王剛

（中國石化滄州分公司，河北滄州 061000）

滄州煉化甲基叔丁基醚（MTBE）裝置于2010年10月首次投料試車成功，設(shè)計生產(chǎn)能力為5萬t/a，2013年進(jìn)行改造，增上MTBE再分餾塔，進(jìn)一步降低MTBE產(chǎn)品中硫含量。

該裝置以氣體分餾后碳四餾分和外購甲醇為原料生產(chǎn)高辛烷值汽油組分MTBE，設(shè)計碳四原料中異丁烯含量為19.42%（w），正常負(fù)荷下，MTBE產(chǎn)量為5萬t/a。生產(chǎn)裝置由原料配制－混相反應(yīng)、催化蒸餾及甲醇回收三部分組成，采用混相床－催化蒸餾組合工藝，二反三塔流程，即兩臺凈化醚化反應(yīng)器、催化蒸餾塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔，MTBE再分餾塔。反應(yīng)器及催化蒸餾塔內(nèi)裝有大孔徑強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂催化劑。

1 裝置能耗分析

MTBE裝置能耗按產(chǎn)品計算，MTBE產(chǎn)量由原料中異丁烯含量決定，即異丁烯濃度越低，MTBE產(chǎn)量越低，裝置能耗越高。原設(shè)計異丁烯濃度為19.42%，受上游裝置影響，現(xiàn)異丁烯濃度僅為8%左右，裝置能耗偏高，詳見圖1、2。裝置原料設(shè)計碳四組成見表1，2016－2017年實際異丁烯含量見圖3。

2 裝置節(jié)能措施分析

2.1 提高催化蒸餾塔進(jìn)料氣化率

MTBE裝置采用混相床式反應(yīng)器，利用反應(yīng)熱使物料部分氣化進(jìn)入催化蒸餾塔，減少催化蒸餾塔加熱負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的，但由于異丁烯濃度低，反應(yīng)放熱少，反應(yīng)器內(nèi)物料氣化率低，致塔底熱源需求增加，能耗增加。通過提高原料氣化率，可以有效降低催化蒸餾塔加熱負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能目的，同時可提高M(jìn)TBE產(chǎn)量，增加裝置效益[1]。

圖1 異丁烯濃度與MTBE產(chǎn)量關(guān)系

2.2 降低裝置蒸餾負(fù)荷

催化蒸餾塔采用共沸蒸餾法，即甲醇與未反應(yīng)碳四形成共沸物與MTBE進(jìn)行分離。實驗證明，甲醇和碳四的共沸物組成，隨壓力的變化而變化，共沸蒸餾的操作壓力越高，共沸物中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)越高，當(dāng)共沸物中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)低于當(dāng)前操作壓力下共沸物可攜帶的量時，沸點較高的甲醇可從塔頂排出，塔底得到較純的MTBE產(chǎn)品。若共沸物中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)高于當(dāng)前操作壓力下共沸物可攜帶的量時，多出的甲醇將落入塔釜中，影響MTBE產(chǎn)品純度。當(dāng)進(jìn)料組成中甲醇含量較低時，碳四共沸物中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)低，在確保甲醇能夠從塔頂排出的前提下，適當(dāng)降低蒸餾負(fù)荷，可有效降低塔底蒸汽消耗。

圖2 MTBE產(chǎn)量與裝置能耗關(guān)系

表1 裝置原料設(shè)計碳四組成

圖3 2016—2017年異丁烯濃度

2.3 調(diào)整萃取效果

甲醇碳四混合物利用在水中溶解度不同進(jìn)行萃取反應(yīng)，萃取溫度越高，萃取效果越好[2]，受限于后路溫度要求，萃取溫度不易過高，通過裝置優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高萃取溫度，可以減少系統(tǒng)的反復(fù)“升溫－冷卻”過程，有利于降低循環(huán)水和蒸汽消耗。

2.4 降低機(jī)泵效率

由于原料中異丁烯含量低，裝置生產(chǎn)時所需甲醇量低，回收甲醇量低，機(jī)泵采用工頻泵，甲醇進(jìn)料和回收甲醇控制閥開度小，造成了電能的浪費，對機(jī)泵進(jìn)行改造，降低機(jī)泵電流，可達(dá)到機(jī)泵節(jié)能目的。

3 裝置節(jié)能措施

3.1 根據(jù)進(jìn)料狀態(tài)增設(shè)進(jìn)料加熱器

鑒于原料中異丁烯濃度低，反應(yīng)放熱低，反應(yīng)器內(nèi)物料氣化率低，造成催化蒸餾塔所需塔底熱源增加，能耗增加的情況，在反應(yīng)器和催化蒸餾塔之間增設(shè)進(jìn)料加熱器，利用熱水加熱物料，提高原料氣化率，降低催化蒸餾塔加熱負(fù)荷。

3.2 根據(jù)共沸狀態(tài)降低塔頂壓力

不同操作壓力下，催化蒸餾塔塔頂組成如表2所示。

表2 催化蒸餾塔操作壓力與塔頂組成

由表4可知，在0.5 MPa的操作壓力下，塔頂物料組成中碳四摩爾分?jǐn)?shù)為0.951，甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.049，碳四與甲醇的摩爾比為：

0.951/0.049＝19

換算成塔頂組分中甲醇含量的質(zhì)量百分比為：

（甲醇摩爾數(shù)×甲醇摩爾量）/（碳四摩爾數(shù)×碳四摩爾量＋甲醇摩爾數(shù)×甲醇摩爾量）=（1×32）/（19×60＋1×32）＝2.7%

即在0.5 MPa的操作壓力下，塔頂可攜帶2.7%的甲醇。

當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)下，催化蒸餾塔進(jìn)料組成見表3。

表3 催化蒸餾塔進(jìn)料組成

由表3可知，當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)料中甲醇含量為2.042 %，去除碳三、碳五與MTBE的影響，碳四與甲醇組分中甲醇質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：

甲醇含量/（100－碳三含量－碳五含量－MTBE含量）＝2.042/（100－0.31－0.389－14.732）＝2.4%。

通過計算可知，進(jìn)料組成中甲醇含量低于理論計算值，即當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)下可將操作壓力降低至0.5 MPa，因此將催化蒸餾塔操作壓力由0.55 MPa降至0.5 MPa。

3.3 根據(jù)萃取狀態(tài)提高萃取溫度

適當(dāng)提高萃取溫度既有利于提高萃取效果，又有利于降低回收系統(tǒng)能耗，由于罐區(qū)控制進(jìn)罐溫度≯40℃，管路溫降2℃，因此將萃取溫度提高至42℃。

3.4 根據(jù)醇烯比狀態(tài)進(jìn)行機(jī)泵葉輪摘除與切削

通過調(diào)查控制閥開度發(fā)現(xiàn)，控制閥開度小于50%的機(jī)泵主要是碳四原料泵、甲醇原料泵和甲醇回收塔回流泵，由于碳四原料泵和甲醇原料泵為多級泵，甲醇回收塔回流泵為單級泵，因此對碳四原料泵和甲醇原料泵摘除部分葉輪，甲醇回收塔回流泵切削葉輪。

根據(jù)一般離心泵葉輪切割定律[3]對機(jī)泵效率進(jìn)行計算：

式中：H為揚(yáng)程，Q為流量，P為軸功率，D為葉輪外徑，切割后葉輪參數(shù)用角標(biāo)“′”表示。

4 節(jié)能效果

2016年3 月與2017年3月原料中異丁烯含量相近，裝置運(yùn)行條件相近，因此以2016年3月與2017年3月為例，對裝置節(jié)能情況進(jìn)行同期對比。物耗情況見表4，能耗情況見表5。

表4 物耗情況對比

由表4可知，節(jié)能措施實施后，電量降低14.50 %，循環(huán)水量降低9.94 %，蒸汽量降低24.34 %，各項物耗降低效果明顯。

表5 能耗情況對比 kgEO/t

由表5可知，節(jié)能措施實施后，電消耗降低1.264 kgEO/t，循環(huán)水消耗降低0.285 kgEO/t，蒸汽消耗降低28.564 kgEO/t，裝置能耗降低27.41 kgEO/t，裝置節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)論

原料中異丁烯濃度低對MTBE裝置能耗影響非常大，滄州煉化MTBE裝置利用低異丁烯濃度下裝置的運(yùn)行特點，采取相應(yīng)的調(diào)整措施，使裝置電量降低14.50%，循環(huán)水量降低9.94%，蒸汽量降低24.34%，裝置能耗降低27.41 kgEO/t，裝置節(jié)能效果明顯。