甲醇精餾系統(tǒng)蒸汽凝液余熱回收優(yōu)化設(shè)計(jì)

周　芳　姜　波　中國成達(dá)工程有限公司　成都　610041袁鵬民　張彩麗　內(nèi)蒙古榮信化工有限公司　鄂爾多斯　014300

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甲醇精餾系統(tǒng)蒸汽凝液余熱回收優(yōu)化設(shè)計(jì)

周芳姜波中國成達(dá)工程有限公司成都610041
袁鵬民張彩麗內(nèi)蒙古榮信化工有限公司鄂爾多斯014300

摘要傳統(tǒng)甲醇精餾工藝中，為回收蒸汽凝液余熱，常將精餾塔再沸器出口凝液用于預(yù)熱預(yù)精餾塔進(jìn)料原料液，但出預(yù)熱器的凝液溫度仍較高，余熱回收效果非常有限；為最大限度地回收此部分熱量，優(yōu)化設(shè)計(jì)中增設(shè)了凝液再沸器，以盡可能地分擔(dān)預(yù)精餾塔再沸熱，這樣可將凝液溫度由原來的159℃降至94℃。投產(chǎn)后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，此優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目的，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞甲醇精餾優(yōu)化設(shè)計(jì)蒸汽凝液余熱回收

*周芳:高級工程師，全國注冊化工工程師。2004年畢業(yè)于四川大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)獲碩士學(xué)位。主要從事天然氣化工和煤化工工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話：(028)65530912，E-mail：zhoufang@chengda.com。

甲醇精餾是甲醇生產(chǎn)中重要的后續(xù)加工工序，其能耗占整個(gè)甲醇生產(chǎn)裝置的20%左右。采用節(jié)能高效的精餾系統(tǒng)并優(yōu)化其內(nèi)部設(shè)計(jì)與操作，對節(jié)約成本、節(jié)能降耗、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競爭力具有重要作用。通常甲醇精餾工藝有三塔流程和兩塔流程，其中三塔流程在節(jié)能降耗方面占有明顯優(yōu)勢，一般來講，能耗是兩塔流程的60%～70%。而三塔精餾中，加壓塔再沸器熱負(fù)荷較大，需要的蒸汽消耗量大，在合理的傳熱溫差下，需要的蒸汽等級相對預(yù)塔再沸器也要高些，充分利用出該再沸器的蒸汽凝液余熱，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能降耗，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。

1流程

內(nèi)蒙某公司1000kt/a甲醇裝置采用英國Johnson Matthey的甲醇合成和精餾技術(shù)，生產(chǎn)符合美國聯(lián)邦O-M-232LAA級和中國GB 338-2004優(yōu)等級的甲醇產(chǎn)品。其中甲醇精餾采用節(jié)能的三塔流程，甲醇精餾工藝流程見圖1。

圖1　甲醇精餾工藝流程

粗甲醇進(jìn)預(yù)精餾塔(T1)，在預(yù)精餾塔(T1)中脫除輕組分，預(yù)精餾塔設(shè)置了蒸汽再沸器和蒸汽凝液再沸器。預(yù)塔塔底液體經(jīng)預(yù)塔塔底甲醇泵升壓后，進(jìn)精餾塔(T2)。精餾塔(T2)在加壓下操作，精甲醇在接近塔頂?shù)奈恢貌沙?，塔底為水和甲醇的混合物，該塔加壓運(yùn)行以便塔頂氣相有足夠高的冷凝溫度，可以用來為回收塔再沸器提供熱量。精餾塔塔底液直接進(jìn)回收塔(T3)。回收塔(T3)正好在常壓下操作，甲醇產(chǎn)品從塔頂采出，水從塔底采出。回收塔的再沸熱通過精餾塔的塔頂氣體冷凝來提供。1.1MPa(G)的蒸汽為精餾塔再沸器提供熱量，出精餾塔再沸器的蒸汽冷凝液為預(yù)塔凝液再沸器提供熱量，不足的再沸熱再由0.5MPa(G)的蒸汽提供。最終所有的蒸汽冷凝液均需冷卻到50℃，送界外化水裝置處理后，回收用作脫鹽水。

3.會計(jì)監(jiān)督風(fēng)險(xiǎn)。我國現(xiàn)階段的企業(yè)，在運(yùn)營的時(shí)候普遍存在著一個(gè)問題，就是標(biāo)準(zhǔn)的缺少，也就是這個(gè)問題的存在，使得企業(yè)存在危機(jī)，這些危機(jī)往往都是很嚴(yán)重的，嚴(yán)重到影響企業(yè)的生存，尤其是那些在運(yùn)營上有持久性和特定性的企業(yè)，產(chǎn)生的影響十分巨大，不僅僅是如此，最重要的是，風(fēng)險(xiǎn)還無法規(guī)避，這也就直接得給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)損失。

2優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較

2.1　流程比較

式中：C為花色苷濃度(mg/L)；A為pH 1.0時(shí)花色苷在520 nm與700 nm的吸光值之差減去pH 4.5時(shí)花色苷在520 nm與700 nm的吸光值之差；MW為Cyd-3-G的分子量449.2 g/mol；DF為稀釋倍數(shù)；1000為將單位由g轉(zhuǎn)化為mg的倍數(shù)；ε為摩爾消光系數(shù)26900 L/(mol·cm)；1為比色皿寬度(cm)。

據(jù)上述，凝液余熱利用優(yōu)化設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)可節(jié)省0.4MPa(G)的低壓蒸汽16.8t/h，減少循環(huán)冷卻水1022t/h(溫差按10℃)。按70元/t蒸汽的單價(jià)計(jì)，每小時(shí)節(jié)約的低壓蒸汽運(yùn)行費(fèi)用為1176元，按0.2元/t循環(huán)冷卻水的單價(jià)計(jì)，每小時(shí)節(jié)約的循環(huán)冷卻水運(yùn)行費(fèi)用為204元，則每小時(shí)可節(jié)約的總運(yùn)行費(fèi)用為1380 元，年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省994 萬元(年運(yùn)行時(shí)間按7200h計(jì))。

圖2　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)蒸汽凝液余熱利用

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將粗甲醇加熱到合理的溫度，需要的熱負(fù)荷僅為3MW，此時(shí)進(jìn)料預(yù)熱器凝液側(cè)的冷凝液溫度僅從178℃降至159℃，僅僅利用了一小部分的冷凝余熱，而要滿足送化水的冷凝液溫度，還需要消耗大量的循環(huán)冷卻水，將其從159℃進(jìn)一步降至50℃。

可見，甲醇精餾系統(tǒng)凝液余熱利用的優(yōu)化設(shè)計(jì)為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3　優(yōu)化設(shè)計(jì)蒸汽凝液余熱利用

2.2　投資差異

甲醇精餾系統(tǒng)蒸汽凝液余熱利用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的投資差異主要在換熱器上，兩種流程的相關(guān)換熱器熱負(fù)荷、換熱面積的比較見表1。

對于優(yōu)化設(shè)計(jì)：粗甲醇未經(jīng)預(yù)熱，直接進(jìn)預(yù)精餾塔，預(yù)精餾塔設(shè)置蒸汽再沸器和凝液再沸器，凝液再沸器可將128.1t/h、178℃的蒸汽冷凝液直接降溫至94℃，預(yù)精餾塔需要消耗的0.4MPa(G)低壓蒸汽可降低至31.73t/h，將31.73t/h、151℃的蒸汽冷凝液和128.1t/h、94℃的蒸汽冷凝液降至50℃，需要消耗的循環(huán)冷卻水總量為891 t/h(溫差按10℃)。

表1　設(shè)備比較表

根據(jù)表1，優(yōu)化設(shè)計(jì)后取消了進(jìn)料預(yù)熱器，增加了預(yù)精餾塔凝液再沸器，但總的設(shè)備臺數(shù)和總的熱負(fù)荷不變。因增加的預(yù)精餾塔凝液再沸器與預(yù)精餾塔蒸汽再沸器相比，換熱器的傳熱溫差減少了，從而需要的總換熱面積增大近200m2。但從對投資的影響來看，因各換熱器材質(zhì)均為碳鋼，故余熱利用優(yōu)化設(shè)計(jì)后，一次性設(shè)備總投資僅增加25萬元，即設(shè)備投資對裝置的影響較小。

傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)流程中，出精餾塔再沸器的蒸汽凝液全部送進(jìn)料預(yù)熱器，預(yù)熱進(jìn)預(yù)精餾塔的原料粗甲醇，以減少預(yù)精餾塔再沸器的蒸汽消耗，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)蒸汽凝液余熱利用見圖2。

2.3　經(jīng)濟(jì)效益

對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：粗甲醇經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)預(yù)精餾塔，預(yù)精餾塔共需要消耗0.4MPa(G)的

比較基準(zhǔn)：甲醇精餾系統(tǒng)的蒸汽凝液均需要冷卻到50℃(項(xiàng)目界外化水裝置可接受的最高溫度)。

低壓蒸汽48.53t/h，將48.53t/h、151℃的蒸汽冷凝液和128.1t/h、159℃的蒸汽冷凝液降至50℃，需要消耗的循環(huán)冷卻水總量為1913t/h(溫差按10℃)。

在求取柔直系統(tǒng)有功功率的優(yōu)化區(qū)間后，根據(jù)柔直系統(tǒng)的PQ功率圓、換流變檔位、調(diào)制比，得到柔直系統(tǒng)無功功率優(yōu)化區(qū)間。

上面兩例中，句子后面括號里的動詞可以出現(xiàn)，也可以省略。在描寫語體中，很多動詞都可以省略，形成了所謂的體詞性謂語句。當(dāng)然體詞性謂語句也是很復(fù)雜的一個(gè)句型范疇，并不僅僅完成描寫語體功能，還可以有其他的功能，比如“魯迅紹興人”、“今天星期一”等表示處所和時(shí)間的判斷句。但我們注意到典型的動詞謂語句一般不屬于描寫語體，如上文例(1)(2)中的核心動詞，是不能省略的。

為更合理地利用冷凝余熱，在滿足換熱器傳熱溫差的前提下，最大限度地回收冷凝液余熱，在本項(xiàng)目中刪除了進(jìn)料預(yù)熱器，而增加了一臺預(yù)精餾塔凝液再沸器，以充分利用精餾塔再沸器冷凝液的熱源，在合理的傳熱溫差下，可將冷凝液的溫度降低至94℃。 為方便對比，優(yōu)化設(shè)計(jì)蒸汽凝液余熱利用見圖3。優(yōu)化設(shè)計(jì)后凝液能利用的熱量為12.84MW，所提供的熱量分擔(dān)了近41%的精餾塔再沸熱。

DDC使用可變流量系統(tǒng)來控制空調(diào)水系統(tǒng)。空調(diào)在一定的水溫下工作，提高熱源機(jī)的工作效率，并通過水泵調(diào)節(jié)供水，節(jié)省能源。水系統(tǒng)冷水機(jī)組與冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔一對一運(yùn)行。

3運(yùn)行效果及驗(yàn)證情況

精餾系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行表明，蒸汽冷凝液的優(yōu)化利用達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，表2列出了凝液再沸器蒸汽冷凝液側(cè)的近期運(yùn)行參數(shù)。

表2　凝液再沸器蒸汽冷凝液側(cè)運(yùn)行參數(shù)

由表2可知，凝液再沸器的計(jì)算熱負(fù)荷平均值為11.32MW，此時(shí)對應(yīng)的裝置負(fù)荷為90%，按此換算的裝置滿負(fù)荷時(shí)所需熱負(fù)荷為12.58 MW(11.32÷90%)，與設(shè)計(jì)值相當(dāng)。

4結(jié)語

(1) 甲醇精餾系統(tǒng)蒸汽冷凝液余熱利用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，設(shè)備總投資有增加(25萬元)，但運(yùn)行費(fèi)用有所降低(年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省994 萬元)，總體上可給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)在今后的設(shè)計(jì)中，可根據(jù)項(xiàng)目具體情況，將出預(yù)精餾塔蒸汽再沸器的高溫冷凝液也一并利用起來，如用于預(yù)熱進(jìn)預(yù)精餾塔的粗甲醇等，還可進(jìn)一步挖潛節(jié)能。

(收稿日期2015-06-19)