牛志峰(淄礦集團(tuán)內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

甲醇裝置中粗甲醇分離器是一個(gè)特別關(guān)鍵的設(shè)備，粗甲醇分離器的內(nèi)件結(jié)構(gòu)對(duì)粗甲醇?xì)庖合喾蛛x效率有著決定性的影響，這些“決定性的影響”會(huì)直接影響粗甲醇產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，此外，粗甲醇分離器的內(nèi)件結(jié)構(gòu)還好影響甲醇合成催化劑的使用壽命以及其他設(shè)備的運(yùn)行情況。世林化工合成裝置甲醇分離器原來(lái)最早的時(shí)候設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器進(jìn)行甲醇分離，但是隨著系統(tǒng)負(fù)荷的提升，分離效果越來(lái)越差，越來(lái)越跟不上公司的產(chǎn)能要求，據(jù)監(jiān)測(cè)，在甲醇分離器出口氣相中甲醇含量高達(dá)3%，這樣使得合成塔反應(yīng)非常不好，造成整個(gè)系統(tǒng)壓力非常高，放空量很大，而且，還會(huì)造成壓縮機(jī)軸振動(dòng)、軸位移增大，大大的影響合成壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且還加快了管道的腐蝕，更是造成了合成單程轉(zhuǎn)化率降低和甲醇的浪費(fèi)，并且嚴(yán)重影響了氫回收膜分離器的使用壽命。

關(guān)于甲醇分離器的相關(guān)研究較多，在知網(wǎng)中以甲醇分離器為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，共有166 條結(jié)果，大多集中在甲醇合成工藝的研究。關(guān)于甲醇分離器的研究主要集中在內(nèi)件改造、工藝優(yōu)化控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，比如：2017年，李海濤認(rèn)為對(duì)合成工段粗甲醇分離器的內(nèi)件進(jìn)行優(yōu)化改造，可以解決粗甲醇分離器出口氣相帶液、循環(huán)氣壓縮機(jī)超負(fù)荷、膜分離單元無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行等許多實(shí)際存在的問(wèn)題，可以提高甲醇的產(chǎn)量和質(zhì)量，可以降低產(chǎn)品能耗，同時(shí)可以延長(zhǎng)設(shè)備和甲醇合成催化劑的使用壽命；2016年，黃德華、王歡在研究中以某項(xiàng)目中甲醇合成裝置的甲醇分離器為例，對(duì)比分析了低溫復(fù)合板容器的裙座對(duì)接結(jié)構(gòu)、接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合低溫容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了升級(jí)改造，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 甲醇分離器內(nèi)件改造

1.1 甲醇分離器的內(nèi)件改造流程

合成氣被合成氣壓縮機(jī)釋放出以后，合成氣會(huì)進(jìn)入到下一個(gè)環(huán)節(jié)——入塔氣換熱器，然后由管程的出塔氣對(duì)合成氣進(jìn)行加熱。加熱之后，合成氣會(huì)進(jìn)入甲醇合成塔，進(jìn)而形成合成氣，然后需要添加催化劑。在催化作用下，它們會(huì)在合成塔內(nèi)發(fā)生甲醇合成反應(yīng)，此時(shí)會(huì)釋放出大量的因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量，然后由被合成的鍋爐給水帶出這些熱量，以此來(lái)維持住反應(yīng)床層溫度，讓溫度維持在一個(gè)合適的數(shù)值區(qū)間。這些氣體從甲醇合成塔出來(lái)后，會(huì)首先經(jīng)過(guò)人塔氣換熱器的管程、除鹽水預(yù)熱器的管程與甲醇水冷器的殼程，然后在甲醇分離器中進(jìn)行氣液的分離。一大部分氣體從甲醇分離器出來(lái)后，會(huì)作為循環(huán)氣重新返回到合成氣壓縮機(jī)中，而回收裝置會(huì)把其他的小部分氣體回收(作為弛放氣，去氫)。粗甲醇在減壓后會(huì)從甲醇分離器進(jìn)入閃蒸槽，而大部分的閃蒸出來(lái)的被溶解于粗甲醇中的氣體會(huì)被送至燃料氣管網(wǎng)，粗甲醇被閃蒸后經(jīng)過(guò)去甲醇精餾工序后被送至去粗甲醇罐。

1.2 存在的主要問(wèn)題

在進(jìn)行過(guò)大量的實(shí)地實(shí)驗(yàn)以后，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的分析和對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)，在甲醇分離器的出口循環(huán)氣中含有嚴(yán)重超標(biāo)的甲醇含量，這些甲醇含量嚴(yán)重超標(biāo)的循環(huán)氣將大量的甲醇液帶入到合成氣壓縮機(jī)中，可能損壞合成氣壓縮機(jī)的葉輪，也可能會(huì)因?yàn)榧状己铣伤粠肓舜罅康募状家后w，從而造成甲醇合成塔的溫度變得偏低的情況，還有一種更大的危害就是也會(huì)大幅度降低催化劑的單程轉(zhuǎn)化率，由此產(chǎn)生降低催化器使用壽命的情況。

1.3 原因分析

根據(jù)我們進(jìn)行的實(shí)測(cè)研究顯示，絲網(wǎng)除沫器的分離效果比較差，其主要表現(xiàn)為：當(dāng)氣速過(guò)高的時(shí)候，液滴會(huì)非常不容易從絲網(wǎng)上面掉落下來(lái)，這樣會(huì)導(dǎo)致捕集到的霧沫又飛濺脫離開(kāi)來(lái)，最后再一次的被氣體攜帶出去；其次，循環(huán)水較臟，雖然經(jīng)過(guò)處理，但水溫高、水質(zhì)差、富含微生物，易使換熱器結(jié)垢，影響換熱效果，因?yàn)榧状妓淦鞒隹诘臏囟仁歉哂谠O(shè)計(jì)指標(biāo)的，這就導(dǎo)致甲醇含量在甲醇分離器的出口循環(huán)氣中數(shù)值偏高。所以，在水溫?zé)o法被改變的情況下，只能通過(guò)提高甲醇分離器分離效率的措施來(lái)提高甲醇產(chǎn)量。

1.4 甲醇分離器內(nèi)件技術(shù)改造內(nèi)容

為解決甲醇分離器分離效果差的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)研研究決定對(duì)甲醇分離器內(nèi)件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、制作，新設(shè)計(jì)的甲醇分離器內(nèi)件采用組合結(jié)構(gòu)以分離甲醇，是利用現(xiàn)有設(shè)備殼體及內(nèi)件支撐，在原絲網(wǎng)除沫器下重新設(shè)計(jì)新增一套膜片羽翅式高效除沫器(改造后局部流程圖見(jiàn)附件)，原除沫器保留。

1.5 膜片羽翅式分離器的特點(diǎn)

膜片羽翅式分離器具有設(shè)備體積小、阻力小、抗堵塞能力強(qiáng)、分離效率高的特點(diǎn)。膜片羽翅式分離器可以有效避免因氣速太小逃逸，還可以避免氣速太大二次霧化。膜片羽翅式分離器可以使氣流方向多次變化使小液滴聚結(jié)成大液滴，大液滴聚結(jié)成膜，最終使液體高效分離。膜片羽翅式分離器可以讓氣液同向流或錯(cuò)流：避免了氣液對(duì)流，有利于分離。

1.6 甲醇分離器內(nèi)件改造應(yīng)用效果

通過(guò)本次對(duì)甲醇分離器的技術(shù)改進(jìn)如圖1 所示，甲醇分離器出口處的甲醇含量從3%降低到了目前的0.3%，大大提高了甲醇的分離效率，有效提高了循環(huán)氣中甲醇的回收率，降低甲醇損失，增加甲醇產(chǎn)量，同時(shí)減少了壓縮機(jī)動(dòng)力消耗，確保了壓縮機(jī)和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 甲醇分離器改造示意圖

2 甲醇分離器內(nèi)件改造的創(chuàng)新之處

未對(duì)工藝流程進(jìn)行改造的前提下，實(shí)現(xiàn)了甲醇分離器效果的大幅提升。

在不增加裝置動(dòng)力及其它能耗的基礎(chǔ)上，將合成入塔氣中甲醇含量從3%降至0.3%左右。

改造過(guò)程未在壓力容器本體上進(jìn)行焊接，充分利用了原設(shè)備的內(nèi)件支撐，進(jìn)行了技改。

3 甲醇分離器內(nèi)件改造的效益分析

世林化工分公司對(duì)合成崗位粗甲醇分離器內(nèi)件進(jìn)行改造后，解決了膜分離單元無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行、循環(huán)氣壓縮機(jī)超負(fù)荷、粗甲醇分離器出口氣相帶液等許多問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)各單元工況產(chǎn)生了積極的影響，有效提高了甲醇產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了單位產(chǎn)品能耗，延長(zhǎng)了設(shè)備和甲醇合成催化劑的使用壽命及裝置的平穩(wěn)運(yùn)行周期，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)本次創(chuàng)新，合成入塔氣(馳放氣)中甲醇含量從3%降至0.3%，馳放氣氣量為5300Nm3/h，年生產(chǎn)8000h，每年可創(chuàng)造大量經(jīng)濟(jì)效益。