，联醇总氮含量过高，航天炉单醇总氮含量非常低。

(5)关键控制点不能够有效控制，杂醇油采出点不适宜。

3 原因分析

(1)蒸发冷凝器采用的填料为格栅填料，长1 200 mm、宽1 000 mm、高100 mm，中间支撑连接少，收水器部分发生严重变形、堵塞，出现带水。

(2)蒸发冷凝器因带水换热效果较差，进而引起回流液温度高，采出产品乙醇含量不稳定。

(3)预塔放空气与常压回流槽放空气并联，预塔放空气中主要有二甲醚、甲乙醚、甲醛、一甲胺、二甲胺、三甲胺，以及不凝性气体CO、H2、N2等轻馏分(低沸点)杂质。预塔放空气是时时开启的，常压回流槽正常生产时是不放空的，而且常压回流槽放空气一般为微正压，这样很容易因阀门内漏或人为疏忽忘记关阀而引起预塔放空气窜入常压回流槽，进而引起常采产品总氮含量高，影响产品酸度质量。

(4)对精甲醇原料多次进行取样分析，从分析数据看，联醇总氮含量过高，航天炉单醇总氮含量低，特别是在航天炉停车期间，粗甲醇主要来自于联醇，而联醇总氮含量特别高，造成入塔原料的总氮含量过高，进而造成采出的产品中总氮含量高。

(5)对各精馏塔温度分布、产品采出点及预塔放空温度进行监视及分析。常压塔5点温度为75～85 ℃，回流液温度为60～70 ℃；杂醇油采出点在上数第二个采出阀；预塔放空温度在30～45 ℃波动。

4 改进措施

(1)针对蒸发冷凝器换热效果差，采取以下措施：

吃完饭，老四一声不吭就不见了人影。艾瑞克带领我们穿过一条又一条通道，也没告诉我们去哪里，更不知道他一个头儿为什么来管理新生，可能就今晚如此吧。

① 将原格栅填料更换为正六边形网格状，每层装填厚度为50 mm的新型旋风填料，整体性好，布水均匀，不易变形。

② 增设射流器加药装置，使原一次性加药改为连续均匀加药，稳定水质，保证蒸发冷凝器的运行效果。

(2)在预塔和常压塔2个放空阀之间增加1个防漏阀。有效地避免了因阀门内漏或是人为疏忽忘记关阀引起预塔放空气窜入常压回流槽现象的发生，进而控制常采产品总氮含量高。

(3)为了防止入塔粗甲醇中的总氮含量过高，先将联醇产的粗甲醇倒入粗醇B罐(敞口常压)，可有效降低粗甲醇压力，使大量轻质酸性气体及氮气从粗甲醇中逸出，减少粗甲醇中的氮气及酸性物质的含量；待单醇生产时，再将粗甲醇逐渐倒入粗甲醇缓冲槽与单醇混合，一起进入精甲醇系统。

(4)通过对常压塔温度分布、预塔放空温度不同的工况进行采出点产品分析，找出最佳控制点，即

① 控制常压塔5点温度为78～82 ℃、回流液温度为55～60 ℃；常压塔5点温度高于此温度，容易引起常压塔塔底重组分上移，导致精甲醇中重组分含量高；若低于此温度，甲醇的回收率会降低。经过优化，将常压塔5点温度灵敏点控制在 78～82 ℃。

常压塔回流液温度过低，会造成塔温降低，重组分下移，需加大热源才能维持塔内热量平衡，能耗增加，运行不经济；回流液温度过高，塔温上升，重组分会上移，精甲醇中乙醇和水含量易超标。在实际操作中，经过调整，将常压塔回流液温度控制在55～60 ℃。

③ 预塔放空温度调整为35～42 ℃。

联醇生产得到粗甲醇中含的轻馏分(低沸点)主要有二甲醚、甲乙醚、甲醛、一甲胺、二甲胺、三甲胺，以及不凝性气体CO、H2、N2等，上述物质的化学性质均不活泼，其沸点分别为-23.7 ℃(二甲醚)、10.8 ℃(甲乙醚)、19 ℃(甲醛)、-6.8 ℃(一甲胺)、7.0 ℃(二甲胺)、2.87 ℃(三甲胺)，而且在常温下都是气态，在粗甲醇中只是简单的物理溶解。因此，对于轻馏分物质的脱除，只要严格控制预塔顶部排出的气体温度，并合理控制蒸发冷凝器的冷凝温度，即可使轻馏分物质放空排入大气；同时，CO、H2、N2等同样得到脱除。经总结预塔放空温度调整为 35～42 ℃时，既可脱除轻馏分等杂质，又可减少甲醇不必要的浪费。

5 改进效果及效益分析

该精甲醇装置改造后运行至今效果较为明显，其主要表现为：产品中总氮质量浓度由4.65 mg/L降低至0.32 mg/L,乙醇含量由200×10-6降至50×10-6以下，产品质量提升，不仅拓宽了销售渠道，提高了经济效益，而且降低了产品能耗。

通过对该精甲醇装置的优化与改进，效益明显得到提高：一是由于精甲醇产品总氮含量降低，稳定了销售市场，且每吨醇价格至少可提高10元，由此，每年可增加效益200万元；二是由于蒸发冷凝器改造后，大大提高了换热效果，在同等负荷下，可少开2台蒸发冷凝器，每台蒸发冷凝器功耗为38 kW，由此，每年可节约电费33.7万元；三是改造后，回流液温度得到有效控制，减少了回流量，降低了蒸汽耗量，吨醇耗蒸汽由1.17 t降低至1.08 t，每年可增加效益180万元。上述3项共计每年增加 413.7万元。