陕西兴化甲醇装置综合节能技改小结

李军朝

（陕西兴化集团有限责任公司，陕西兴平 713100）

0 引 言

陕西兴化集团有限责任公司（简称陕西兴化）300kt／a甲醇装置由华陆工程科技有限责任公司进行工程设计，甲醇合成系统采用华东理工大学的“管壳外冷-绝热复合式反应器”，精馏系统采用 “3＋1”塔精馏工艺。甲醇装置自2011年10月投运以来，整体运行稳定，其产能和产品质量均达到设计要求。为进一步降低生产成本，提高装置的运行效率，满足国家、地方新颁布的相关安全和环保法律法规要求，近年来陕西兴化针对甲醇装置运行过程中存在的问题主要实施了三项技术改造，以下对有关情况作一介绍。

1 甲醇合成膨胀槽闪蒸气中甲醇的回收

1.1 改造背景

原设计甲醇合成膨胀槽闪蒸气直接送至燃料气管网燃烧排放，闪蒸气量约300m3／h，其组分为H232.46%、CO17.18%、CO227.86%、CH43.61%、N25.03%、Ar3.26%、CH3OH 10.19%、H2O 0.41%。闪蒸气中的甲醇含量高达10.19%，直接（燃烧）排放不仅造成大量甲醇的浪费，而且会对环境造成严重污染。

1.2 改造原理

任何工况下，甲醇均以3种形态存在，即液态甲醇、雾状甲醇和气态甲醇；不同工况下，3种形态的甲醇占比不同，一般来说，压力越高、温度越低，雾状甲醇和气态甲醇的占比越低。

传统的机械式分离，只能分离液态甲醇，不能分离雾状甲醇，更不能分离气态甲醇。因此，要想彻底地分离雾状甲醇和气态甲醇，只能采用吸收法，最好的吸收剂是水，利用甲醇和水可以任意比例互溶的性质，用水吸收雾状甲醇和气态甲醇，使其变成甲醇水溶液，从而达到将雾状甲醇和气态甲醇全部分离下来的目的，而且用水吸收甲醇不会对原工况产生不利影响。

1.3 技改思路

新增1台闪蒸气回收塔，将含醇闪蒸气引至回收塔中部，在回收塔顶部加入脱盐水 （喷淋），液相（脱盐水）与气相逆流接触，使气相中的雾状甲醇和气态甲醇得到洗涤，气相自下而上逐级净化，尾气再送燃料气管网燃烧以回收热量；液相则自上而下逐级提浓，在回收塔塔底得到稀甲醇水溶液，送至甲醇精馏萃取槽作为萃取水回收利用，由此闪蒸气中的甲醇得以回收。

1.4 闪蒸气回收塔设计方案

据工艺条件，闪蒸气回收塔有关设计参数为：入口气量≤750m3／h，入口温度≤50℃，入口压力≤0.6MPa，总阻力≤0.03MPa。

新增的闪蒸气回收塔规格为φ600mm×8mm×8500mm；回收塔上部为高效除雾装置，可将气相中的甲醇含量降至0.07%以下，确保出口气中不带（或尽量少带）水和醇；中下部为高效复合塔板，用少量的水将闪蒸气中的甲醇吸收成浓度为50%以上的甲醇水溶液，分离效率可达85%以上，用水量仅为70kg／h。闪蒸气回收塔体积小，操作稳定、简单，一次调节好后无需专人操作，可长周期运行10a以上，无需特别的检修，检修也只需蒸汽热洗。

1.5 技改效果

闪蒸气回收塔投运后，洗涤后的闪蒸气中甲醇含量降至0.07%以下，彻底回收了闪蒸气中的甲醇，按闪蒸气量300m3／h计算，每年可回收甲醇335t，不仅带来了一定的经济效益，而且生产环境和周边环境得以改善。

2 膜分离氢回收系统非渗透气中有效气的回收

2.1 改造背景

原设计甲醇合成弛放气送至膜分离氢回收系统，经膜回收后，渗透气（氢气）返回甲醇合成系统继续参与反应，非渗透气（尾气）送至燃料气管网燃烧以回收热量。

满负荷生产时，甲醇合成弛放气量约5200 m3／h，其组分为H275.30%、CO7.50%、CO22.20%、CH42.00%、N28.30%、Ar4.10%、CH3OH0.63%、H2O0.03%；膜回收后产生的非渗透气（尾气）量约1400m3／h，其组分为H239.20%、CO16.00%、CO22.40%、CH47.50%、N223.30%、Ar11.50%、CH3OH 0.02%、H2O 0.02%，即非渗透气中的有效气（CO＋H2）含量高达55.20%，直接送至燃料气管网燃烧排放不仅造成大量有效气的浪费，而且污染环境。

2.2 技改思路

陕西兴化合成氨装置设计产能为300kt／a，气化炉所产粗煤气经变换、低温甲醇洗、液氮洗后得到纯净的氢气，经配氮后，送至氨合成系统，氨合成系统产出的液氨一部分送液氨罐区，一部分送下游工序供用户使用。

目前，陕西兴化合成氨装置变换系统、净化系统、氨合成系统均有部分余量，因此，完全可以利用这一优势将甲醇装置膜分离氢回收系统产生的非渗透气送往合成氨装置生产液氨，如此一来，不仅可回收非渗透气中的有效成分（CO＋H2），增产液氨，而且可减轻非渗透气直接燃烧排放造成的环境污染。

2.3 非渗透气中有效气回收设计方案

为减少投资，将陕西兴化原有2台闲置压缩机进行升级改造——重新设计压缩机气缸及转动部件，使其适应非渗透气提压工况；从膜分离氢回收系统非渗透气出口到压缩机入口，再到合成氨装置变换炉入口，重新配置高压管道；其配套电机、油站、换热器及循环冷却水系统满足新工况需求，不作变动。

改造后的压缩机工艺设计参数为：流量4529m3／h，入口压力4.2～4.5MPa（A），入口温度40℃，出口压力6.3MPa（A），出口温度（冷却后）40℃，配套电机功率200kW。

2.4 技改效果

满负荷生产时，甲醇合成弛放气量约5200 m3／h、膜分离氢回收系统非渗透气量约1400 m3／h，按回收率85%、吨氨耗氢2000m3计算，此举每年可多产液氨1950t，效益非常可观。

3 甲醇精馏系统低位热能的回收

3.1 技改背景

甲醇精馏系统采用“3＋1”塔精馏工艺，预精馏塔（简称预塔）、加压塔、汽提塔采用1.0MPa、198℃低压饱和蒸汽加热，产生的高温蒸汽冷凝液加热预塔进料后并入冷凝液管网，外排冷凝液温度高达128℃，而实际生产中预塔塔釜操作温度约74℃，预塔进料温度约50℃，显然，外排冷凝液温度较高，冷凝液热量利用不充分。

3.2 技改思路

生产中，甲醇精馏系统外排蒸汽冷凝液温度高达128℃，而预塔塔釜操作温度约74℃，若能将高温蒸汽冷凝液的热量回收用于预塔釜液加热，将会有效减少预塔蒸汽的用量，这从理论上来说是可行的。

3.3 甲醇精馏系统低位热能回收设计方案

预塔新增1台再沸器，与原再沸器并联使用，将加压塔和汽提塔产生的高温蒸汽冷凝液（温度约130℃）送至预塔新增再沸器加热釜液，加热釜液后回收的冷凝液（温度约95℃）再送至预塔进料预热器，用于将粗甲醇进料温度由35℃提高至65℃；为进一步提高传热速率，增大原预塔进料预热器的换热面积，以提高预塔进料温度，保证预塔泡点进料，达到降低蒸汽消耗、提高蒸汽利用效率的目的。为论证方案的可行性，进行如下相关计算。

按精甲醇产量1000t／d计算，加压塔和汽提塔产生的高温蒸汽冷凝液量m1＝50.5＋2＝52.5t／h＝52.5×103kg／h，新增预塔再沸器后，蒸汽冷凝液在再沸器中放出的热量Q1＝m1·Cp1·△T1＝52.5×103×4.183× （130-95） ＝7.69×106kJ／h［蒸汽冷凝液的定压比热容取4.183kJ／（kg·K）］；粗甲醇进料量为54×103kg／h，粗甲醇进料温度为35℃，预热后的温度为65℃，预热器的热负荷Q2＝m2·Cp2·△T2＝54×103×0.58×（65-35）＝0.94×106kJ／h［粗甲醇的定压比热容取0.58kJ／（kg·K）］。上述两项合计可回收的总热量Q总＝Q1＋Q2＝7.69×106＋0.94×106＝8.63×106kJ／h，折合蒸汽量为8.63×106÷2725.26＝3167kg／h＝3.167t／h［1.0MPa蒸汽的焓值为2725.26kJ／kg］，即甲醇精馏系统外排高温蒸汽冷凝液回收利用后，理论上可以减少1.0MPa蒸汽用量3.167t／h。

3.4 技改效果

甲醇精馏系统低位热能回收利用技改项目投用后，在1000t／d精甲醇负荷下，预塔进料温度达到65～66℃，接近泡点进料，蒸汽冷凝液外送温度由130℃降至95℃，蒸汽冷凝液的热量得到充分回收，预塔1.0MPa蒸汽用量由技改前的11.0t／h降至技改后的7.5t／h左右，减少约3.5t／h，按年运行时间330d计算，每年可节约1.0MPa蒸汽27720t，本项技改的节能效益非常明显。

4 经济效益与社会效益

4.1 经济效益

陕西兴化通过实施上述三项技改，理论上每年可回收甲醇335t、多产合成氨1950t、节约低压饱和蒸汽27720t，按照2019年甲醇价格2250元／t、液氨价格2340元／t、饱和蒸汽价格60元／t计算，每年可增收（335×2250＋1950×2340＋60×27720）÷10000≈698万元。

4.2 社会效益

甲醇合成闪蒸气中甲醇回收技改，不仅回收了甲醇产品，而且减少了闪蒸气燃烧（排放）造成的环境污染，顺应了当前国内环保形势的要求，具有重要的意义；膜分离氢回收系统非渗透气中有效气回收技改，充分考虑和利用了陕西兴化氨醇装置现工艺流程及生产特点，通过实施跨流程、跨产品的技术创新改造，实现了废气的回收利用，增加了合成氨产量，提高了资源的利用效率，节能环保意义重大；甲醇精馏系统低位热能回收技改，实现了工艺节能（节约低压蒸汽用量），节能效果明显。

5 结束语

综上所述，甲醇合成膨胀槽闪蒸气中甲醇的回收、膜分离氢回收系统非渗透气中有效气的回收、甲醇精馏系统低位热能的回收等三项综合技改，是陕西兴化在整个化工行业不景气、产品盈利空间甚微的大背景下实施的，其目的在于深挖现有生产装置潜能，从而实现低投入、高产出。技改项目完成后，系统整体运行稳定，能耗更低，整套装置向着节能、环保、经济、高效运行又迈进了一步。总之，上述技改项目在节能环保、废气回收、热量利用方面具有一定的推广价值，希望对行业技术进步有一定的促进作用。