李英偉 ， 宋軍麗 ， 年里珂

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

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甲醇?xì)庀嗝撍贫酌焉a(chǎn)工藝的節(jié)能優(yōu)化

李英偉 ， 宋軍麗 ， 年里珂

(河南省煤氣(集團(tuán))有限責(zé)任公司 義馬氣化廠 ， 河南 義馬 472300)

結(jié)合10 kt/a二甲醚裝置實際生產(chǎn)能耗狀況，介紹了甲醇?xì)庀嗝撍贫酌压に嚿a(chǎn)過程中，節(jié)能工藝的改進(jìn)和優(yōu)化，對優(yōu)化前后的能耗情況進(jìn)行了對比分析，并根據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)二甲醚生產(chǎn)工藝發(fā)展情況，探討了節(jié)能優(yōu)化的發(fā)展趨勢和新工藝。

氣相脫水 ； 二甲醚 ； 能耗 ； 優(yōu)化

河南某氣化廠共有兩套100 kt/a二甲醚裝置，均采用四川天一科技股份有限公司設(shè)計的甲醇?xì)庀嗝撍贫酌焉a(chǎn)技術(shù)，具有工藝技術(shù)成熟、操作控制簡單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點。兩套二甲醚裝置分別于2007年5月和2008年4月投產(chǎn)，是我國較早建成投產(chǎn)的10萬t級二甲醚裝置。但兩套二甲醚裝置投運以來，存在二甲醚耗蒸汽單耗偏高的問題。二甲醚耗蒸汽單耗設(shè)計為1.56 t/t，實際運行過程中基本在1.3 t/t左右，與后來其它地方建設(shè)的裝置相比差距較大，不符合節(jié)能降耗要求。

1 工藝流程

原料甲醇經(jīng)過預(yù)熱后，進(jìn)入甲醇汽化塔進(jìn)行汽化，塔頂甲醇蒸汽經(jīng)過換熱后分兩股進(jìn)入反應(yīng)器，其中第一股甲醇?xì)膺^熱到反應(yīng)溫度，從頂部進(jìn)入反應(yīng)器；第二股甲醇?xì)馍赃^熱后作為冷激氣從第二段催化劑床層的上部進(jìn)入反應(yīng)器。從反應(yīng)器出來的反應(yīng)氣體經(jīng)多級換熱、冷卻后進(jìn)入粗甲醚貯罐進(jìn)行氣液分離，液相為粗甲醚，氣相為氫氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳等不凝性氣體和飽和的二甲醚、甲醇蒸汽。粗甲醚貯罐出來的不凝性氣體經(jīng)進(jìn)一步冷卻、洗滌、吸收后，尾氣送燃料氣管網(wǎng)。粗甲醚貯罐出來的粗甲醚預(yù)熱后送入精餾塔進(jìn)行精餾。其中精餾塔塔頂為產(chǎn)品，含醇塔釜液大部分作為循環(huán)液送往汽化塔，小部分作為尾氣洗滌液。汽化塔的塔底廢水經(jīng)過汽提塔進(jìn)一步回收甲醇后，工藝廢水送往污水生化處理裝置。流程簡圖如圖1所示。

圖1 甲醇?xì)庀嗝撍贫酌蚜鞒虉D

2 節(jié)能優(yōu)化改造

2.1 改用新型高效組合導(dǎo)向浮閥塔盤

兩套二甲醚裝置汽化塔塔盤原設(shè)計均采用傳統(tǒng)的F1型浮閥塔盤，F(xiàn)1型塔板存在著液層厚度不均勻、分離效率低等缺點，特別是對于大型浮閥塔板而言，其上液面梯度大，返混嚴(yán)重，致使傳質(zhì)效率降低，生產(chǎn)能耗偏高。針對 F1浮閥存在的不足之處，華東理工大學(xué)自主研發(fā)了新型的高效組合導(dǎo)向浮閥。 該浮閥具有良好的導(dǎo)向作用，可以大大減少塔板上液面梯度和液體返混現(xiàn)象及霧沫夾帶， 故可明顯提高板效率，同時該浮閥具有較高的操作彈性以及較低的壓降，因此生產(chǎn)使用過程中，能耗相比F1浮閥明顯下降。該導(dǎo)向型浮閥具有以下特點：①浮閥的閥蓋上有一個或兩個導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔的開口方向與塔板上的液流方向一致。 在操作中，從導(dǎo)向孔噴出的少量氣體能推動塔板上液體流動，從而可減少塔板上的液面梯度。②氣體從浮閥的兩側(cè)流出，氣體流出的方向垂直于塔板上的液體流動方向。因此高效導(dǎo)向浮閥塔板上的液體返混很小。③由于浮閥在操作過程中不轉(zhuǎn)動，浮閥無磨損，不脫落。

改用新型高效組合導(dǎo)向浮閥塔盤后，汽化塔運行狀態(tài)平穩(wěn)，各項指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，塔壓差<0.07 MPa，塔底廢水指標(biāo)也未出現(xiàn)超指標(biāo)的情況，裝置整體蒸汽能耗明顯下降。

2.2 充分利用反應(yīng)氣的高位熱能

原工藝流程中，從反應(yīng)器出來的高溫反應(yīng)氣體(約380 ℃)經(jīng)氣體換熱器、甲醇預(yù)熱器、粗甲醚預(yù)熱器換熱、粗甲醚冷凝器分別冷卻至220、180、110、40 ℃后進(jìn)入粗甲醚貯罐進(jìn)行氣液分離。該流程中，反應(yīng)器出口高溫氣體余熱未能得到充分利用，最終通過水冷降溫至40 ℃，造成了冷量和熱量的雙重浪費。

為了充分利用反應(yīng)氣的高位熱能，在汽化塔和精餾塔塔釜分別增加一臺再沸器，利用高溫反應(yīng)氣作為熱源為兩臺再沸器提供熱量。即從反應(yīng)器出來的高溫反應(yīng)氣體(約380 ℃) 經(jīng)氣體換熱器冷卻至220 ℃后，先進(jìn)入汽化塔再沸器，與汽化塔塔釜(170 ℃)進(jìn)行換熱，為汽化塔提供部分熱量。反應(yīng)氣經(jīng)汽化塔再沸器后溫度降至170 ℃，再進(jìn)入精餾塔再沸器，與精餾塔塔釜140 ℃液體進(jìn)行換熱，為精餾塔提供部分熱量，然后再進(jìn)入甲醇預(yù)熱器，回至原流程，流程圖見圖2。

通過對反應(yīng)氣流程進(jìn)行優(yōu)化，既能充分利用反應(yīng)氣的高位熱能，也能使反應(yīng)氣得到更一步降溫，從而既節(jié)省了汽化塔和精餾塔所使用的蒸汽用量，也在一定程度上降低了循環(huán)水的消耗量。

圖2 甲醇?xì)庀嗝撍贫酌蚜鞒虉D

3 節(jié)能優(yōu)化效果對比分析

兩套二甲醚裝置改用新型塔盤，并對反應(yīng)氣換熱工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化后，每噸二甲醚耗蒸汽消耗降低約0.2 t，具體數(shù)據(jù)見表1。如果按照單套10萬t/a的設(shè)計產(chǎn)能進(jìn)行核算，每年可節(jié)約蒸汽約4萬t，按每噸蒸汽100元進(jìn)行核算，每年即可節(jié)約資金400萬元，而該廠兩套二甲醚裝置優(yōu)化改造總投資還不足150萬元。另外改造后，由于對反應(yīng)氣進(jìn)行了充分降溫，也在一定程度上減少了徹底冷卻反應(yīng)氣所用循環(huán)水的消耗量，據(jù)估算改造后在滿負(fù)荷運行狀態(tài)下，可節(jié)約循環(huán)水用量約300 t/h。

表1 二甲醚優(yōu)化改造前后蒸汽消耗對比表

4 二甲醚節(jié)能新工藝探討

通過對二甲醚生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，能耗得到了大幅度的降低，但還有很大的節(jié)能空間，下述幾項生產(chǎn)工藝技術(shù)如果能夠得到有效成熟的應(yīng)用，二甲醚裝置能耗在目前的基礎(chǔ)上還將會進(jìn)一步降低。

4.1 精餾采用氣相進(jìn)料

目前二甲醚的反應(yīng)、精餾流程中，出反應(yīng)器的高溫氣體(320～380 ℃)經(jīng)過反復(fù)的冷卻之后，徹底冷卻成液態(tài)，進(jìn)入粗甲醚買蘋果貯罐，然后再經(jīng)過加熱后才進(jìn)入精餾塔，這種“先冷卻再加熱”的流程既浪費了高溫氣體的高位熱能，同時也大大增加了蒸汽和循環(huán)水耗量，從而造成蒸汽消耗和循環(huán)水耗量均偏大，甚至還造成高溫天氣時，高負(fù)荷運行困難。因此取消粗甲醚冷卻器、氣體冷卻器、粗甲醚預(yù)熱器等，出甲醇預(yù)熱器的氣相粗甲醚不經(jīng)過循環(huán)水徹底降溫冷凝，直接以氣相形式送入精餾塔，回收反應(yīng)氣熱量，既可以節(jié)約循環(huán)水用量，也可以為精餾塔提供熱源，從而大幅度節(jié)約蒸汽消耗。

4.2 采用新型蒸發(fā)式冷凝器

新型蒸發(fā)式冷凝器利用管外的噴淋水部分蒸發(fā)吸收管內(nèi)熱量，而使管內(nèi)介質(zhì)被冷凝，可淋水最大限度包容管壁，較大提高了換熱系數(shù)，降低循環(huán)水小時流量，降低電耗。循環(huán)水冷卻器需要耗費大量的循環(huán)水，耗電量大。而新型蒸發(fā)式冷凝器因其獨特的結(jié)構(gòu)形式及高效的熱交換性能，冷凝溫度比較低，效果好，運轉(zhuǎn)功率小，耗電量少，其先進(jìn)的運行原理及優(yōu)良的淋水配套裝置，使冷卻水的消耗量也減少，加之所用材料都具備良好的防腐能力，延長了使用壽命。配套大流量的軸流風(fēng)機(jī)，噪聲低，不污染環(huán)境，是真正的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。另外維修也簡單，運行費用比較低。

4.3 提高二甲醚合成反應(yīng)單程轉(zhuǎn)換率

目前全國80%的二甲醚生產(chǎn)裝置均采用的冷激式兩段二甲醚合成反應(yīng)器，該反應(yīng)器存在著單程轉(zhuǎn)化率低的問題，單程轉(zhuǎn)化率最高只能達(dá)到85%左右，大量沒有參加反應(yīng)的甲醇在反應(yīng)器→換熱器→精餾塔→汽化塔→反應(yīng)器之間，進(jìn)行反復(fù)無效的“氣化—冷卻—氣化”循環(huán)，大大增加了整個裝置的能量消耗?？梢钥紤]在主反應(yīng)器后再串人一個二甲醚反應(yīng)器，以提高二甲醚合成反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率，減少未反應(yīng)甲醇的無效循環(huán)，減少無效能耗。

5 結(jié)束語

目前，全國二甲醚生產(chǎn)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，今后二甲醚在市場上的競爭優(yōu)勢主要取決于生產(chǎn)成本，而生產(chǎn)成本決定于各項消耗。采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備是降低消耗最直接和最有效的途徑?？傊ㄟ^對甲醇?xì)庀喾ㄉa(chǎn)二甲醚裝置節(jié)能優(yōu)化方面的改造、分析及探索，可以看出我國二甲醚行業(yè)生產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化空間還較大，還需要不斷的進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

2016-08-11

李英偉(1975-)，男，工程師，從事化工生產(chǎn)管理工作，電話：15839868355。

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