论文部分内容阅读
摘 要：绍了Shell粉煤气化制甲醇工艺中“3+1”塔精馏工艺系统流程及实际运行情况。对装置运行中出现的不凝气温度过高、现场放空带醇严重等问题进行分析、采取有效改造措施和技术操作优化调整。解决“3+1”塔精馏工艺中高负荷下系统存在的问题以及精馏系统夏季消耗高的难题，不仅保证装置安全稳定运行，同时满足经济运行。
关键词：“3+1”塔精馏 不凝气 冷凝器 高负荷 喷液
河南龙宇煤化工有限公司年产50万吨甲醇，采用Shell粉煤气化制甲醇工艺，其中甲醇精馏采用的是“3+1”塔甲醇精馏工艺，该工艺中是以规整填料为塔内件的三塔精馏，另外为了减少甲醇的损失，增设了一个回收塔，以对污水中的甲醇进行回收处理，故叫“3+1”塔工艺流程，该工艺中的塔器采用槽式液体分布器和槽—盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，同时内装规整填料为塔内件的3+1塔精馏工艺：能耗低，比两塔工艺减少蒸汽消耗约30%左右；分离效率高、操作弹性大、生产能力大；精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高：采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题。
本文就“3+1”塔精馏装置实际运行过程中出现的不凝气温度高、不凝气现场放空带醇等问题进行浅析。
一、“3+1”塔精馏工艺流程简介
1.预精馏系统
来自甲醇合成装置的粗甲醇（40℃、0.5MPaA），首先进入粗甲醇预热器E-15501的管程，被壳程的低压蒸汽冷凝液加热到70℃左右，然后进入预精馏塔C-15501的上部。
预精馏塔C-15501顶部出来的气相，首先进入预塔一级冷凝器E-15506的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到67.5℃，冷却下来的液体进入预塔回流槽T-15501中；从预塔一级冷凝器E-15506出来的气体进入预塔二级冷凝器E-15515的壳程（从预塔二级冷凝器E-15515的壳程出来的气体进入预塔三级冷凝器E-15516），E-15515、E-15516的物料被管程的循环冷却水冷却到40℃左右，冷凝下来的液体进入萃取槽T15508 中，经工艺水萃取后，甲醇水溶液进入预塔回流槽T-15501中，萃取出来的物料去杂醇油罐；三级冷凝器中出来的带有甲醇的不凝气，进排放槽T15506中，用水洗涤其中的甲醇后，不凝气去放空总管。
回流槽T-15501中的甲醇溶液，经预塔回流泵送入预塔C-15501的頂部作回流液。预塔塔釜的预后甲醇经液位控制后去加压塔进一步精馏。
低压蒸汽和加压塔来的低压蒸汽冷凝液，分别进入预塔C-15501的再沸器E-15510 和E-15514，对管程的介质进行加热来为预塔精馏提供热量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加热粗甲醇。
为了防止粗甲醇中的酸性物质对管道和设备造成腐蚀，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，将粗甲醇的PH值控制在7.5-8左右。
2.加压精馏系统
预精馏塔出来的预后甲醇，经加压精馏塔给料泵加压后，进入加压塔进料/釜液换热器E-15513的管程，被壳程介质加热到泡点后，进入加压精馏塔C-15502的下部，塔顶出来的甲醇蒸气进入冷凝器/再沸器E-15507的壳程，被管程的介质冷凝后进入加压塔回流槽T-15502，回流槽中出来的冷凝液甲醇，部分经加压塔回流泵加压后进入加压塔顶作回流液，其余的甲醇液进入加压塔精甲醇冷却器E-15502的壳程，被管程的循环冷却水冷却到40℃后，去中间罐区的精甲醇计量罐（或粗甲醇储罐）。出加压塔釜液去常压塔继续精馏。
低压蒸汽进入加压塔再沸器E-15511，为加压塔精馏提供热量，被冷凝后的低压蒸汽冷凝液，去E-15510继续作加热介质用。
3.常压精馏系统
加压塔釜液与加压塔的进料液在E-15513中进行换热后，进入常压精馏塔C-15503的下部，塔顶出来的甲醇蒸气进入常压塔冷凝器E-15508的壳程，被管程的循环冷却水冷凝冷却后，进常压塔回流槽T-15503中，回流槽出来的液体经常压塔回流泵加压后，一部分进常压塔顶作回流液用，其余作精甲醇去中间罐区。
常压精馏塔精馏的热量来自于进入常压塔再沸器E-15507的加压塔顶甲醇蒸气的冷凝热。
4.回收塔系统
常压塔底出来的废水，含有2%左右的甲醇，经回收塔进料泵加压后，进入回收塔C-15504，同时还可以接收来自氢回收的含醇水、二甲醚杂醇油以及中间杂醇油罐的杂醇进行提浓。回收塔塔顶出来的气相，进回收塔冷凝器E-15509的壳程，被管程的循环冷却水冷却到45℃左右，进入回流槽T-15504，回流槽出来的液体经回收塔回流泵加压后，部分进回收塔顶部作回流液，其余去中间罐区的杂醇油储罐。
低压蒸汽进入回收塔再沸器E-15512的壳程，加热管程介质后为回收塔精馏提供热量。蒸汽冷凝液去E-15514。
回收塔底出来的釜液，含有微量的甲醇和有机物，经废水冷却器E-15504中的循环冷却水冷却到40℃左右后，送出界区去污水生化处理装置。
二、操控温度指标
三、存在的问题
1.在粗甲醇进料60m3/h以上负荷时表现为二级冷凝器E15515出口气相温度高于甲醇沸点温度，以至于精馏不凝气中甲醇含量超标，加重了回收塔C15504的负荷，使精馏工序收率降低，初步估算一天损失5～8吨甲醇；同时导致酸脱工序放空气洗涤塔C15206和甲醇水塔C15205处理负荷过重，废水很难保证达标。特别是在粗甲醇质量下降和精馏高负荷生产时，此矛盾会更加突出；
2.精馏系统无论是高负荷生产还是杂醇油提纯投用回收塔，都会造成现场放空带液，特别是高负荷工况下，现场放空喷液尤其严重，精馏装置一楼至三楼几乎无法进行正常巡检，必须戴上防毒面具才能进行作业，不仅对操作人员的人身安全构成威胁同时也造成大量甲醇的浪费，目前这种状况受系统负荷和循环水温影响无法改变，给安全稳定运行埋下了隐患。 四、工艺优化改造
1.对于不凝气温度高问题，我们经过分析和查找资料认为主要一是二级冷凝器结构不合理；二是冷却水量低、处理能力偏小，理由如下：
查阅河南龙宇煤化工有限公司50万吨/年甲醇精馏系统技术艺包中大负荷设计条件中二级冷凝器循环水用量为295m3/h，按现有循环水设计管道￠114×4核算循环冷却水量为60m3/h；同时观察二级冷凝器E15515循环水出口温度在60℃以上，可以初步断定循环水量远不能满足生产要求，针对以上缺陷，我们做了如下工作：
1.1将 E15515进出循环水支管道由Φ114×4改为Φ168×5规格增加循却水量，主循环水管道铺设Φ273×6规格，保证总循环水量。
1.2降低E15515甲醇出液管的“几字弯”（原设计“几字弯”过高，使换热器内大量积存液位，相当于减少了换热面积），增加了E15515的有效换热面积。
1.3在E15515出口不凝气管线上增设一台水冷器（利用酸脱拆下的换热器E15218）用以降低不凝气温度。
1.4将回收塔不凝气放空管线MG15511-2″改接至排放槽T15506进气管线MG15503-6″上，使回收塔不凝气先经过排放槽洗涤，降低放空气中甲醇含量。
1.5主要技术性能指标：保证二级冷凝器E15515循环水用量为295m3/h；提高预塔塔底温度，控制TI15501为78℃；保证预塔冷凝器后不凝气温度TIC15532为40℃。
2.针对精馏现场放空带液的问题[1]，我们制定了两套改进措施。
2.1将不凝气预热器E15505更改为不凝氣冷却器。如图1
原壳程介质低压蒸汽更换成脱盐水，以冷却不凝气中的甲醇蒸汽，回收甲醇，同时也避免甲醇排放至大气中对环境造成的污染。
2.2在精馏现场放空排放口加气液分离器，如图2
在精馏现场放空排放口加气液分离器，内部填充金属丝网，分离器顶部引出排放口排至大气中，底部配管至精馏现场漏斗内，以回收分离下来的甲醇。
分离器选用￠300mm普通钢管（利用废旧物资），高度350mm，分离器上部装填150mm金属丝网，顶部放空管线直接焊接，底部排液管法兰连接，排液管线规格￠50mm；分离器底部向排液口处有一定倾斜。
五、结束语
1.针对“3+1”塔精馏高负荷运行存在的问题所采取的改造措施，优化了工艺，解决了二级冷凝器E15515出口气相温度高的问题，有效降低精馏不凝气中甲醇含量，减轻回收塔C15504的负荷，提高精馏工序收率，每天能够回收甲醇5～8吨，经济效益显著。
2.不凝气现场放空的两项改造措施解决了不凝气放空喷液问题，降低了回收塔的负荷，能够减少废气、废水排放，有效降低了对环境的污染；而且能够确保在粗甲醇质量发生变化时维持精馏大负荷生产制造出优质产品。
参考文献
[1]王永全.甲醇精馏技术简述[J].化肥设计，2004，42（2）：22-24.黄洁，高燕如，唐伯国，等.甲醇三效精馏的讨论[J].中氮肥，2004（3）：12-15.
[2]汤海琦.50kt/a甲醇精馏装置设计运行总结[J].山西化工，2005，25（3）：66-67.
[3]高波，徐海婴，李汉东.甲醇精馏装置扩产改造及运行总结[J].大氮肥，2006，29（1）：10-12.
作者简介：方勇进（1974-），男，河南安阳人，1995年毕业于郑州工学院精细化工专业，化工工艺工程师，现主要从事化工生产管理等工作。
关键词：“3+1”塔精馏 不凝气 冷凝器 高负荷 喷液
河南龙宇煤化工有限公司年产50万吨甲醇，采用Shell粉煤气化制甲醇工艺，其中甲醇精馏采用的是“3+1”塔甲醇精馏工艺，该工艺中是以规整填料为塔内件的三塔精馏，另外为了减少甲醇的损失，增设了一个回收塔，以对污水中的甲醇进行回收处理，故叫“3+1”塔工艺流程，该工艺中的塔器采用槽式液体分布器和槽—盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，同时内装规整填料为塔内件的3+1塔精馏工艺：能耗低，比两塔工艺减少蒸汽消耗约30%左右；分离效率高、操作弹性大、生产能力大；精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高：采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题。
本文就“3+1”塔精馏装置实际运行过程中出现的不凝气温度高、不凝气现场放空带醇等问题进行浅析。
一、“3+1”塔精馏工艺流程简介
1.预精馏系统
来自甲醇合成装置的粗甲醇（40℃、0.5MPaA），首先进入粗甲醇预热器E-15501的管程，被壳程的低压蒸汽冷凝液加热到70℃左右，然后进入预精馏塔C-15501的上部。
预精馏塔C-15501顶部出来的气相，首先进入预塔一级冷凝器E-15506的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到67.5℃，冷却下来的液体进入预塔回流槽T-15501中；从预塔一级冷凝器E-15506出来的气体进入预塔二级冷凝器E-15515的壳程（从预塔二级冷凝器E-15515的壳程出来的气体进入预塔三级冷凝器E-15516），E-15515、E-15516的物料被管程的循环冷却水冷却到40℃左右，冷凝下来的液体进入萃取槽T15508 中，经工艺水萃取后，甲醇水溶液进入预塔回流槽T-15501中，萃取出来的物料去杂醇油罐；三级冷凝器中出来的带有甲醇的不凝气，进排放槽T15506中，用水洗涤其中的甲醇后，不凝气去放空总管。
回流槽T-15501中的甲醇溶液，经预塔回流泵送入预塔C-15501的頂部作回流液。预塔塔釜的预后甲醇经液位控制后去加压塔进一步精馏。
低压蒸汽和加压塔来的低压蒸汽冷凝液，分别进入预塔C-15501的再沸器E-15510 和E-15514，对管程的介质进行加热来为预塔精馏提供热量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加热粗甲醇。
为了防止粗甲醇中的酸性物质对管道和设备造成腐蚀，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，将粗甲醇的PH值控制在7.5-8左右。
2.加压精馏系统
预精馏塔出来的预后甲醇，经加压精馏塔给料泵加压后，进入加压塔进料/釜液换热器E-15513的管程，被壳程介质加热到泡点后，进入加压精馏塔C-15502的下部，塔顶出来的甲醇蒸气进入冷凝器/再沸器E-15507的壳程，被管程的介质冷凝后进入加压塔回流槽T-15502，回流槽中出来的冷凝液甲醇，部分经加压塔回流泵加压后进入加压塔顶作回流液，其余的甲醇液进入加压塔精甲醇冷却器E-15502的壳程，被管程的循环冷却水冷却到40℃后，去中间罐区的精甲醇计量罐（或粗甲醇储罐）。出加压塔釜液去常压塔继续精馏。
低压蒸汽进入加压塔再沸器E-15511，为加压塔精馏提供热量，被冷凝后的低压蒸汽冷凝液，去E-15510继续作加热介质用。
3.常压精馏系统
加压塔釜液与加压塔的进料液在E-15513中进行换热后，进入常压精馏塔C-15503的下部，塔顶出来的甲醇蒸气进入常压塔冷凝器E-15508的壳程，被管程的循环冷却水冷凝冷却后，进常压塔回流槽T-15503中，回流槽出来的液体经常压塔回流泵加压后，一部分进常压塔顶作回流液用，其余作精甲醇去中间罐区。
常压精馏塔精馏的热量来自于进入常压塔再沸器E-15507的加压塔顶甲醇蒸气的冷凝热。
4.回收塔系统
常压塔底出来的废水，含有2%左右的甲醇，经回收塔进料泵加压后，进入回收塔C-15504，同时还可以接收来自氢回收的含醇水、二甲醚杂醇油以及中间杂醇油罐的杂醇进行提浓。回收塔塔顶出来的气相，进回收塔冷凝器E-15509的壳程，被管程的循环冷却水冷却到45℃左右，进入回流槽T-15504，回流槽出来的液体经回收塔回流泵加压后，部分进回收塔顶部作回流液，其余去中间罐区的杂醇油储罐。
低压蒸汽进入回收塔再沸器E-15512的壳程，加热管程介质后为回收塔精馏提供热量。蒸汽冷凝液去E-15514。
回收塔底出来的釜液，含有微量的甲醇和有机物，经废水冷却器E-15504中的循环冷却水冷却到40℃左右后，送出界区去污水生化处理装置。
二、操控温度指标
三、存在的问题
1.在粗甲醇进料60m3/h以上负荷时表现为二级冷凝器E15515出口气相温度高于甲醇沸点温度，以至于精馏不凝气中甲醇含量超标，加重了回收塔C15504的负荷，使精馏工序收率降低，初步估算一天损失5～8吨甲醇；同时导致酸脱工序放空气洗涤塔C15206和甲醇水塔C15205处理负荷过重，废水很难保证达标。特别是在粗甲醇质量下降和精馏高负荷生产时，此矛盾会更加突出；
2.精馏系统无论是高负荷生产还是杂醇油提纯投用回收塔，都会造成现场放空带液，特别是高负荷工况下，现场放空喷液尤其严重，精馏装置一楼至三楼几乎无法进行正常巡检，必须戴上防毒面具才能进行作业，不仅对操作人员的人身安全构成威胁同时也造成大量甲醇的浪费，目前这种状况受系统负荷和循环水温影响无法改变，给安全稳定运行埋下了隐患。 四、工艺优化改造
1.对于不凝气温度高问题，我们经过分析和查找资料认为主要一是二级冷凝器结构不合理；二是冷却水量低、处理能力偏小，理由如下：
查阅河南龙宇煤化工有限公司50万吨/年甲醇精馏系统技术艺包中大负荷设计条件中二级冷凝器循环水用量为295m3/h，按现有循环水设计管道￠114×4核算循环冷却水量为60m3/h；同时观察二级冷凝器E15515循环水出口温度在60℃以上，可以初步断定循环水量远不能满足生产要求，针对以上缺陷，我们做了如下工作：
1.1将 E15515进出循环水支管道由Φ114×4改为Φ168×5规格增加循却水量，主循环水管道铺设Φ273×6规格，保证总循环水量。
1.2降低E15515甲醇出液管的“几字弯”（原设计“几字弯”过高，使换热器内大量积存液位，相当于减少了换热面积），增加了E15515的有效换热面积。
1.3在E15515出口不凝气管线上增设一台水冷器（利用酸脱拆下的换热器E15218）用以降低不凝气温度。
1.4将回收塔不凝气放空管线MG15511-2″改接至排放槽T15506进气管线MG15503-6″上，使回收塔不凝气先经过排放槽洗涤，降低放空气中甲醇含量。
1.5主要技术性能指标：保证二级冷凝器E15515循环水用量为295m3/h；提高预塔塔底温度，控制TI15501为78℃；保证预塔冷凝器后不凝气温度TIC15532为40℃。
2.针对精馏现场放空带液的问题[1]，我们制定了两套改进措施。
2.1将不凝气预热器E15505更改为不凝氣冷却器。如图1
原壳程介质低压蒸汽更换成脱盐水，以冷却不凝气中的甲醇蒸汽，回收甲醇，同时也避免甲醇排放至大气中对环境造成的污染。
2.2在精馏现场放空排放口加气液分离器，如图2
在精馏现场放空排放口加气液分离器，内部填充金属丝网，分离器顶部引出排放口排至大气中，底部配管至精馏现场漏斗内，以回收分离下来的甲醇。
分离器选用￠300mm普通钢管（利用废旧物资），高度350mm，分离器上部装填150mm金属丝网，顶部放空管线直接焊接，底部排液管法兰连接，排液管线规格￠50mm；分离器底部向排液口处有一定倾斜。
五、结束语
1.针对“3+1”塔精馏高负荷运行存在的问题所采取的改造措施，优化了工艺，解决了二级冷凝器E15515出口气相温度高的问题，有效降低精馏不凝气中甲醇含量，减轻回收塔C15504的负荷，提高精馏工序收率，每天能够回收甲醇5～8吨，经济效益显著。
2.不凝气现场放空的两项改造措施解决了不凝气放空喷液问题，降低了回收塔的负荷，能够减少废气、废水排放，有效降低了对环境的污染；而且能够确保在粗甲醇质量发生变化时维持精馏大负荷生产制造出优质产品。
参考文献
[1]王永全.甲醇精馏技术简述[J].化肥设计，2004，42（2）：22-24.黄洁，高燕如，唐伯国，等.甲醇三效精馏的讨论[J].中氮肥，2004（3）：12-15.
[2]汤海琦.50kt/a甲醇精馏装置设计运行总结[J].山西化工，2005，25（3）：66-67.
[3]高波，徐海婴，李汉东.甲醇精馏装置扩产改造及运行总结[J].大氮肥，2006，29（1）：10-12.
作者简介：方勇进（1974-），男，河南安阳人，1995年毕业于郑州工学院精细化工专业，化工工艺工程师，现主要从事化工生产管理等工作。