甲醇精馏操作中有效控制精甲醇产品乙醇含量的方法

李 君， 胡乐朋

(新能凤凰(滕州)能源有限公司， 山东滕州 277500)

新能凤凰(滕州)能源有限公司采用华东理工大学自主开发的具有自主知识产权的对置式四喷嘴高压气化工艺制气，水煤气经变换、低温甲醇洗后进入合成系统。甲醇合成为2套装置并联使用，一、二期36万t/a甲醇装置的精馏装置采用三塔精馏工艺，精馏Ⅰ系统于2009年12月投入运行，精馏Ⅱ系统于2011年10月投入运行，实现了顺利投产。2015年为提高市场竞争力，增加企业经济效益，在原装置的基础上进行技术改造，以实现年产100万t甲醇的目标。同时，根据近几年运行的情况，对原装置进行了部分设备、管道和仪表等优化改造，使精馏装置的生产能力得到提高。2套精馏系统可以根据市场需求，调整生产国家标准优等品且乙醇质量分数≤200×10-6。笔者就近几年的生产运行情况，分析总结了精甲醇中乙醇质量分数高的原因和控制方法。

1 工艺流程

来自低温甲醇洗工序的净化气(要求总硫质量分数小于0.1×10-6)，与氢回收装置回收的富氢气混合，然后与经循环气压缩机加压后的循环气在缓冲罐混合，出缓冲罐的混合气进入入塔气预热器的壳程，被来自合成塔反应后的出塔热气体加热至约200 ℃后，进入合成塔顶部，合成塔为管壳外冷绝热式固定床催化反应器。管内装有低压甲醇合成催化剂。当合成气进入催化剂床层后，在5.3 MPa、220～260 ℃条件下CO、CO2与H2反应生成甲醇和水，同时还有微量的其他有机杂质生成。从合成塔出来的热反应气进入入塔气预热器的管程与入塔合成气逆流换热，被冷却到95 ℃左右，此时有一部分甲醇被冷凝成液体。该气液混合物再经甲醇水冷却器进一步冷凝，然后进入甲醇分离器分离出粗甲醇。分离出的粗甲醇进入甲醇膨胀槽进行减压闪蒸，然后送入精馏岗位。由甲醇合成膨胀槽来的粗甲醇经预精馏塔(简称预塔)进料泵加压后，进入粗甲醇预热器，由蒸汽冷凝液加热后送入预塔。预塔塔顶的甲醇蒸汽经过预塔一级冷凝器将大部分甲醇蒸汽冷凝下来送往预塔回流槽。预塔塔底来的预后甲醇，经加压精馏塔(简称加压塔)进料泵加压后通过加压塔进料预热器预热后送至加压塔。加压塔塔顶甲醇蒸汽进入常压精馏塔(简称常压塔)再沸器作为常压塔的塔底热源，甲醇蒸汽被冷凝成了液体后进入加压塔回流槽，一部分由加压塔回流泵加压后回流至加压塔塔顶，其余部分经精甲醇冷却器冷却后作为产品送入精甲醇贮槽。由加压塔塔底排出的甲醇溶液减压后送至常压塔，常压塔顶排出的甲醇蒸汽经常压塔冷凝冷却器后，汽液混合物进入常压塔回流槽，甲醇液体经常压塔回流泵加压，一部分作为回流送入常压塔顶部，其余部分作为产品送往精甲醇计量槽[1-2]。

2 控制方法及典型案例

2.1 控制合成新鲜气成分

近年来，根据甲醇市场的需求，要求精醇中的乙醇质量分数≤200×10-6。CO体积分数高、CO2体积分数低时，合成副反应增加，粗甲醇中的乙醇质量分数就高，精馏系统在脱除乙醇时的负荷就重，虽然提高CO2体积分数会使乙醇质量分数降低，但是过高的CO2体积分数会造成粗甲醇浓度降低，也会增加精馏蒸汽的消耗量[3]，所以日常控制CO2体积分数为2.8%～3.1%。

案例1:从2013年中旬开始，对精馏系统中的乙醇进行了控制，因为客户要求乙醇质量分数≤200×10-6，原粗甲醇中的乙醇质量分数在800×10-6左右，针对精馏系统进行了调整，开常压塔侧线采出，加回流量，降灵敏点温度，可以把乙醇质量分数控在指标内，但是为了让甲醇合成增产，将CO2体积分数控制在4.0%左右之后，却发现粗甲醇中的乙醇质量分数升高了，乙醇质量分数为500×10-6左右，精馏系统的收率由93.5%降到了92.7%。后期经过统计计算，得出了CO2体积分数最佳的控制范围为2.8%～3.1%，既控制了粗甲醇中乙醇质量分数，又保证了精馏系统的收率。

案例2：2015年5月，气化炉跳车，单系统运行时，低温甲醇洗将合成新鲜气中的CO2体积分数控制在0.5%，精馏系统中乙醇质量分数达到了400×10-6，取样分析粗甲醇中的乙醇质量分数高达2 000×10-6。可以看出：CO2体积分数对乙醇的生成影响很大。

2.2 控制灵敏板温度

常压塔灵敏板温度越高，精甲醇中的乙醇质量分数就越高；温度越低，乙醇质量分数越低。但是常压塔灵敏板温度低，会造成精馏系统的收率低。综合考虑，灵敏板温度控制在80 ℃左右为宜，既保证了产品质量，又保证了精馏系统的收率。

案例1:2013年9月，为了提高精甲醇的收率，将灵敏点温度由79 ℃提到了82 ℃。刚开始运行了16 h，乙醇质量分数没有明显上涨，精馏系统收率由93.5%涨到了93.7%；24 h后，精甲醇中的乙醇质量分数由160×10-6涨到了210×10-6；乙醇质量分数超标后，立即又将灵敏点温度控制在80 ℃，分析乙醇质量分数为180×10-6。

2.3 控制杂醇的采出体积流量

杂醇采出体积流量小，乙醇质量分数高；采出体积流量大，乙醇质量分数低[4]。但是杂醇采出体积流量过大，会造成收率低，因此，日常控制采出体积流量为0.98 m3/h(一期)、1.3 m3/h(二期)。

案例1：2019年7月，一期精馏系统80 m3负荷运行，乙醇质量分数由180×10-6涨到了249×10-6，杂醇采出体积流量由0.8 m3/h增加到1.5 m3/h，经过8 h后，乙醇质量分数降到了177×10-6，但是精馏系统的收率由93.5%降到了93%，收率下降明显，所以将杂醇侧线采出体积流量控制在1 m3/h，分析乙醇质量分数为190×10-6。

2.4 控制回流量

回流量越大，精馏效果越好，乙醇质量分数越低，需要根据塔压负荷定回流量，但是在塔压过高、负荷过重的情况下，越加回流量、越提负荷，精甲醇中的乙醇质量分数就越高，因为在原有的12～14块塔盘采出口无法采出了，组分上移了，所以要根据情况进行调整，灵活操作。

案例1：2018年4月1日，二期精馏系统中乙醇质量分数超标，分析值为240×10-6。正常运行时，精馏系统进料82 m3，加压塔塔压控制在550～560 kPa，加压塔回流阀位为58%，体积流量为106 m3/h，常压塔回流阀位为22%，体积流量为78 m3/h。出现乙醇质量分数超标以后，常用的操作手段为开侧线采出，降灵敏板温度，提塔压，加回流量。由于当时侧线采出为全开状态，灵敏板温度也不高(78℃)，所以能采取的手段就是提塔压、加回流量。2018年4月1日中班开始将加压塔塔压提至570 kPa，加压塔回流阀位开到63%，体积流量达到111 m3/h，常压塔回流阀位加到27%，体积流量为82 m3/h，分析乙醇质量分数为270×10-6；2018年4月2日大夜班接班后，将加压塔塔压提至590 kPa，加压塔回流阀位加到69%，体积流量为121 m3/h，常压塔回流阀位为33%，体积流量为90 m3/h，分析乙醇质量分数为350×10-6；2018年4月2日白班，将加压塔塔压提至610 kPa，加压塔回流阀位为74%，体积流量为132 m3/h，常压塔回流阀位为47%，体积流量为98 m3/h，分析乙醇质量分数为500×10-6。随着提塔压和加回流量的操作，乙醇质量分数反而越来越高，随后经过讨论之后，将精馏系统的负荷降了下来，加压塔塔压控制在550 kPa左右，加压塔回流阀位控制在56%，体积流量控制在103 m3/h，常压塔回流阀位控制在21%，体积流量控制在76 m3/h，精馏系统在此状态下运行了4 h后，取样分析乙醇质量分数为220×10-6，降了下来。所以在精馏系统负荷过高的情况下，越提塔压、越提负荷，乙醇质量分数越高，就是因为杂醇上移了，在原有的采出口无法采出，所以要根据具体的情况调整系统。

2.5 优化控制乙醇的方法总结

在生产稳定运行的时候，常会遇到某个班组乙醇质量分数突然上涨，甚至超标的情况，这时一般采取的手段都是开大粗甲醇2的采出阀、降灵敏板的温度以降低乙醇质量分数，但是这样会导致收率下降。在遇到这种情况时，应第一时间核算超标班组加压塔、常压塔分别的采出量(FIQ5208差值、FIQ5211差值)，然后和其他产品达标的班组进行对比，如果加压塔采出量比其他班组小，常压塔采出量比其他班组大，那么乙醇质量分数超标的原因就是两个塔负荷偏差且常压塔乙醇质量分数高。调整时，只需要增加常压塔回流量，降低加压塔回流量，侧线采出阀位不需要开大，中间罐的乙醇质量分数就会快速下降。

案例1：2017年7月26日白班乙醇质量分数超标(233×10-6)，采取的措施是将侧线采出阀位由50%开到90%，灵敏板温度下调了1 K，但是乙醇质量分数下降并不明显；接班后，核算了超标班组的两塔采出体积流量(加压塔27.8 m3/h、常压塔32 m3/h)，合格班组的采出体积流量(加压塔28.98 m3/h、常压塔30.6 m3/h)，随后就将加压塔回流体积流量降低2 m3/h(由112 m3/h降到110 m3/h)，常压塔回流体积流量增加0.8 m3/h(由92.0 m3/h加到92.8 m3/h)，乙醇质量分数降至149×10-6，然后将常压塔侧线采出阀门由90%关到了40%，精馏系统的收率也提高了0.2%。

通过这种操作(分别计算两塔采出量，然后在班组之间进行对比)既能降低乙醇质量分数、稳定收率，还能减轻分析工作量。该方法适用于生产负荷稳定、其他工艺操作不变且中间罐区乙醇质量分数不超250×10-6的情况。

3 结语

随着现代化化工企业的发展，对精馏系统的连续、稳定运行要求越来越高，既要保证产品的质量，又要降低蒸汽的消耗，实现节能高产。在精馏操作中，遇到产品乙醇质量分数超标时，可以从上述4个方面查找原因，并做出相应调整，实现精馏系统的连续、稳定运行。