循環(huán)甲醇水含量高水分離塔改造

1、低溫甲醇洗裝置甲醇/水分離塔改造陳忠華(鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司化工部, 浙江寧波,315207摘要通過計算認(rèn)為甲醇/水分離塔塔板從泡罩改名為高效復(fù)合塔板后, 能夠使貧甲醇中水含量降到015%以下, 整個裝置的運(yùn)行工藝得到改善, 起到較好的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞甲醇塔板改造水含量收稿日期:2003-03-04。作者簡介:陳忠華, 男,1968年出生, 工程師,1991年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系, 現(xiàn)在鎮(zhèn)海煉化公司化工部工藝組從事技術(shù)管理工作。聯(lián)系電話1甲醇洗裝置現(xiàn)狀鎮(zhèn)海煉化公司化工部甲醇洗裝置主要承擔(dān)著對合成氨工藝氣的脫硫脫碳任務(wù)。經(jīng)過十多年的運(yùn)行、摸索和改造, 現(xiàn)

2、能承受110%以上的負(fù)荷, 。器的堵塞, 這些問題的解決主。國內(nèi)從林德引進(jìn)的幾套低溫甲醇洗裝置雖然都設(shè)置了甲醇/水分離塔, 但運(yùn)行情況都不理想, 循環(huán)甲醇中水含量普遍高于設(shè)計值。甲醇/水分離塔高2115m , 塔徑018m , 共48塊塔板, 塔板改造前均為林德泡罩型式。按林德公司計算, 經(jīng)該塔脫水后低溫甲醇洗裝置貧甲醇中水含量設(shè)計值為015%, 如果水含量過高, 會造成設(shè)備腐蝕率增加, 產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物堵塞繞管式換熱器殼側(cè)通道; 影響低溫甲醇對C O 2、H 2S 的吸收, 洗滌甲醇量增加, 動力消耗增加。甲醇洗裝置試車至脫水塔改造前, 貧甲醇中水含量一直大大高于設(shè)計值, 最高的時候達(dá)3%左右

3、, 正常的時候也平衡在115%左右。給生產(chǎn)帶來了很大的危害:1990年至1997年, 低溫甲醇洗裝置由于管線內(nèi)外腐蝕發(fā)生泄漏10多次, 其中5次被迫停工搶修; 繞管式換熱器殼側(cè)每年均有結(jié)垢現(xiàn)象, 多次實(shí)施化學(xué)清洗, 其中2臺換熱器清洗后內(nèi)漏, 被迫更換。因此必須通過改造來降低系統(tǒng)水含量。2改造方向的確定造成系統(tǒng)甲醇中水含量高的因素有:進(jìn)洗滌塔的氣液分離罐分離效果不好; 進(jìn)低溫甲醇洗裝置變換氣的溫度過高, ; 甲醇/水分、, 32左右, , 而進(jìn)洗滌塔的氣, 經(jīng)測定分離效率達(dá)到90%, 雖然低于設(shè)計值, 但基本能滿足分離要求, 而且該分離罐為高壓低溫設(shè)備, 更換投資要100多萬元, 投入產(chǎn)出比明

4、顯不合理。因此決定對甲醇/水分離塔進(jìn)行改造。改造一般有2種方案:增大塔徑, 提高該塔的處理能力, 效果較好, 但投資較高; 塔體不動, 將林德泡罩塔板改成其它效率更高的塔板, 如M D 塔板、高效復(fù)合塔板等, 這樣投資要少的多。經(jīng)校算, 選擇了浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的高效復(fù)合塔板替代林德泡罩塔板。3改造內(nèi)容311高效復(fù)合塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)高效復(fù)合塔由若干塊復(fù)合塔板組成, 每塊復(fù)合塔板是在穿流篩板下加一層規(guī)整填料復(fù)合而成。由于沒有降液管, 故氣液為逆流操作。圖1為高效復(fù)合塔操作示意圖1。氣相自下而上流動, 液相自上而下流動, 相互逆流。對于每一層板, 氣液接觸有3個區(qū)域:在多孔穿流篩板上為泡沫區(qū); 在規(guī)

5、整填料內(nèi), 液相以液膜狀沿著填料流下, 為液膜區(qū); 在填料層下面, 液大氮肥第26卷第4期滴均勻下降與上升的氣相接觸, 為淋降區(qū)。因而在高效復(fù)合塔中的氣液接觸與常見的有降液管塔板不同, 具有以下特點(diǎn):充分利用塔內(nèi)空間, 使之對氣液兩相都有傳質(zhì)作用; 多孔穿篩板對下面的填料層起到液體均勻分布的作用, 填料則起到使氣體均勻分布的作用, 這使穿流篩板和填料都處于良好的氣液接觸狀態(tài); 填料的存在基本上消除了塔板間的霧沫夾帶; 高效復(fù)合塔不設(shè)降液管, 空塔截面比常用的板式塔要大15%左右, 穿流篩板開孔率也遠(yuǎn)大于常用塔板, 流動阻力較小, 通量可大大提高 。圖1復(fù)合塔操作狀態(tài)示意圖據(jù)以上特點(diǎn)可看出, 復(fù)

6、合塔傳質(zhì)效率較高 。312塔板改造后裝置水平衡推算圖2為低溫甲醇洗裝置水平衡圖 。圖2低溫甲醇洗裝置水平衡圖由圖2可以看出, 當(dāng)系統(tǒng)水分達(dá)到平衡時, 水量的平衡關(guān)系應(yīng)該是:+=。點(diǎn)的水含量就是系統(tǒng)甲醇中的水含量。要推算出該點(diǎn)的水含量, 必須求出點(diǎn)和點(diǎn)的水含量和水量。點(diǎn):取變換氣溫度32(正常操作溫度 , 進(jìn)甲醇洗系統(tǒng)的氣液分離罐分離效率經(jīng)測定90%, 則點(diǎn)的摩爾百分組成由ECSS Ver 310分離過程模擬包計算結(jié)果:H 26119520%,C O 23717972%, H 2S012398%, H 2O 010026%, 總流量714811km ol/h 。點(diǎn):用ECSS Ver 310分離

7、過程模擬包對甲醇/水分離塔計算, 可得塔頂組成的計算結(jié)果見表1。表1甲醇/水分離塔塔頂?shù)慕M成組分摩爾質(zhì)量km ol h -1摩爾分率質(zhì)量流量kg h -1質(zhì)量分率CH 3OH8915000110000286217750110000經(jīng)塔頂冷凝器冷卻分離后L 作為回流, D 則作為產(chǎn)品回到系統(tǒng), 取回流比R =018, 則:R =L/D =(286217750-D /DD =159014306kg/h則點(diǎn)的質(zhì)量流量為15901kg/h , 質(zhì)量分率與塔頂相同, 為012236%點(diǎn):ESCC , , 這樣就可X :(1101000026 18102+15901430601002236=2368182

8、5XX =01002915由于點(diǎn)的進(jìn)料甲醇就是從再生甲醇液中抽出, 因此, 可以看出當(dāng)裝置貧甲醇中水含量達(dá)到012915%時, 整個系統(tǒng)水量達(dá)到平衡。消除計算、操作及其他因素引起的誤差, 取誤差因子為0185, 則最后平衡時水含量達(dá)到:X =01002915/0185=01003429從計算過程不難看出, 甲醇/水分離塔塔板從泡罩改為復(fù)合后, 能夠使系統(tǒng)甲醇中水含量下降到015%以下, 最根本的原因是從再生甲醇抽出去甲醇/水分離塔的處理量增加(即點(diǎn) , 改造前該點(diǎn)量為960kg/h , 改造后達(dá)到23681825kg/h 。313改造增加熱負(fù)荷計算1 塔底再沸器塔底再沸器原來的換熱面積為20m

9、 2, 總傳熱量為7936734118k J/h 。塔改造后由于其處理量的增加, 所要求的熱負(fù)荷也相應(yīng)增加, 根據(jù)ECSS Ver 310分離過程模擬包計算, 改造后再沸器熱負(fù)荷將達(dá)到11514004118k J/h , 原來的再沸器不能滿足要求, 需更換。Q 1=7935734118k J/h , A 1=20m 2, Q 2=11514004118k J/h , 求A 2, C p1=C p2, t 1=t 2,根據(jù)Q =C p A t , 則:Q 1/Q 2=(C p1A 1t 1 /(C p2A 2t 2 =A 1/A 2, 計算得:A 2=29101m 2632大氮肥2003年第26

10、卷其中:Q 1改造前再沸器熱負(fù)荷;Q 2改造后再沸器熱負(fù)荷;C p1改造前塔底介質(zhì)熱容; C p2改造后塔底介質(zhì)熱容;t 1改造前塔底介質(zhì)進(jìn)出再沸器溫差; t 2改造后塔底介質(zhì)進(jìn)出再沸器溫差;A 1改造前再沸器換熱面積,m 2; A 2改造后再沸器換熱面積 ,m 2。則新的再沸器計算面積為29101m 2, 取35m 2,根據(jù)化工工藝設(shè)計手冊2選型, 新的再沸器:設(shè)備型號G CH8001635, 標(biāo)準(zhǔn)圖號JB114671117, 富裕系數(shù)11206, 蒸汽用量2387kg/h 。2 塔頂冷凝器圖3上塔冷凝器的改造方案由于甲醇/水處理塔負(fù)荷增加, 塔頂產(chǎn)品量也明顯增加, 原來的2臺冷凝器已不能保

11、證上塔產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計溫度。原設(shè)計上塔2臺冷凝器的熱負(fù)荷為3234734118k J/h , 改造后需要的熱負(fù)荷為10882004118k J/h , 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。為解決這個問題, 對上塔冷凝器的改造設(shè)計了2種方案:更換上塔2臺換熱器, 增大換熱面積。上述2臺換熱器不動, 將出上塔甲醇汽在進(jìn)冷凝器前進(jìn)行分流, 去再生塔中部, 這樣即可減輕冷凝器負(fù)荷, 又可作為再生塔熱源, 節(jié)約低壓蒸汽。采用第2種方案簡單實(shí)用, 可節(jié)約10萬元設(shè)備投資, 實(shí)施過程中效果不錯。改造如圖3。314改造實(shí)施1997年6月, 對甲醇/水分離塔進(jìn)行了改造:48塊林德泡罩塔板改成了高效復(fù)合塔板; 塔底再沸器面積從20m

12、2增大至35m 2; 塔頂冷凝器沒有更換, 按第2種方案進(jìn)行了改造; 圍繞該塔的泵、儀表也相應(yīng)的進(jìn)行了改造。4改造效果411改造后該塔的運(yùn)行情況1997年7月, 經(jīng)調(diào)試, 。運(yùn)行正2。/項(xiàng)目甲醇進(jìn)料量/kg h -1回流量kg h -1塔壓差kPa上塔產(chǎn)品甲醇中水含量, %下塔廢水中甲醇含量, %21562124221801320101從表2可以看出, 甲醇/水分離塔改造塔板后處理能力增加了近3倍, 但整塔壓降增加不大; 甲醇與水的分離效果也是比較好的, 上塔產(chǎn)品甲醇中水含量比改造前低, 下塔廢水中的甲醇含量達(dá)到0101%, 與改造前持平, 符合排放標(biāo)準(zhǔn)。412低溫甲醇洗貧甲醇中水含量降低由于

13、甲醇/水分離塔處理能力的增加, 而且運(yùn)行情況穩(wěn)定, 使低溫甲醇洗裝置的循環(huán)貧甲醇中水含量大大降低, 見表3。表3循環(huán)貧甲醇中水含量時間1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均013001792000年0128停工01362001年停工017801240125012501340134012801330125013901360135從表3可以看出, 塔板改造后對甲醇洗裝置循環(huán)貧甲醇中的水含量的影響是決定性的, 尤其是1999年下半年開始, 將甲醇/水分離塔的負(fù)荷進(jìn)一步提高, 工況再次優(yōu)化后, 貧甲醇中水含量降到了015%以下, 與計算的結(jié)果基本相符。413整個裝置的運(yùn)行情況得到完

14、善1 運(yùn)行設(shè)備腐蝕情況得到控制。從1993年至1997年, 共發(fā)生5次由于設(shè)備腐蝕泄漏而導(dǎo)致732第4期陳忠華1低溫甲醇洗裝置甲醇/水分離塔改造停車的事故, 平均每年1次, 而1998年至今此類事故沒有再發(fā)生過; 由于腐蝕得到控制, 循環(huán)甲醇中懸浮物大大減少, 裝置內(nèi)繞管式換熱器的使用周期延長, 化學(xué)清洗頻率降低, 例如富甲醇換熱器, 原來一般1年清洗1次, 現(xiàn)在是2年1次; 各甲醇泵進(jìn)口濾網(wǎng)的清洗頻率也從以前的每月2次延長至2月1次, 大大降低了工況波動概率。2 以前每次大修從裝置中排出的污甲醇都作為廢甲醇處理掉, 甲醇/水分離塔塔板改造后由于處理能力提高, 現(xiàn)這部分污甲醇均重新通過該塔處理

15、回收, 平均每年回收量約150t 左右。3 由于將出上塔進(jìn)冷凝器前的物料進(jìn)行了分流, 部分物料送到再生塔作為熱源, 節(jié)約了再生低壓蒸汽約015t/h , 起到了較好的節(jié)能效果。5存在問題及解決方法甲醇/有較大提高, 大改善。但由于其結(jié)構(gòu)原因, 也存在問題:由于從前面氣液分離罐來的甲醇/水中灰分比較多, 這股物料進(jìn)到該塔后由于其開孔率高, 而且沒有溢流堰, 灰分很難在塔板上積累, 都隨淋降液流流到塔底, 很快就會在塔底積累, 堵塞塔底出液口, 甚至堆積到再沸器下封頭, 堵塞再沸器換熱列管, 致使該塔無法正常運(yùn)行。從1998年到現(xiàn)在, 在其它裝置不停的情況下該塔由于灰分堵塞共打開了4次, 每次打開

16、都發(fā)現(xiàn)再沸器列管大部分被堵死, 而且塔底灰分積得很厚。而以前只要在大修時打開該塔對塔板進(jìn)行沖洗, 就解決這個問題。要解決上述問題, 只要在塔底及再沸器封頭底部開一個排液口, 。1, 11,1994,232 1化工工藝設(shè)計手冊1北:,1986THE METHANOL/WATER SEPARATOROF RECTISOL WASH UNITChen Zhonghua(Zhenhai Refining &Chemical Co 1, Ltd 1, NingBo , 315207Abstract By calculation ,it is regarded that the water content

17、 in lean methanol s olution can be lowered down to 015%if the bubble caps tray is changed to high efficient com pound tray in the methanol/water separator 1In this way ,the operating conditions of the whole plant can be im proved , with a better energy saving effect 1K ey w ords :methanol ,tray ,revam p ,water content對設(shè)備實(shí)行“承包”管理“管優(yōu)于檢、維優(yōu)于修”這一設(shè)備管理理念在天脊煤化工集團(tuán)有限公司合成氨廠維修工中已形成共識, 對設(shè)備實(shí)行“承包”管理, 是在改良“包機(jī)責(zé)任制”的基礎(chǔ)上、借鑒“土地承包制”的成功經(jīng)驗(yàn)推行的。主要目的就是徹底打破“大鍋飯”、細(xì)化“分配制”、鼓勵員工學(xué)技術(shù)、增強(qiáng)