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)

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)濟的發(fā)展我國甲醇生產(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多、能耗過大的情況。因此，對甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化進行分析尤為重要。

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。本文通過對甲醇合成及精餾單元的能效優(yōu)化進行分析，以期我國甲醇裝置以及相關(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

來自凈化工段的甲醇合成氣（P=3.0～3.2MPa(G)，T＜40℃），首先與氫回收來的富氫氣混合，進入合成氣壓縮機一段進行壓縮后與循環(huán)氣混合，再經(jīng)循環(huán)段壓縮后進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行如下反應(yīng)

反應(yīng)生成甲醇和水及少量有機雜質(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)氣再進入循環(huán)水冷卻器進一步冷卻至40℃以下，此時大部分的甲醇冷凝下來，進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，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，排出的弛放氣進入弛放氣洗滌塔，由高壓密封水洗滌其中的甲醇氣體，不含甲醇的弛放氣送至氫回收工段，回收其中的有效氣體。回收的富氫氣同新鮮氣匯合后，經(jīng)壓縮機升壓后進入甲醇合成塔。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工噴射器來進行的，通過手輪調(diào)節(jié)進入ZⅡ2001A/B的過熱蒸汽流量，帶動爐水循環(huán)，使催化劑溫度逐漸上升[1]。

1.2 甲醇精餾工藝流程

來自甲醇合成工段膨脹槽的粗甲醇進入粗甲醇貯槽，粗甲醇經(jīng)粗甲醇進料泵加壓后送入預(yù)精餾塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通過PⅡ2112泵出口管線，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，進入預(yù)精餾塔，預(yù)塔共有三段填料，進料口設(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物質(zhì)，塔頂設(shè)置兩個冷凝器，分別是預(yù)精餾塔一級冷凝器和預(yù)精餾塔二級冷凝器。EⅡ2102將塔內(nèi)上升氣中的甲醇大部分冷凝下來,甲醇冷凝液進入預(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，不凝氣則通過壓力調(diào)節(jié)閥PV22102控制，排至火炬總管焚燒處理。經(jīng)過EⅡ2103回收的甲醇進入甲醇萃取槽，用甲醇合成馳放氣洗滌水進行萃取，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，自流進入甲醇油貯槽，由甲醇油輸送泵送入罐車運走。

預(yù)精餾塔底的甲醇水溶液經(jīng)加壓塔進料泵加壓送至加壓塔下部，加壓塔為填料塔，共五段填料，進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入冷凝器/再沸器，作為常壓塔的熱源，甲醇蒸汽被冷凝后進入加壓塔回流槽（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)，之后通過加壓塔底部排出的甲醇液經(jīng)EⅡ2112A/B換熱降溫后進入常壓塔。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，進料口有三個，分別設(shè)在第1、9、19塊塔板上。從常壓塔頂出來的甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器冷至40～55℃后，進入常壓塔回流槽（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)線采出口，富含乙醇及其它雜醇的甲醇水溶液由FV22125控制進入汽提塔進料槽（VⅡ2101），經(jīng)汽提塔進料泵加壓后送入汽提塔。

常壓塔塔底廢水通過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℃。

由汽提塔入料槽來的原料，在塔中部第5、11、17層塔板上進入汽提塔；由常壓塔廢水泵來的原料，在塔中部第6、12、18層塔板上進入汽提塔；側(cè)線采出在第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)動甲醇合成及精餾單元運行，對電耗的優(yōu)化一直是優(yōu)化方法首要考慮的內(nèi)容。來自甲醇合成工段膨脹槽的粗甲醇進入粗甲醇貯槽，粗甲醇經(jīng)粗甲醇進料泵加壓后送入預(yù)精餾塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通過PⅡ2112泵出口管線，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、能量回收合理、開工方便、副產(chǎn)物少等優(yōu)勢。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,通過膜分離回收H2，以降低甲醇合成原料氣的消耗。相對于變壓吸附回收H2，膜分離具有流程簡單、操作可靠、投資低等優(yōu)點，從而可實現(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，且可以制得雙A級甲醇產(chǎn)品。

3 結(jié)語

綜上所述，伴隨我國科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟的不斷發(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，應(yīng)注重環(huán)境與經(jīng)濟的可持續(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，從而達到相關(guān)企業(yè)經(jīng)濟可持續(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).