煤制乙二醇装置羰化合成气相组分优化探讨

张向凯，曹洪刚

(河南能源化工集团濮阳永金化工有限公司，河南 濮阳　457000)



煤制乙二醇装置羰化合成气相组分优化探讨

张向凯，曹洪刚

(河南能源化工集团濮阳永金化工有限公司，河南 濮阳457000)

摘要：濮阳永金煤制乙二醇装置羰基化合成系统在高负荷运行情况下，气相中惰性组分CO2持续上涨，严重影响了主要反应物CO与MN的比例。经过对尾气系统操作压力的调整，以及对调整过程中数据的分析，采取了适当降低尾气操作压力的措施，有效地抑制了CO2的上涨，维持合成气相组分稳定。

关键词：煤制乙二醇；气相组分；操作压力；数据分析

濮阳永金煤制乙二醇项目由中国五环工程有限公司参与设计，河南能源化工集团与通辽金煤化工有限公司共同出资筹建，于2012年8月投产试车，并一次性打通全流程，产出优质乙二醇产品。经过近3年的试运行，濮阳永金乙二醇项目不断积累经验，并对装置进行多次技术改造，最终实现了装置85%负荷下的稳定运行。

濮阳永金煤制乙二醇项目采用两步合成法生产乙二醇，即羰基化合成生成草酸二甲酯，草酸二甲酯加氢生成乙二醇。在羰基化合成过程中，气相组分中反应物CO和MN(亚硝酸甲酯)比例的控制及调整直接影响到羰基化反应的选择性及草酸二甲酯产物的收率。气相组分中主要包括N2、CO2、CH4等惰性组分，惰性组分主要来源于原料气夹带以及合成反应中生成的副产物。通过尾气吸收系统将有效反应物MN回收，将惰性组分持续送往火炬系统进行燃烧，使合成气相组分中反应物及惰性组份达到动态平衡，保证羰基化反应处于最优状态。

2014年6月，濮阳永金乙二醇装置负荷提升至85%，合成系统气相组分中惰性组分CO2出现明显累积，造成羰基化反应物CO与MN比例失衡，严重影响到系统的安全稳定运行，在尾气负荷提升至最大量的情况下依然难以满足系统的正常运行。鉴于此，通过讨论，尝试将尾气吸收塔的操作压力适当下调，以此观察合成系统气相组分中CO2的变化。

1尾气吸收塔工作原理及操作压力

1.1工作原理

尾气吸收塔利用合成气相中各组分在甲醇中溶解度不同的性质，将合成气相中的NO转化成易溶于甲醇的亚酯气，并通过喷淋甲醇吸收送回合成系统中，难溶于甲醇的惰性气相组分如N2、CH4、CO2等及部分CO通过塔顶外送至火炬燃烧，最终控制合成系统气相中惰性组分的含量，保持各组分的平衡。

合成气相中各组分在甲醇中的溶解度大小关系如下：

MN>CO2>CH4>CO>H2>N2

1.2尾气吸收塔操作压力调整

尾气吸收塔原最高设计操作压力2.6 MPa(g)，实际运行过程中塔顶压力控制在1.0 MPa(g)。

2014年6月中旬，濮阳乙二醇项目负荷提升至85%，达到历史新高。在该负荷下，合成系统中惰性组分CO2含量不断上升，严重影响系统的稳定及平衡。为降低惰性组分CO2含量，调整合成气组分，尾气处理量提升至接近满负荷，高达1 500 Nm3/h左右，勉强能够满足合成系统气相组分的稳定及平衡。

针对这一情况，提出2种方案：①提高尾气吸收塔的操作温度，降低CO2在甲醇中的溶解度，从而达到释放CO2的效果；②降低尾气吸收塔的操作压力，同样可以降低CO2在甲醇中的溶解度。从安全性的角度考虑，降低尾气吸收塔的操作压力比较可靠。

1.3操作压力调整数据及效果分析

不同压力下合成气、尾气组分分析数据及其趋势见表1与图1。

表1　不同压力下合成气、尾气组分分析数据

图1　不同压力下合成气、尾气组分变化趋势

通过调整尾气吸收塔的操作压力，对比分析调整前后系统组分变化情况。如图1所示，6月14日10点20分，尾气操作压力开始下调；至16点，压力由0.989 MPa(g)降至0.911 MPa(g)，同时合成气及尾气组分中CO2体积百分均开始呈现下降趋势，CO组分有所上升，说明降低尾气操作压力有利于系统中CO2的放出，提高CO含量，继而提高CO与MN的比例，提高反应推动力，稳定气相组分的平衡。

2不同负荷下尾气运行数据分析

2.1惰性组分物料衡算

在尾气吸收塔操作压力稳定在0.9 MPa(g)的条件下，通过对不同负荷下尾气运行数据的分析以及惰性组分N2、CO2的平衡计算，得出稳定情况下合成系统不同负荷下对应的尾气处理负荷以及惰性组分的平衡情况，见表2。

表2　不同负荷下对应尾气负荷及惰性组分衡算

通过表2数据可以看出，在不同CO负荷下，尾气的负荷基本能够满足系统中惰性组分N2的平衡，而CO2的排出量要明显高于进入量，在85%负荷稳定情况下，N2、CO2基本上能满足平衡，说明在反应过程中伴随有少量的CO2生成。

2.2线性拟合分析

采用origin绘图软件对不同负荷下对应尾气量的变化趋势进行绘图，并进行了线性拟合，见图2。

图2　不同负荷下对应尾气量数据的线性拟合

通过线性拟合，得出拟合方程为y=0.107 67x-358.67，其中拟合度R2=0.95，线性拟合程度相对较低，这与采集数据总量偏少有一定关系。作为参考公式，对90%、95%、100%负荷下，即CO量为18 000 Nm3/h、19 000 Nm3/h、20 000 Nm3/h时对应的尾气量进行了计算，可得出对应的尾气负荷分别为：1 579 Nm3/h、1 687 Nm3/h、1 795 Nm3/h。

3结语

尾气吸收塔操作压力的降低，有利于合成系统中CO2的放出，同时又能保证MN的充分回收以及合成系统气相组分的稳定及平衡。

目前尾气吸收塔运行负荷偏高，操作压力已经较低，若系统负荷进一步提升，尾气吸收塔将可能面临超负荷运转或难以维持合成系统气相组分平衡的情况。所以，如何进一步优化尾气吸收塔的操作将成为煤制乙二醇装置满负荷运转的一项重要课题。

Discussion on Optimization of CTEG Unit Carbonylated Syngas Component

ZHANG Xiang-kai, CAO Hong-gang

(PuyangYongjinChemicalLimited,HenanEnergyandChemicalGroup,PuyangHenan457000China)

Abstract：Under the condition of a high load, the inert carbon dioxide in syngas at carbonylation system of Puyang Yongjin Chemical Limited CTEG unit continued to rise. High content of carbon dioxide has a strong impact on the proportion of main reactants carbon monoxide and methyl nitrite (MN). After adjustment of the tail gas system operating pressure and analysis of the data in the process of adjustment, properly lowering operating pressure has effectively restrained the rise of carbon dioxide and maintained a steady component of synthesis gas.

Keywords：CTEG； gas composition； operating pressure； data analysis

收稿日期：2015-10-19

作者简介：张向凯(1986年-)，男，2011年毕业于中国矿业大学，助理工程师，现任河南能源化工集团濮阳永金化工有限公司乙二醇车间副主任。

中图分类号：TQ 223.162

文献标识码：B

文章编号：1004-8901(2016)01-0045-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.011 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.01.012