甲醇分離器內(nèi)件的優(yōu)化

牛志峰(淄礦集團內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責任公司，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特別關(guān)鍵的設備，粗甲醇分離器的內(nèi)件結(jié)構(gòu)對粗甲醇氣液相分離效率有著決定性的影響，這些“決定性的影響”會直接影響粗甲醇產(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備的運行情況。世林化工合成裝置甲醇分離器原來最早的時候設計采用絲網(wǎng)除沫器進行甲醇分離，但是隨著系統(tǒng)負荷的提升，分離效果越來越差，越來越跟不上公司的產(chǎn)能要求，據(jù)監(jiān)測，在甲醇分離器出口氣相中甲醇含量高達3%，這樣使得合成塔反應非常不好，造成整個系統(tǒng)壓力非常高，放空量很大，而且，還會造成壓縮機軸振動、軸位移增大，大大的影響合成壓縮機的穩(wěn)定運行，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，并且嚴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)設計等方面，比如：2017年，李海濤認為對合成工段粗甲醇分離器的內(nèi)件進行優(yōu)化改造，可以解決粗甲醇分離器出口氣相帶液、循環(huán)氣壓縮機超負荷、膜分離單元無法滿負荷運行等許多實際存在的問題，可以提高甲醇的產(chǎn)量和質(zhì)量，可以降低產(chǎn)品能耗，同時可以延長設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目中甲醇合成裝置的甲醇分離器為例，對比分析了低溫復合板容器的裙座對接結(jié)構(gòu)、接管補強結(jié)構(gòu)設計，結(jié)合低溫容器結(jié)構(gòu)特點進行了升級改造，提高了經(jīng)濟效益。

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

1.2 存在的主要問題

在進行過大量的實地實驗以后，經(jīng)過對實際發(fā)生的數(shù)據(jù)進行精確的分析和對比，我們發(fā)現(xiàn)，在甲醇分離器的出口循環(huán)氣中含有嚴重超標的甲醇含量，這些甲醇含量嚴重超標的循環(huán)氣將大量的甲醇液帶入到合成氣壓縮機中，可能損壞合成氣壓縮機的葉輪，也可能會因為甲醇合成塔被帶入了大量的甲醇液體，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)我們進行的實測研究顯示，絲網(wǎng)除沫器的分離效果比較差，其主要表現(xiàn)為：當氣速過高的時候，液滴會非常不容易從絲網(wǎng)上面掉落下來，這樣會導致捕集到的霧沫又飛濺脫離開來，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，因為甲醇水冷器出口的溫度是高于設計指標的，這就導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，在水溫無法被改變的情況下，只能通過提高甲醇分離器分離效率的措施來提高甲醇產(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題，通過調(diào)研研究決定對甲醇分離器內(nèi)件進行重新設計、制作，新設計的甲醇分離器內(nèi)件采用組合結(jié)構(gòu)以分離甲醇，是利用現(xiàn)有設備殼體及內(nèi)件支撐，在原絲網(wǎng)除沫器下重新設計新增一套膜片羽翅式高效除沫器(改造后局部流程圖見附件)，原除沫器保留。

1.5 膜片羽翅式分離器的特點

膜片羽翅式分離器具有設備體積小、阻力小、抗堵塞能力強、分離效率高的特點。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流：避免了氣液對流，有利于分離。

1.6 甲醇分離器內(nèi)件改造應用效果

通過本次對甲醇分離器的技術(shù)改進如圖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，同時減少了壓縮機動力消耗，確保了壓縮機和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

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

未對工藝流程進行改造的前提下，實現(xiàn)了甲醇分離器效果的大幅提升。

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

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

3 甲醇分離器內(nèi)件改造的效益分析

世林化工分公司對合成崗位粗甲醇分離器內(nèi)件進行改造后，解決了膜分離單元無法滿負荷運行、循環(huán)氣壓縮機超負荷、粗甲醇分離器出口氣相帶液等許多問題，對生產(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，延長了設備和甲醇合成催化劑的使用壽命及裝置的平穩(wěn)運行周期，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

通過本次創(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)濟效益。