煤制烯烴項目的工藝流程優(yōu)化

化肥工業(yè)第42卷第4期煤制烯烴項目的工藝流程優(yōu)化孫高攀(神華包頭煤化工有限責任公司內蒙古包頭014010)摘要從煤制烯烴項目中甲醇合成裝置與甲醇制烯烴裝置之間的結合點(diǎn)和相似點(diǎn)岀發(fā),對甲酹合成裝置和甲醇制烯烴裝置的工藝流程進(jìn)行整合優(yōu)化,以達到節省投資、縮短建設工期和節能降耗的目的,并降低裝置運行的復雜性。同時(shí),提出了MO級甲醇“大小塔”精餾工藝、低溫甲醇洗與烯烴分離共用同一制冷系統的方案可進(jìn)一步降低甲醇消耗、設備投資和單位烯烴綜合能耗,以提髙企業(yè)的經(jīng)濟效益和市場(chǎng)競爭力。關(guān)鍵詞甲醇制烯烴優(yōu)化節能中圖分類(lèi)號:TQ221.2文獻標識碼:B文章編號:1006-7779(2015)04-0064-05Optimization of Process Flow of Coal to Olefin ProjectSun GaoanShenhua Baotou Coal Chemical Industry Co, Ltd. Inner Mongolia Baotou 014010)Abstract In order to achieve the goal of saving investment, shorten the construction period andsaving energy and reducing consumption, and reducing the complexity of unit operation, an integratedoptimization of process flows of methanol synthesis unit and methanol to olefin unit is carried outstarting from the binding point and similar point between methanol synthesis unit and methanol to olefinunit which belong to the coal to olefin project. At the same time, a plan is suggested that MTo grademethanol two-column distillation process, Rectisol and olefine hydrocarbon separation share a samerefrigerating system, which can further reduce methanol consumption, equipment investment andomprehensive energy consumption per unit of olefin, improving economic benefit and marketcompetitiveness of enterprise.Keywords methanol to olefin (MTO) optimization energy-saving1項目背景甲醇和MTO均為獨立的生產(chǎn)裝置,并且由不同設計單位完成設計。由于MTO工藝參照催化裂當前發(fā)展煤化工的主要途徑之一就是煤氣化化(FCC)工藝開(kāi)發(fā),多以石油化工特點(diǎn)為設計基制取的合成氣用于合成甲醇,后經(jīng)過(guò)甲醇制烯礎,整體設計時(shí),對下游裝置考慮得相對較多,而烴(MTO)可生產(chǎn)汽油、柴油和烯烴等產(chǎn)品12與上游裝置聯(lián)系的緊密性表現不突出。低溫甲醇從內蒙古某示范裝置實(shí)際運行效果來(lái)看,MTO裝洗和烯烴分離裝置均為利用壓縮丙烯制冷來(lái)完成置的運行性能基本達到了設計指標,并取得了國吸收和分離,其工藝極其相似。為此,針對煤制烯內一流、世界領(lǐng)先的好成績(jì),但受目前經(jīng)濟發(fā)展速田亼虛和λr裝置、低溫甲醇洗和烯度調整和環(huán)保壓力增大的影響,煤化工行業(yè)正面中國煤化工各裝置交叉點(diǎn)進(jìn)行工臨著(zhù)嚴峻的挑戰,節能降耗和節約水資源是煤制CNMHG置,以進(jìn)一步降低煤制烯烴企業(yè)提高競爭力的重要手段之烯烴項目的投資費用和運行維護費用。本文對煤在煤制烯烴項目中,國內外設計的水煤氣制制烯烴項目中的甲醇合成和MO裝置的工藝流作者簡(jiǎn)介:孫高攀(1985—),男,工程師,從事煤制油、煤制烯烴的生產(chǎn)管理工作;sungpan@cscl.com。2015年8月孫高攀:煤制烯烴項目的工藝流程優(yōu)化65程進(jìn)行了整合優(yōu)化,同時(shí)針對甲醇合成工藝運行中突出的設計缺陷,提出了MTO級甲醇“大小2甲醇合成和MTO工藝整合優(yōu)化塔”精餾工藝以及低溫甲醇洗、甲醇合成、2.1改造前甲醇合成和MTO工藝流程MTO、烯烴分離裝置采用“A”形布置,以期進(jìn)一步改造前甲醇合成和MTO工藝流程如圖1提高煤制烯烴項目運行的經(jīng)濟性7。所示。換熱器新鮮氣合成塔反應氣來(lái)自三旋循環(huán)氣壓縮機甲醇一蒸Y換熱器甲醇一反應氣換熱器新鮮氣分離器甲醇個(gè)反應器粗甲醇分離器甲醇一凝結水換熱器水冷器甲醇一汽提氣換熱器去燃料氣管網(wǎng)反應氣至急冷塔去燃料氣管網(wǎng)甲醇升壓泵粗甲醇閃蒸罐多甲醇一凈化水換熱器水冷器MT級只MO線(xiàn)甲醇外送梨圖1改造前甲醇合成和MTO工藝流程(1)甲醇合成流程:來(lái)自低溫甲醇洗裝置的甲醇-凈化水換熱器、甲醇-凝結水換熱器換熱新鮮氣經(jīng)新鮮氣分離器后與循環(huán)氣一起被循環(huán)氣后分成3路,分別經(jīng)甲醇升壓泵、甲醇-汽提氣換壓縮機加壓、換熱后進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應,反應氣熱器、甲醇-蒸汽換熱器后匯合(溫度約為經(jīng)中間換熱器、水冷器冷卻至40℃左右進(jìn)入粗甲100℃),再經(jīng)甲醇-反應氣換熱器加熱至250℃醇分離器,其中未反應的循環(huán)氣與新鮮氣匯合后左右后進(jìn)入MTO反應器進(jìn)行反應。進(jìn)行循環(huán)反應,液相進(jìn)入粗甲醇閃蒸罐;在粗甲醇2.2優(yōu)化后的甲醇合成和MO工藝流程閃蒸罐內,利用罐內系統壓力將粗甲醇壓入脫輕根據脫輕塔的工藝特點(diǎn)與功能,將甲醇合成塔(塔頂和塔底溫度分別控制在86℃和93℃),裝置中的脫輕塔后移至MTO裝置的甲醇人料預在此除去粗甲醇中的輕組分,生產(chǎn)出合格的熱部分,以取代MTO裝置中的甲醇-凝結水換熱MTO級甲醇;岀脫輕塔的MTo級甲醇升壓后經(jīng)器、甲醇升壓泵和甲醇一汽提氣換熱器,優(yōu)化后的水冷器冷卻至40℃,然后送入MTO級甲醇產(chǎn)品甲醇合成和MTO工藝流程見(jiàn)圖2。罐,再經(jīng)MTO級甲醇外送泵送至MTO裝置。甲醇合成裝置生產(chǎn)的粗甲醇在粗甲醇閃蒸罐MTO級甲醇外送泵采用干氣密封式離心泵閃蒸后,利用閃蒸罐內的系統壓力直接將粗甲醇開(kāi)1備,設有聯(lián)鎖備泵自啟。但在實(shí)際運行中,壓入粗甲醇儲罐(原MTO級甲醇產(chǎn)品罐),然后因甲醇溫度高和干氣密封泄漏,備泵不能自動(dòng)穩通過(guò)粗用泵(原MTO級甲醇外送泵)將粗甲醇定切換,無(wú)法實(shí)現主泵故障后甲醇的連續外送,給送中國煤化工o裝置的粗甲醇先經(jīng)MTO裝置連續供料造成很大影響。CNMHG醇-凈化水預熱器預(2)MTO裝置入料甲醇預熱工藝流程:來(lái)自熱至約70℃后送入脫輕塔,將粗甲醇中的輕組分甲醇罐區的MIO級甲醇(40℃,1.15MPa)進(jìn)入雜質(zhì)徹底脫除,得到的合格MTO級甲醇經(jīng)脫輕塔MTO裝置內,經(jīng)流量調整后分成2路,一路經(jīng)塔底泵加壓后依次通過(guò)甲醇-蒸汽換熱器、甲醇一MTO反應器內取熱器后與另一路匯合,再依次經(jīng)反應氣換熱器,溫度升至約250℃后進(jìn)入MTO反化肥工業(yè)第42卷第4期去燃料氣管剛反應氣來(lái)自三旋問(wèn)換熱器合成塔甲醇一凝結水換熱器循環(huán)氣壓縮機脫輪塔甲醇至MIO反應器新鮮氣分離器甲酵一蒸汽換熱器甲醇一反應氣換熱器粗甲醇分離器水冷器反應氣至急冷塔去燃料氣管網(wǎng)內取熱器甲醇一凈化水預熱器粗甲醇閃蒸罐粗甲醇儲罐料甲醇外送泵圖2優(yōu)化后的甲醇合成和MTO工藝流程應器進(jìn)行反應。裝費用、運行維護費用(換熱器需定期清洗和除在粗甲醇外送泵的干氣密封供氣管路上設置蠟等)和冷卻水費用近千萬(wàn)元。1只帶旁路的順控電磁閥,通過(guò)控制系統邏輯組態(tài),控制其在備泵運行前5s供氣,從而徹底實(shí)現3MTO級甲醇“大小塔”精餾工藝了該泵的無(wú)擾動(dòng)切換。3.1MTO級甲醇“大小塔”精餾提出背景2.3優(yōu)化前后比較甲醇合成裝置生產(chǎn)出的粗甲醇經(jīng)脫輕塔脫除(1)原進(jìn)入MTO裝置的原料為MTO級甲其中的輕組分后,得到滿(mǎn)足MTO裝置生產(chǎn)所需的醇,現改為粗甲醇,即優(yōu)化后的甲醇合成裝置無(wú)需原料級甲醇,即MTO級甲醇。針對優(yōu)化工藝中脫脫除粗甲醇中的輕組分。由于脫輕塔運行較穩輕塔部分(圖2中虛線(xiàn)框部分)目前存在的最大定、易于操作,實(shí)際運行時(shí)未增加MTO裝置的生問(wèn)題是脫輕塔塔頂氣相夾帶大量甲醇,如國內某產(chǎn)負荷。企業(yè)1800kt/a甲醇合成裝置盡管采用了國外某(2)脫輕塔由甲醇合成裝置后移至Mro裝著(zhù)名供應商所提供的甲醇合成催化劑。,但其脫置后,取代了MTO裝置的部分動(dòng)、靜設備;甲醇合輕塔塔頂放空氣相的甲醇夾帶量超出設計值數成裝置取消脫輕塔后,粗甲醇在粗甲醇閃蒸罐內倍。為此,該企業(yè)對夾帶的甲醇進(jìn)行了冋收(甲閃蒸后可直接完成40℃工況入罐儲存,徹底改變醇合成催化劑使用初期的回收量為2.36υh),但了原流程因換熱器結蠟而使Mo級甲醇無(wú)法按因回收甲醇中含有雜質(zhì)而導致其市場(chǎng)售價(jià)難以提設計溫度入罐的弊端,同時(shí)大大降低了因罐內甲高。經(jīng)測定,回收甲醇的組分(質(zhì)量分數)為甲醇醇溫度高而造成的揮發(fā)損失。整合優(yōu)化后,簡(jiǎn)化96.00%、甲酸甲酯3.40%、水0.30%、乙醇了2套裝置的工藝流程,降低了設備維護費用,縮0.01%、其他0.29%。針對此問(wèn)題,根據目前成短了項目建設工期熟的精餾工藝,設計了MTO級甲醇“大小塔”精(3)優(yōu)化后,取消了甲醇合成裝置中脫輕塔塔底2臺MTO級甲醇水冷器,節約了大量循環(huán)冷YH中國煤化工甲醇的質(zhì)量。CNMHG”精餾工藝流程卻水;同時(shí),進(jìn)入脫輕塔的粗甲醇被預熱至70℃,所謂¨大小塔”精餾工藝流程,是回收甲醇精在一定程度上減輕了脫輕塔塔底再沸器的熱負餾塔(小塔)相比于脫輕塔(大塔)而言,小塔入料荷,節省了大量的蒸汽。量?jì)H為2~5t/h。MTO級甲醇“大小塔”精餾工(4)整合優(yōu)化后,總計節省設備費用、設備安藝流程如圖3所示。2015年8月孫高攀:煤制烯烴項目的工藝流程優(yōu)化67脫輕塔回流冷卻器|回收甲醇冷卻器至燃料氣管網(wǎng)、火炬、放精餾塔回流冷卻器脫輕塔回流回收甲醇儲槽粗甲醇來(lái)自甲醇合成系統精餾塔回流槽脫輕回流泵精餾塔入料泵精○再再○精甲醇進(jìn)入儲罐外送MTO級甲醇至儲罐MTO級甲醇外送泵水冷器圖3MTO級甲醇“大小塔”精餾工藝流程來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇在脫輕塔設定的合,混合氣體直接送入燃料氣管網(wǎng)或火炬管網(wǎng)或入料板處入料,在其塔底再沸器和脫輕塔回流冷放空?；厥占状季s塔塔底再沸器可采用MTO卻器的作用下完成粗甲醇中輕組分的脫除。脫輕裝置汽提塔的汽提氣作為熱源,以充分利用裝置塔回流冷卻器氣相岀口溫度控制在65℃,冷卻下的熱能來(lái)的液體進(jìn)入脫輕塔回流罐,通過(guò)回流泵送入脫3.3MrO級甲醇“大小塔”精餾工藝的優(yōu)點(diǎn)輕塔塔頂作為回流液。脫輕塔塔頂和塔底溫度分(1)對脫輕塔塔頂氣相中的甲醇進(jìn)行回收并別控制在86℃和94℃,塔底得到的合格的MTO精制,可供給煤制烯烴項目中其他消耗精甲醇的級甲醇通過(guò)Mo級甲醇外送泵送至甲醇-蒸汽裝置,如低溫甲醇洗裝置、烯烴分離裝置、碳四裝換熱器,再經(jīng)甲醇-反應氣換熱器換熱至合適的置、污水處理裝置等,同時(shí)亦可將精餾后的甲醇作溫度后,進(jìn)入MTO反應器進(jìn)行反應。為MTO裝置的原料。從脫輕塔回流冷卻器岀來(lái)的氣相經(jīng)回收甲醇(2)采用MTO級甲醇“大小塔”精餾工藝將冷卻器冷卻至30~35℃之后,液體甲醇進(jìn)入回收回收甲醇經(jīng)簡(jiǎn)單精餾后進(jìn)行甲醇的綜合利用,每甲醇儲槽內,然后通過(guò)精餾塔λ料泵將回收甲醇年可為煤制烯烴項目節省費用近千萬(wàn)元,有效提送至回收甲醇精餾塔(小塔)內進(jìn)行精餾?；厥阵{了煤制烯烴項目的經(jīng)濟效益,進(jìn)一步降低了烯甲醇在回收甲醇精餾塔塔底再沸器和塔頂精餾塔烴的甲醇單耗?；亓骼鋮s器的作用下完成甲酸甲酯等輕組分的再(3)MTO級甲醇“大小塔”精餾工藝中的小次分離,塔底得到的精甲醇經(jīng)冷卻后被精甲醇外塔精餾單元相對較小,設備投資低,操作成熟且簡(jiǎn)送泵送至精甲醇儲罐,以供低溫甲醇洗裝置、烯烴單,投資囯收周期短;小塔精餾單元的應用可有效分離裝置、污水處理裝置和碳四裝置使用?；厥战地樗牟僮麟y度,大大提高M(jìn)TO級甲醇產(chǎn)甲醇精餾塔塔頂氣相經(jīng)精餾塔回流冷卻器冷卻品中國煤化工塔塔頂氣相夾帶甲醇后,液體進(jìn)入精餾塔回流槽,其中一部分通過(guò)回流CNMHG泵送至回收甲醇精餾塔作為回流液,其余部分被(4)MTO級甲醇“大小塔”精餾工藝無(wú)任何抽出作為副產(chǎn)品(含甲酸甲酯質(zhì)量分數>80%)三廢排放,環(huán)保節能,同時(shí)可解決煤化工項目蒸汽進(jìn)行外售。精餾塔回流冷卻器出口氣體和回收甲過(guò)剩的問(wèn)題,或有效利用汽提氣的熱量。醇冷卻器的出口氣體分別經(jīng)壓力調節閥調整后混(5)解決了目前煤制烯烴項目中MTO級甲化肥工業(yè)第42卷第4期醇精餾生產(chǎn)工藝流程所存在的工藝設計弊端,具合成甲醇和制烯有較好的應用推廣性。烴聯(lián)合裝置(6)由于回收甲醇精餾塔(小塔)的回流槽內液相中含有濃度較高的甲酸甲酯,在滿(mǎn)足精餾回流量的前提下,可從中抽取部分進(jìn)行外售,有助于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。低溫甲醇洗裝置制冷系統煤制烯烴4套裝置“A”形布置及優(yōu)點(diǎn)烯烴分離裝置在煤制烯烴工藝流程中,低溫甲醇洗裝置和烯烴分離裝置均需制冷劑(液態(tài)丙烯)來(lái)完成相應的操作,雖然其主工藝流程不同,但利用丙烯制冷使其具有一定的共同點(diǎn),為低溫甲醇洗裝置和烯烴烯烴分離裝置共同利用制冷系統提供了條件。制圖4煤制烯烴項目4套裝置“A”形布置示意冷系統是將一定壓力和溫度的氣態(tài)丙烯加壓、升性,其合理性可通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行檢驗。MTO級甲溫至1.73MPa(表壓)和90℃,然后用冷卻水將醇“大小塔”精餾工藝的運用,將脫輕塔回流冷卻其冷卻為液態(tài)(40℃),經(jīng)部分冷卻的液態(tài)丙烯分器后的氣相甲醇進(jìn)行回收并加以精餾,生產(chǎn)出高別被送往需要冷量的深冷器,通過(guò)相變吸熱的方品質(zhì)且滿(mǎn)足煤制烯烴項目多裝置需求的精甲醇式為工藝系統提供冷量。以期實(shí)現煤制烯烴項目資源最大化和效益最大將低溫甲醇洗裝置與烯烴分離裝置并行布化。將煤制烯烴項目的4套裝置采用“A”形布置,可以充分利用2套裝置的制冷系統,以降低設置,低溫甲醇洗裝置和烯烴分離裝置可共用同備、公用工程等投資;2套裝置并行布置后,共用制冷系統,在一定程度上優(yōu)化了煤制烯烴項目各同一制冷系統,可以充分利用各等級的制冷劑,最裝置的結構布置,減少關(guān)鍵機組的投資,提高了資大限度地發(fā)揮冰機的作用,進(jìn)一步降低單位產(chǎn)品源的利用率。能耗。與低溫甲醇洗裝置和烯烴分離裝置的制冷系統獨立布置設計相比9,由于可以減少部分設參考文獻備(丙烯儲罐、地下槽、除油設備等)、操作人員數孫高攀,余建良,張朝格,等.甲制烯烴工藝的優(yōu)化設計量并降低維護成本,也在一定程度上提高了煤制[J].山東化工,2013(6):108-110[2]宋維瑞,肖任堅,房鼎業(yè).甲醇工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出烯烴項目的市場(chǎng)競爭力。版社,1991根據以上各裝置和系統的工藝特點(diǎn),可將煤[3]謝克昌,房鼎業(yè).甲醇工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版制烯烴項目中的低溫甲醇洗裝置、甲醇合成裝置社甲醇制烯烴裝置和烯烴分離裝置按圖4進(jìn)行布置[4]馮醇生產(chǎn)操作問(wèn)答[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版設計。4套裝置的¨“A'形布置,增強了煤制烯烴社,200項目各裝置間的整體性及聯(lián)系性,能夠充分利用5]神華集團有限責任公司,中國神華煤制油化工有限公司甲醇制烯烴系統:中國,201420152282.2[P].2014-08-20.各裝置特點(diǎn),有助于降低煤制烯烴項目的建設投[6]吳業(yè)正.制冷原理及設備[M].西安:西安交通大學(xué)出版資和運行成本。社,19975結語(yǔ)脫輕塔后移簡(jiǎn)化了甲醇合成裝置和MTO裝THS滋,方圖南,等.化工原理(上冊)[M].第三中國煤化工0CNMHG3:化學(xué)工業(yè)出版社,00乙烯裝直降耗的主要途徑[J].河南化置的工藝流程,可節約項目投資、降低能耗,為今工,2000(8):39-40后再建設同類(lèi)型的煤制烯烴項目提供了設計選擇(收稿日期2015-03-06)