徐廣才

(內(nèi)蒙古榮信化工有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 014300)

精餾是利用液態(tài)物系中各組分沸點(diǎn)不同的特點(diǎn)進(jìn)行分離的化工單元操作。采用精餾方式得到精甲醇產(chǎn)品，至少需要2個(gè)精餾塔進(jìn)行分離，在第1個(gè)塔(預(yù)精餾塔，簡稱預(yù)塔)塔頂先精餾出輕雜質(zhì)，甲醇、水和重組分雜質(zhì)進(jìn)入第2個(gè)塔(主精餾塔，簡稱主塔)；在第2個(gè)塔塔底除去重組分雜質(zhì)，塔頂產(chǎn)出精甲醇產(chǎn)品，這就是所謂的2塔精餾工藝流程(簡稱2塔流程)[1]。隨著精餾工藝的發(fā)展，甲醇精餾工藝中引入熱耦合節(jié)能技術(shù)，將主塔分為2個(gè)塔——加壓塔和常壓塔，利用加壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔塔底再沸器加熱，這就形成了由預(yù)塔、加壓塔和常壓塔組成的3塔精餾工藝流程(簡稱3塔流程)[2]。為了使廢水達(dá)標(biāo)排放，在常壓塔側(cè)線采出包括甲醇在內(nèi)的雜醇[3]。

隨著甲醇生產(chǎn)規(guī)模不斷增大，精餾裝置中雜醇量也不斷增加，為了進(jìn)一步提高甲醇收率，又在流程中加入回收塔，將常壓塔側(cè)線雜醇進(jìn)行精餾，回收甲醇，這樣就形成3+1塔精餾工藝流程(簡稱3+1塔流程)[4]。目前廣泛使用的甲醇精餾技術(shù)為3塔精餾和3+1塔精餾。內(nèi)蒙古榮信化工有限公司(簡稱榮信化工)甲醇精餾在3+1塔流程的基礎(chǔ)上，提高加壓塔操作壓力，添加中壓精餾塔(簡稱中壓塔)，將熱耦合增加到兩級，即利用加壓塔塔頂甲醇蒸氣為中壓塔塔底再沸器加熱，再利用中壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔塔底再沸器加熱，從而使工藝流程衍變?yōu)?+1塔精餾工藝流程(簡稱4+1塔流程)。4+1塔流程具有蒸汽消耗低、操作容易、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

1 工藝流程

1.1 工藝原理

甲醇精餾是根據(jù)在相同溫度下，粗甲醇中各組分的相對揮發(fā)度不同，經(jīng)多次部分氣化和部分冷凝最后得到較純的組分，實(shí)現(xiàn)各組分分離的操作過程。

4+1塔精餾裝置主要包括預(yù)塔、加壓塔、中壓塔、常壓塔、回收塔和不凝氣洗滌塔。預(yù)塔主要是除去粗甲醇中的二甲醚、甲酸甲脂等輕組分雜質(zhì)及溶解性氣體，加壓塔、中壓塔、常壓塔中除去水及重組分雜質(zhì)，并在常壓塔側(cè)線采出一部分累積的重組分送往回收塔回收甲醇，從而得到優(yōu)等品精甲醇。

1.2 工藝流程

4+1塔流程見圖1。

1.2.1 預(yù)塔

原料粗甲醇與NaOH水溶液混合經(jīng)蒸汽冷凝液及中壓塔產(chǎn)品加熱到77～78 ℃后進(jìn)入預(yù)塔，在預(yù)塔分離輕組分。塔頂甲醇蒸氣在預(yù)塔空冷器中部分冷凝，冷凝液進(jìn)入預(yù)塔回流罐，未冷凝的氣體進(jìn)入預(yù)塔第二冷卻器(簡稱二冷)，二冷冷卻的液體進(jìn)入油水分離器內(nèi)分相，上層為甲酸甲酯等油相，定期自流至燃料油罐，下層水相進(jìn)入預(yù)塔回流罐。預(yù)塔二冷的不凝氣進(jìn)入不凝氣洗滌塔洗滌回收甲醇后送至燃料氣管網(wǎng)作為燃料。同時(shí)，為了保證分離效果，在預(yù)塔回流槽加入一定量萃取水，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1—預(yù)塔；2—加壓塔；3—中壓塔；4—常壓塔；5—回收塔；6—不凝氣洗滌塔。

圖1 4+1塔流程

1.2.2 加壓塔

去除了輕組分的粗甲醇從預(yù)塔塔底排出(含甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)約89%，下同)，加壓后經(jīng)2臺預(yù)熱器預(yù)熱(2臺預(yù)熱器熱源分別為加壓塔塔底液和蒸汽凝液)，加熱至134～135 ℃進(jìn)入加壓塔，進(jìn)行精餾。加壓塔塔頂甲醇蒸氣為中壓塔再沸器供熱，換熱、冷凝后，一部分采出送至回收塔再沸器，作為回收塔再沸器熱源，換熱后進(jìn)一步冷卻作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.5～3.0。

1.2.3 中壓塔

加壓塔塔底醇水溶液(含甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)約85%)換熱后送往中壓塔進(jìn)行精餾，中壓塔塔頂甲醇蒸氣為常壓塔再沸器供熱，換熱、冷凝后的甲醇液一部分采出送至預(yù)塔進(jìn)料預(yù)熱器，換熱后進(jìn)一步冷卻作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.4～2.9。

1.2.4 常壓塔

中壓塔塔底醇水溶液(含甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)約73%)送往常壓塔進(jìn)行精餾，常壓塔塔頂甲醇蒸氣經(jīng)冷凝后一部分作為精甲醇產(chǎn)品，一部分作為回流，回流比控制在2.2～2.6。塔底廢水(殘留甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.01%)送入氣化工段作為磨煤水使用。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，在常壓塔設(shè)側(cè)線，采出雜醇。

1.2.5 回收塔

由常壓塔側(cè)線采出的雜醇油，用泵送入回收塔回收甲醇。回收塔塔頂采出甲醇、乙醇等混合液作為燃料油出售，塔底廢水(殘留甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.01%)送入氣化工段作為磨煤水使用。

1.2.6 不凝氣洗滌塔

預(yù)塔二冷后的不凝氣進(jìn)入不凝氣洗滌塔底部，在塔頂加入脫鹽水，溶解吸收氣相中的甲醇，不溶于水的不凝氣送入燃料氣管網(wǎng)。洗滌后的含醇水進(jìn)入油水分離器。

2 生產(chǎn)運(yùn)行效果

不同流程的精餾塔設(shè)計(jì)大同小異，節(jié)能降耗的主要手段為合理進(jìn)行填料的分段和高度的設(shè)計(jì)，使混合物的氣液相的單元操作合理進(jìn)行；同時(shí)優(yōu)化流程，調(diào)整部分工藝指標(biāo)，合理利用物料的熱量。

4+1塔流程的主要工藝指標(biāo)見表1。

表1 4+1塔流程的主要工藝指標(biāo)

2.1 蒸汽消耗

4+1塔流程充分利用系統(tǒng)物料熱量的回收利用，一是中壓塔再沸器使用加壓塔塔頂甲醇蒸氣來加熱中壓塔塔底液；二是常壓塔再沸器使用中壓塔塔頂甲醇蒸氣來加熱常壓塔塔底液；三是利用加壓塔再沸器蒸汽凝液為加壓塔進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱，然后將換熱后的蒸汽凝液作為預(yù)塔其中一個(gè)再沸器的熱源；四是加壓塔和中壓塔精甲醇采出產(chǎn)品溫度都在125 ℃以上，用這兩股精甲醇作為回收塔再沸器和預(yù)塔進(jìn)料二次預(yù)熱的熱源。通過以上優(yōu)化，每噸精甲醇消耗蒸汽約0.9～1.0 t，與傳統(tǒng)的3塔或3+1塔精餾相比，噸精甲醇蒸汽消耗降低0.2～0.3 t。4+1塔流程的蒸汽消耗數(shù)據(jù)見表2，其中0.5 MPa蒸汽運(yùn)行時(shí)壓力穩(wěn)定在(0.5±0.01) MPa，1.0 MPa蒸汽運(yùn)行時(shí)壓力穩(wěn)定在(0.95±0.02) MPa。

表2 4+1塔流程的蒸汽消耗數(shù)據(jù)

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

精甲醇產(chǎn)品經(jīng)化驗(yàn)分析，各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB 338—2011《工業(yè)用甲醇》優(yōu)等品要求，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 精甲醇分析數(shù)據(jù)

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行

精餾塔采用高效波紋板規(guī)整填料+導(dǎo)向梯形浮閥，在結(jié)構(gòu)上使氣液流路得到優(yōu)化，傳質(zhì)效率提高，系統(tǒng)阻力降低，相對提高了理論塔盤數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)能可達(dá)設(shè)計(jì)值的120%左右，并且運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)操作指標(biāo)均在可控范圍內(nèi)。影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的主要因素有以下3個(gè)方面：

(1) 蒸汽壓力波動(dòng)。該裝置1.0 MPa蒸汽主要由變換工段副產(chǎn)蒸汽提供，副產(chǎn)蒸汽不足時(shí)由2.0 MPa飽和蒸汽減壓提供。由于前系統(tǒng)開車負(fù)荷波動(dòng)，導(dǎo)致蒸汽壓力變化較快，產(chǎn)品質(zhì)量頻繁出現(xiàn)反復(fù)。另外，在使用2.0 MPa蒸汽減壓時(shí)，蒸汽存在一定過熱度，再沸器換熱效果差。隨著前系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定，消除蒸汽波動(dòng)帶來的影響后，系統(tǒng)運(yùn)行整體趨于穩(wěn)定。

(2) 負(fù)荷匹配。開車初期裝置負(fù)荷較低，為縮短產(chǎn)品合格時(shí)間，加壓塔和中壓塔回流量偏大，2塔采取精甲醇較多，導(dǎo)致中壓塔塔底液甲醇含量低(設(shè)計(jì)含醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73%，實(shí)際含醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為60%)，常壓塔難以穩(wěn)定操作，產(chǎn)品質(zhì)量不合格。通過調(diào)整加壓塔和中壓塔的回流比，控制中壓塔塔底液含醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%以上后，系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定。

(3) 粗甲醇質(zhì)量。該裝置合成工段采用莊信萬豐甲醇合成技術(shù)，床層溫度高導(dǎo)致粗甲醇中雜質(zhì)含量較高，特別是乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)>2 400×10-6，嚴(yán)重影響精餾操作。針對這種情況，在調(diào)整合成操作的同時(shí)，加大分析頻次，對粗甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整萃取水的加入量和回流比，精餾產(chǎn)品質(zhì)量得到很好的改善。

3 生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題及處理措施

3.1 預(yù)塔輕組分溢流采出口設(shè)置過高

預(yù)塔輕組分在預(yù)塔回流罐和油水分離器溢流采出，由于設(shè)計(jì)原因，采出口的位置在液位90%以上的位置，正常液位在50%～60%時(shí)輕組分無法采出。這些物質(zhì)在預(yù)塔積累，隨著時(shí)間推移，雜質(zhì)逐漸向下擴(kuò)散至塔釜內(nèi)，帶入后塔，這些雜質(zhì)又以同樣的方式聚集于塔頂，造成產(chǎn)品水溶性不合格。在運(yùn)行過程中，將油水分離器液位控制在90%以上，保證預(yù)塔輕組分能夠順利采出，保證產(chǎn)品質(zhì)量。另外，計(jì)劃在系統(tǒng)停車檢修時(shí)對油水分離器進(jìn)行改造，將采出口降低至液位50%～60%處。

3.2 常壓塔冷凝器液相管形成液封

常壓塔采用空冷加水冷的形式，空冷后的甲醇?xì)庖夯旌衔镞M(jìn)入水冷器再進(jìn)一步冷卻。水冷器工藝物料采用下進(jìn)上出的形式，導(dǎo)致水冷器甲醇進(jìn)口管線形成一個(gè)液袋，在開車時(shí)一旦有甲醇開始冷凝，在常壓塔和回流槽之間形成液封，導(dǎo)致常壓塔內(nèi)氮?dú)獠灰着懦?，常壓塔壓力波?dòng)較大，系統(tǒng)紊亂。為了解決該問題，在空冷器排氣口和回流槽之間直接增加一路平衡管，開車時(shí)塔內(nèi)氮?dú)饪身樌懦?，常壓塔指?biāo)控制比較穩(wěn)定。

3.3 雜醇油中間罐平衡管設(shè)計(jì)不合理

常壓塔側(cè)線采出的雜醇油先進(jìn)入雜醇油中間罐再經(jīng)泵加壓送入回收塔回收甲醇。原設(shè)計(jì)在中間罐和回流槽之間設(shè)置平衡管，在運(yùn)行過程中由于回流槽壓力遠(yuǎn)低于中間罐壓力，中間罐中的雜質(zhì)蒸氣被吸入回流槽中，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。經(jīng)排查確認(rèn)后將平衡管隔斷，產(chǎn)品質(zhì)量隨即好轉(zhuǎn)。

3.4 常壓塔水溶性不穩(wěn)定

開車以來，合成塔入口氫碳比受前工段的制約波動(dòng)很大，造成粗甲醇組分變化較大，常壓塔多次出現(xiàn)水溶性波動(dòng)。通過加大萃取水量控制預(yù)精餾塔后甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%～85%，提高預(yù)塔不凝氣放空溫度在50～55 ℃，加大常壓塔雜醇油采出量并適當(dāng)調(diào)整采出口位置，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善。

4 結(jié)語

(1) 4+1塔甲醇精餾相比較于傳統(tǒng)的3塔精餾或 3+1塔精餾具有顯著的節(jié)能效果，精甲醇蒸汽單耗同比可節(jié)省0.20 t以上，符合國家大力推行的節(jié)能減排號召，并且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活。

(2) 與傳統(tǒng)的3塔精餾或3+1塔精餾相比，4+1塔精餾的流程復(fù)雜，特別是換熱網(wǎng)絡(luò)，因此在操作過程中更應(yīng)優(yōu)化操作，確保每個(gè)塔的操作條件與設(shè)計(jì)吻合，保證合適的回流比，才能在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低能耗。

(3) 該裝置處于開車初期，蒸汽消耗相比傳統(tǒng)工藝有所降低，但仍有優(yōu)化的空間。精餾裝置除了采用先進(jìn)的工藝，在實(shí)際運(yùn)行中，還需要不斷地優(yōu)化工藝指標(biāo)，進(jìn)一步提高甲醇收率和降低能耗。