煤制乙二醇精餾液相加氫技術(shù)改造

宮勛

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，安徽合肥231602）

乙二醇主要用于生產(chǎn)滌綸纖維（合纖單體）和包裝材料用的聚酯樹脂、防凍劑和不飽和聚酯樹脂。由于滌綸纖維和包裝用PET 材料的迅速發(fā)展，對乙二醇的需求量不斷增大，目前乙二醇已成為世界上消費量最大的多元醇，我國已成為世界最大乙二醇進口國。

煤制乙二醇工藝反應過程不同于乙烯法，生成了原乙烯法工藝所沒有的雜質(zhì)，主要雜質(zhì)：乙醇酸甲酯、1,2-丁二醇、甲酸甲酯、二甲醚、二氧戊環(huán)、甲氧基乙酸甲酯、乙二醇單甲醚、l，2-丙二醇、單(二)甲酸乙二醇酯等，其中影響220 nm 紫外線透過率的雜質(zhì)主要是低級羧酸、酯類和共軛醛，影響275 nm 紫外線透過率的雜質(zhì)主要是環(huán)狀二酮等化合物。

目前煤制乙二醇裝置通常設置脫醛樹脂床，實現(xiàn)產(chǎn)品精制，但由于草酸二甲酯催化加氫制乙二醇催化反應過程中，產(chǎn)生的微量雜質(zhì)除醛類外還有酯類和酮類，這些含有羰基的雜質(zhì)在220～350 nm 波長范圍有較大吸收，因而脫醛樹脂床產(chǎn)品精制的普適性較差，只能脫除醛類雜質(zhì)。

本技改研發(fā)的內(nèi)容：利用新型吸附催化劑具有在氫環(huán)境下對雜質(zhì)吸附的普適性和高吸附容量的特點，脫除醛類、酮類、羧酸、酯類等有機雜質(zhì)，脫除率達90%～95%。提高乙二醇UV（乙二醇紫外透光率）值，改進產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)，提高聚酯生產(chǎn)時煤基乙二醇摻混比例，同時提高煤制乙二醇整體技術(shù)先進性，實現(xiàn)聚酯級乙二醇產(chǎn)率大于98%的目標。

1 工藝路線

1.1 工藝裝置

本工藝裝置從乙二醇液相加氫原料的接收開始，到乙二醇出氣液分離罐入脫醇塔乙二醇精餾系統(tǒng)前止，主要包括原料加熱、加氫反應及氣液分離三大系統(tǒng)。

本工藝產(chǎn)品為粗乙二醇，乙二醇出氣液分離罐后入乙二醇精餾系統(tǒng)，排放廢氣為乙二醇氣液分離罐放空氣（主要為H2），閃蒸排放氣進火炬燃燒后排放，排放的固體為液相加氫催化劑（使用年限到期后送界外處理）。

1.2 工藝技術(shù)原理

脫醛樹脂床產(chǎn)品精制的特點：只脫除醛類，普適性較差。脫醛樹脂作用原理是使醛轉(zhuǎn)化為縮醛類化合物，在一定條件下縮醛會重新轉(zhuǎn)化為醛和乙二醇，因此產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性差，一段時間后產(chǎn)品中醛含量上升；聚酯生產(chǎn)工藝在PTA（精對苯二甲酸）與乙二醇高溫酯化過程中會使聚酯變色，影響聚酯質(zhì)量。

聚酯廠家通常認為煤基乙二醇對聚酯質(zhì)量影響主要為色相和端羧基。某工廠煤基乙二醇摻用比例達43%時，聚酯產(chǎn)品的色值發(fā)生變化，呈現(xiàn)出L 值下降即產(chǎn)品的透光率下降，B值上升即產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性及抗氧化能力下降，產(chǎn)品外觀偏黃。端羧基含量上升，紡絲時出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。聚酯廠家建議煤制乙二醇企業(yè)設法進一步降低雜質(zhì)含量，提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。截至2017 年底，網(wǎng)上公布已建和在建煤制乙二醇項目的企業(yè)已達45家，產(chǎn)能總計達到1 495萬噸。如果不及時解決質(zhì)量問題，等到大批工廠建成，內(nèi)在質(zhì)量差的煤基乙二醇將大量過剩。

乙二醇UV 值下降的主要原因是反應生產(chǎn)的雜質(zhì)較多以及工藝參數(shù)發(fā)生變化，直接導致物料中醛、酮、酯和羧酸類化合物濃度增加。這些微量有機物因含有C=C和C=O雙鍵及其共軛結(jié)構(gòu)基團，極微量雜質(zhì)含量即可使乙二醇在200～400 nm紫外區(qū)有較大的吸收，從而表現(xiàn)出UV值顯著下降。

乙二醇催化加氫工藝是乙二醇水溶液在非晶態(tài)骨架Ni 催化劑下進行低壓催化加氫，以提高乙二醇產(chǎn)品的UV值。催化加氫的原理是在催化劑作用下，使乙二醇溶液中微量的對紫外有吸收的不飽和鍵-C=C-，-C=O，-C=C-C=O 與H2發(fā)生加成反應，轉(zhuǎn)變?yōu)閷ψ贤鉄o吸收的飽和鍵，從而提高產(chǎn)品的紫外透過率。液相加氫催化劑以非晶態(tài)鋁鎳合金為主要骨架。以Raney 鎳為活性組分的CZ103加氫催化劑是專為固定床催化加氫法提高乙二醇UV 值和降低醛含量工藝開發(fā)的特種新型催化劑，具有催化活性高、抗污染能力強、強度好、易于裝填的特性。

液相加氫對產(chǎn)品紫外透光率提升效果明顯，通過液相加氫后，乙二醇的紫外透光率大幅度提高。物料返回到系統(tǒng)中去，可以將乙二醇的優(yōu)等品率從90%提高到近100%，大幅提高了產(chǎn)品品質(zhì)，滿足了下游聚酯廠家的要求。

1.3 工藝流程

1.3.1 原料加熱系統(tǒng)

原料加熱系統(tǒng)按一套系列設置，兩臺原料輸送泵一開一備；預熱后粗乙二醇進入加氫反應器。

來自界外的粗乙二醇首先進入原料緩沖罐，緩沖后用原料輸送泵送至進料換熱器。原料緩沖罐正常操作溫度為40℃～85℃，采用氮封控制壓力，通過分程調(diào)節(jié)維持罐內(nèi)壓力在0.1 MPaG 左右，壓力低時向緩沖罐充氮氣，壓力高時向廢氣系統(tǒng)排氣。罐底合格品乙二醇經(jīng)原料輸送泵后的壓力在0.7 MPaG 左右，以保證加氫反應壓力維持在0.6 MPaG左右。進料換熱器將乙二醇溶液加熱至～85℃，熱源為0.5 MPaG飽和蒸汽。

控制乙二醇脫丁二醇塔回流液、精制塔回流液、刮膜再沸器頂部物料混合后的溫度在乙二醇液相加氫操作溫度范圍內(nèi)。在正常運行時，上述物料不經(jīng)過換熱器換熱，通過緩沖泵加壓后直接進入加氫反應器。工藝流程見圖1。

1.3.2 液相加氫反應系統(tǒng)

乙二醇液相加氫反應系統(tǒng)設置一臺加氫反應器。

來自界區(qū)的氫氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥減壓至0.55 MPaG，與加熱后的乙二醇混合后再從頂部進入液相加氫反應器R-3503。加氫反應器的壓力通過調(diào)節(jié)進料氫氣的流量來控制，加氫反應器的反應條件為0.5 MPaG，80℃～110℃，乙二醇和氫氣自上而下通過反應器催化劑床層。加氫反應開始后，隨著氫氣消耗，反應器氣相中惰性組分的濃度逐漸升高，因此在開車初期需要定期分析反應器下段的氣體組成。當氫氣濃度小于90%時，打開反應器下段放空管線上的放空閥，并調(diào)節(jié)放空氣體的流量，將未反應的氫氣和惰性氣體排放至火炬系統(tǒng)。為防止馳放氣夾帶乙二醇液體，也可以選擇將放空氣送至閃蒸罐V-3522。當裝置穩(wěn)定后，設置定值排放，用放空管線上的調(diào)節(jié)閥和流量計自動調(diào)節(jié)放空氣體的流量。催化劑體積空速為2.5 h-1。加氫反應器為滴流床反應器，乙二醇溶液與氫氣并流向下，氫氣為連續(xù)相，乙二醇溶液為分散相。加氫后的乙二醇溶液從反應器底出料，通過物料自身的壓力和液位控制系統(tǒng)送至氣液分離罐。

圖1 乙二醇液相加氫工藝流程簡圖

1.3.3 氣液分離系統(tǒng)

設置一套氣液分離系統(tǒng)，產(chǎn)品泵一開一備。

加氫后的乙二醇在氣液分離罐中閃蒸，設置閃蒸罐目的是將乙二醇中溶解的氫氣閃蒸出，以免這部分溶解的氫氣進入精餾系統(tǒng)，造成安全風險。閃蒸的氫氣通過壓力控制送至火炬氣系統(tǒng)。閃蒸后的乙二醇通過產(chǎn)品泵送至界外。

1.4 產(chǎn)品質(zhì)量

來自乙二醇產(chǎn)品塔塔頂和乙二醇回收塔塔頂采出混合后的合格品乙二醇，紫外透光率如下：220 nm紫外透過率0～40%；275 nm紫外透過率0～40%。

通過加氫反應器后220 nm紫外透過率保證值比進料多15%，期望值多25%，275 nm紫外透過率保證值比進料多40%，期望值多45%；加氫處理后的乙二醇經(jīng)過精餾后聚酯級乙二醇優(yōu)產(chǎn)率不得低于98%。

2 項目投資及效益分析

以某公司30 萬t/年煤制乙二醇裝置為例分析其效益。液相加氫生產(chǎn)規(guī)模乙二醇3 萬t/年，年操作時間8 000 h。

2.1 投資估算

2.1.1 主要設備（表1）

表1 主要設備

2.1.2 投資估算

本投資估算范圍包括廠內(nèi)的工藝設備及材料、自控設備及材料、電氣設備及材料、廠區(qū)內(nèi)綜合管線及建構(gòu)筑物等工程費用和其他費用。項目建設總投資500萬元。

2.2 消耗定額（表2）

表2 消耗定額

2.3 產(chǎn)品成本

2.3.1 成本費用估算說明

表3 主要原輔材料價格

（1）折舊與攤銷費。固定資產(chǎn)折舊采用綜合折舊法，根據(jù)財政部《工業(yè)企業(yè)固定資產(chǎn)分類折舊年限表》及國家稅務總局2000頒發(fā)的《企業(yè)所得稅稅前扣除辦法》規(guī)定的最低年限要求，綜合折舊年限按14年，殘值率5%。

（2）固定資產(chǎn)維理費。本項目固定資產(chǎn)修理費按固定資產(chǎn)原值的3.0%計算。

（3）銷售費用。按銷售收入的2.0%計算。

（4）其他費用。其他費用為制造費用、管理費用中扣除工資及附加、折舊費、攤銷費、維修費后的費用。為簡化計算,其他費用按固定資產(chǎn)原值的1.0%估列。

2.3.2 年總成本費用（表4）

表4 年總成本費用 （單位：萬元）

2.4 效益估算

（1）增加銷售收入：3萬t/年×800元/t＝2 400萬元

注：800元/t為合格品EG和優(yōu)等品EG的平均差價。

（2）消耗

（150×0.6×3.75 t/h+0.6×1+1×1）×8 000+2 500 000/3=354萬元

注：循環(huán)乙二醇精餾消耗0.6 t 蒸汽/t EG，150 元/t蒸汽；電耗：0.6元/kW·h，按新增泵功率1 kW計；馳放的氫氣（每小時消耗0.1 kg/h，氫氣馳放氣的單價按1 元/Nm3計）。催化劑使用周期為3年，價格250萬元。

（3）綜合效益

2 400-354＝2 046（萬元）

半年即可收回投資。

以上只是從乙二醇非優(yōu)級品轉(zhuǎn)化為優(yōu)級品的增效作分析，而實際運行中，因使用此催化劑而延長主加氫催化劑和脫醛樹脂使用壽命的增益，及聚酯級乙二醇的質(zhì)量整體提高而產(chǎn)生的增值收益，此處未做累加。

綜上所述，本技改項目具有較好的盈利能力，并有較強的抗風險能力，財務評價亦可行。

3 展望

液相加氫裝置可同時提高乙二醇聚酯級產(chǎn)品率和延長精餾洗塔周期；與精餾系統(tǒng)無縫對接，基本不消耗蒸汽和循環(huán)水；對現(xiàn)有裝置運行影響小，基本不增加精餾能耗；延長樹脂使用壽命或不再使用脫醛樹脂，降低生產(chǎn)費用；工藝流程短，投資小，建設周期短，見效快。因此本項技改具有很大的推廣前景?！?/p>