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        甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化分

        2017-12-02 07:58:59辛淵陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司陜西榆林719319
        化工管理 2017年33期

        辛淵(陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西榆林719319)

        甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化分

        辛淵(陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西榆林719319)

        雖然,伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展我國(guó)甲醇生產(chǎn)工藝得到了普遍提高,但是在甲醇生產(chǎn)工藝仍然存在水耗過(guò)多、能耗過(guò)大的情況。因此,對(duì)甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化進(jìn)行分析尤為重要。

        甲醇合成;精餾單元;能效優(yōu)化

        甲醇作為可代替石油資源的的新型燃料能源,并在全球范圍內(nèi)掀起了研究發(fā)展甲醇合成技術(shù)探究的熱潮。本文通過(guò)對(duì)甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化進(jìn)行分析,以期我國(guó)甲醇裝置以及相關(guān)技術(shù)得到更好的發(fā)展。

        1 概述甲醇合成及精餾單元工藝

        1.1 甲醇合成工藝流程

        來(lái)自?xún)艋ざ蔚募状己铣蓺猓≒=3.0~3.2MPa(G),T<40℃),首先與氫回收來(lái)的富氫氣混合,進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)一段進(jìn)行壓縮后與循環(huán)氣混合,再經(jīng)循環(huán)段壓縮后進(jìn)入中間換熱器的殼程,混合氣被預(yù)熱至170~206℃,平均分兩股由頂部進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器,甲醇合成反應(yīng)器的上部有一段高約300mm的催化劑絕熱層。在甲醇合成塔中,CO、CO2和H2在銅基觸媒作用下進(jìn)行如下反應(yīng)

        反應(yīng)生成甲醇和水及少量有機(jī)雜質(zhì),并放出大量的熱。合成塔出口反應(yīng)氣體的溫度約為220~247℃,經(jīng)由中間換熱器回收反應(yīng)熱,溫度降至85~100℃左右。有少量甲醇冷凝的反應(yīng)氣再進(jìn)入循環(huán)水冷卻器進(jìn)一步冷卻至40℃以下,此時(shí)大部分的甲醇冷凝下來(lái),進(jìn)入甲醇分離器分離出液體粗甲醇。分離出的粗甲醇經(jīng)減壓后進(jìn)入甲醇膨脹槽閃蒸,閃蒸出溶解在粗甲醇中的氣體,然后送至甲醇中間罐區(qū)的粗甲醇貯槽,再經(jīng)泵加壓送至甲醇精餾裝置使用。

        出甲醇分離器的氣體返回合成氣壓縮機(jī),加壓后循環(huán)使用;循環(huán)氣與新鮮氣的比例約為5.36。為防止惰性氣體在系統(tǒng)中積累,要連續(xù)從系統(tǒng)中排放弛放氣,排出的弛放氣進(jìn)入弛放氣洗滌塔,由高壓密封水洗滌其中的甲醇?xì)怏w,不含甲醇的弛放氣送至氫回收工段,回收其中的有效氣體?;厥盏母粴錃馔迈r氣匯合后,經(jīng)壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入甲醇合成塔。洗滌塔排出的淡甲醇溶液送往甲醇精餾工段,作為甲醇油的萃取劑。

        甲醇膨脹槽產(chǎn)生的甲醇膨脹氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)后分兩路,正常情況下送一期合成洗滌塔進(jìn)行甲醇洗滌回收,異常情況下送往火炬燃燒。甲醇合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng),反應(yīng)熱由甲醇合成反應(yīng)器殼程的飽和水氣化移出。甲醇合成反應(yīng)器殼側(cè)副產(chǎn)2.5~3.9MPa(G)的飽和蒸汽,經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓后送往S3蒸汽管網(wǎng)。甲醇合成催化劑的升溫加熱是依靠開(kāi)工噴射器來(lái)進(jìn)行的,通過(guò)手輪調(diào)節(jié)進(jìn)入ZⅡ2001A/B的過(guò)熱蒸汽流量,帶動(dòng)爐水循環(huán),使催化劑溫度逐漸上升[1]。

        1.2 甲醇精餾工藝流程

        來(lái)自甲醇合成工段膨脹槽的粗甲醇進(jìn)入粗甲醇貯槽,粗甲醇經(jīng)粗甲醇進(jìn)料泵加壓后送入預(yù)精餾塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通過(guò)PⅡ2112泵出口管線(xiàn),經(jīng)由FV22102控制流量后壓入TⅡ2101,從而降低精餾電耗,并經(jīng)由粗甲醇先進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器的殼程,用管程的蒸汽冷凝液預(yù)熱后,進(jìn)入預(yù)精餾塔,預(yù)塔共有三段填料,進(jìn)料口設(shè)在第二段填料上部。

        預(yù)塔的主要作用是除去粗甲醇中殘余溶解氣體以及二甲醚、甲酸甲酯等為代表的輕于甲醇的低沸點(diǎn)物質(zhì),塔頂設(shè)置兩個(gè)冷凝器,分別是預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器和預(yù)精餾塔二級(jí)冷凝器。EⅡ2102將塔內(nèi)上升氣中的甲醇大部分冷凝下來(lái),甲醇冷凝液進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽,經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵加壓,送入TⅡ2101頂部作為回流。部分未冷凝的甲醇蒸汽、不凝氣及輕組分進(jìn)入EⅡ2103,被管程內(nèi)的循環(huán)水冷卻至38~46℃,其中絕大部分的甲醇冷凝回收,不凝氣則通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥PV22102控制,排至火炬總管焚燒處理。經(jīng)過(guò)EⅡ2103回收的甲醇進(jìn)入甲醇萃取槽,用甲醇合成馳放氣洗滌水進(jìn)行萃取,萃取出的甲醇水溶液排入預(yù)精餾塔回流槽。萃余液主要是以烷烴為主的油性組分—甲醇油,自流進(jìn)入甲醇油貯槽,由甲醇油輸送泵送入罐車(chē)運(yùn)走。

        預(yù)精餾塔底的甲醇水溶液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵加壓送至加壓塔下部,加壓塔為填料塔,共五段填料,進(jìn)料口在靠近塔底的第一段填料上方。塔頂甲醇蒸汽分兩路進(jìn)入冷凝器/再沸器,作為常壓塔的熱源,甲醇蒸汽被冷凝后進(jìn)入加壓塔回流槽(VⅡ2102),在其中稍加冷卻,一部分由加壓塔回流泵升壓后送至加壓塔頂部作為回流液,其余部分經(jīng)加壓塔冷卻器冷卻到40℃以下作為AA級(jí)精甲醇產(chǎn)品送至精甲醇中間槽,再由低壓蒸汽(S3)加熱的熱虹吸式再沸器向加壓塔塔底甲醇溶液提供熱量,加壓塔的頂操作壓力約為0.25~0.58MPa(G),塔頂溫度為110~120℃,塔釜操作壓力為0.25~0.55MPa(G),之后通過(guò)加壓塔底部排出的甲醇液經(jīng)EⅡ2112A/B換熱降溫后進(jìn)入常壓塔。常壓塔上段為填料塔,下段為浮閥塔,共有三段填料,45塊塔板,進(jìn)料口有三個(gè),分別設(shè)在第1、9、19塊塔板上。從常壓塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器冷至40~55℃后,進(jìn)入常壓塔回流槽(VⅡ2103),再經(jīng)常壓塔回流泵加壓后,一部分送至常壓塔頂回流,其余部分作為精甲醇產(chǎn)品送至VⅡ2107A/B。

        常壓塔頂、塔底的操作壓力為0~0.02/0.02~0.06MPa(G),塔頂溫度為60~68℃,塔底溫度為100~110℃。在常壓塔下部16#、26#、36#塔板上設(shè)有側(cè)線(xiàn)采出口,富含乙醇及其它雜醇的甲醇水溶液由FV22125控制進(jìn)入汽提塔進(jìn)料槽(VⅡ2101),經(jīng)汽提塔進(jìn)料泵加壓后送入汽提塔。

        常壓塔塔底廢水通過(guò)常壓塔廢水泵加壓后經(jīng)LV22111調(diào)節(jié)后送至汽提塔,作為汽提塔原料。汽提塔下段裝有一段填料,塔中段為22層塔板,塔上段裝有兩段填料,汽提塔塔頂蒸汽經(jīng)汽提塔冷凝冷卻器冷卻至40~65℃,進(jìn)入汽提塔回流槽,再經(jīng)汽提塔回流泵加壓,一部分送至汽提塔頂回流,其余部分作為產(chǎn)品送至精甲醇中間槽。

        由低壓蒸汽(S4)加熱的熱虹吸式再沸器向汽提塔塔底甲醇溶液提供熱量,塔頂、塔底操作壓力為0~0.030/0.01~0.05MPa(G),塔頂操作溫度為60~68℃。

        由汽提塔入料槽來(lái)的原料,在塔中部第5、11、17層塔板上進(jìn)入汽提塔;由常壓塔廢水泵來(lái)的原料,在塔中部第6、12、18層塔板上進(jìn)入汽提塔;側(cè)線(xiàn)采出在第3、9、15、21層塔板上,采出的異丁基油和乙醇經(jīng)汽提塔出料冷卻器冷卻至40℃以下,進(jìn)入甲醇油貯槽且汽提塔塔底排出的廢水經(jīng)廢水冷卻器冷卻至40~55℃,再經(jīng)汽提塔廢水泵加壓后送至廢水處理裝置。

        精餾工段排出的甲醇蒸汽或含醇廢氣進(jìn)入排污槽,經(jīng)由廢液泵送至粗甲醇貯槽或者作為甲醇油銷(xiāo)售[2]。

        2 甲醇合成及精餾單元能效優(yōu)化方法

        2.1 降低能耗

        作為電力驅(qū)動(dòng)甲醇合成及精餾單元運(yùn)行,對(duì)電耗的優(yōu)化一直是優(yōu)化方法首要考慮的內(nèi)容。來(lái)自甲醇合成工段膨脹槽的粗甲醇進(jìn)入粗甲醇貯槽,粗甲醇經(jīng)粗甲醇進(jìn)料泵加壓后送入預(yù)精餾塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通過(guò)PⅡ2112泵出口管線(xiàn),經(jīng)由FV22102控制流量后壓入TⅡ2101,從而降低精餾電耗。

        2.2 采用先進(jìn)氣固相催化反應(yīng)器

        當(dāng)前甲醇合成及精餾單元中一、二期工程甲醇合成裝置均采用華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的“管殼外冷-絕熱復(fù)合型”氣固相催化反應(yīng)器,且在6.0MPa下進(jìn)行甲醇合成,并副產(chǎn)2.5Mpa的蒸汽的情況下,促使該技術(shù)具有床層內(nèi)溫度平穩(wěn)、催化劑使用壽命長(zhǎng)、能量回收合理、開(kāi)工方便、副產(chǎn)物少等優(yōu)勢(shì)。此外,反應(yīng)器上管板設(shè)有絕熱層,且反應(yīng)器直徑小,使得甲醇合成及精餾單元生產(chǎn)能力得到有效提高,而反應(yīng)器壁效應(yīng)也隨之得到提升。

        2.3 合理選用膜回收系統(tǒng)

        在甲醇合成及精餾單元運(yùn)行系統(tǒng)中的一、二期工程所用膜回收系統(tǒng)均為九江紫環(huán)所出。甲醇合成馳放氣中含有大量的H2,通過(guò)膜分離回收H2,以降低甲醇合成原料氣的消耗。相對(duì)于變壓吸附回收H2,膜分離具有流程簡(jiǎn)單、操作可靠、投資低等優(yōu)點(diǎn),從而可實(shí)現(xiàn)能效優(yōu)化目的。

        2.4 選用合理的精餾工藝

        一、二期工程甲醇精餾均采用節(jié)能型四塔精餾工藝,具有能耗較低的優(yōu)勢(shì),且可以制得雙A級(jí)甲醇產(chǎn)品。

        3 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,伴隨我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,甲醇作為可代替石油資源的新能源,相關(guān)甲醇生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)在我國(guó)可持續(xù)發(fā)展觀的正確引領(lǐng)下,在發(fā)展技術(shù)與產(chǎn)品生產(chǎn)的同時(shí),應(yīng)注重環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,將甲醇合成及精餾單元能效優(yōu)化,跟隨技術(shù)發(fā)展不斷創(chuàng)新,從而達(dá)到相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展目的。

        [1]章嬌,王小婷.甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2015(10).

        [2]李建華.甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化[J].科技傳播,2014(8).

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