煤制烯烃项目的工艺流程优化

64化肥工业第42卷第4期煤制烯烃项目的工艺流程优化孙高攀(神华包头煤化工有限责任公司内蒙古包头 014010)摘要从煤制烯烃项目中甲醇合成装置与甲醇制烯烃装置之间的结合点和相似点出发,对甲醇合成装置和甲醇制烯烃装置的工艺流程进行整合优化,以达到节省投资、缩短建设工期和节能降耗的目的,并降低装置运行的复杂性。同时,提出了MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺、低温甲醇洗与烯烃分离共用同一制冷系统的方案,可进一步降低甲醇消耗、设备投资和单位烯烃综合能耗,以提高企业的经济效益和市场竞争力。关键词甲醇制烯烃 优化节 能中图分类号:TQ221.2文献标识码:B文章编号: 1006-7779(2015 )04-0064-05Optimization of Process Flow of Coal to Olefin ProjectSun Gaopan( Shenhua Baotou Coal Chemical Industry Co., Ltd. Inner Mongolia Baotou 014010)Abstract In order to achieve the goal of saving investment, shorten the construction period and .saving 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 out ,starting 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 andcomprehensive energy consumption per unit of olefin， improving economic benefit and marketcompetitiveness of enterprise.Keywords methanol to olefin ( MTO) optimization energy- saving甲醇和MTO均为独立的生产装置,并且由不同设1项目背景计单位完成设计。由于MTO工艺参照催化裂当前发展煤化工的主要途径之- - 就是煤气化化( FCC)工艺开发,多以石油化工特点为设计基制取的合成气用于合成甲醇,后经过甲醇制烯础,整体设计时,对下游装置考虑得相对较多,而烃(MTO)可生产汽油、柴油和烯烃等产品[1-2]与上游装置联系的紧密性表现不突出。低温甲醇从内蒙古某示范装置实际运行效果来看,MTO装洗和烯烃分离装置均为利用压缩丙烯制冷来完成置的运行性能基本达到了设计指标,并取得了国吸收和分离,其工艺极其相似。为此,针对煤制烯内--流世界领先的好成绩,但受目前经济发展速烃项目的甲醇合成和MTO装置、低温甲醇洗和烯度调整和环保压力增大的影响,煤化工行业正面烃分离装置的特点,可寻找各装置交叉点进行工临着严峻的挑战,节能降耗和节约水资源是煤制艺整合优化和装置合理布置,以进--步降低煤制烯烃企业提高竞争力的重要手段之-_[3]。烯烃项目的投资费用和运行维护费用。本文对煤在煤制烯烃项目中,国内外设计的水煤气制制烯烃项目中的甲醇合成和MTO装置的工艺流作者简介:孙高攀( 1985- ) ,男,工程师,从事煤制油.煤制烯烃的生产管理工作;sungaopan@ ecscle. com。2015年8月孙高攀:煤制烯烃项目的工艺流程优化65程进行了整合优化,同时针对甲醇合成工艺运行2甲醇合成和MTO工艺整合优化中突出的设计缺陷,提出了MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺4以及低温甲醇洗、甲醇合成、2.1改造 前甲醇合成和MTO工艺流程MTO、烯烃分离装置采用“A"形布置,以期进- -步改造前甲醇合成和MTO工艺流程如图1提高煤制烯烃项目运行的经济性5-7]。所示。中间换热器合成塔新鲜气z反应气来自三旋循环气压缩机甲醇- -燕(換热器醇一反应气换热器新鲜气分离器甲醇至反应器粗甲醇分离器甲醇一凝结水换热器二甲醇一汽提气换热器水冷器去燃料气管网反应气至急冷塔5甲醇开压泵e甲醇一-凝结水换热器rMn内取热器h宁甲醇- -次:化水换热器粗甲醇闪蒸罐轻|MTO级甲醉产品施LM_eeMTO级甲醇外送梨图1改造前 甲醇合成和MTO工艺流程(1)甲醇合成流程:来自低温甲醇洗装置的甲醇-净化水换热器、甲醇-凝结水换热器换热新鲜气经新鲜气分离器后与循环气-起被循环气后分成3路,分别经甲醇升压泵、甲醇-汽提气换压缩机加压、换热后进人合成塔进行反应,反应气热器、甲醇-蒸汽换热器后汇合(温度约为经中间换热器、水冷器冷却至40 C左右进人粗甲100C),再经甲醇-反应气换热器加热至250°C醇分离器,其中未反应的循环气与新鲜气汇合后左右后进入MTO反应器进行反应。进行循环反应,液相进人粗甲醇闪蒸罐;在粗甲醇2.2优化 后的甲醇合成和MTO工艺流程闪蒸罐内,利用罐内系统压力将粗甲醇压人脱轻根据脱轻塔的工艺特点与功能,将甲醇合成塔(塔顶和塔底温度分别控制在86 C和93 C),装置中的脱轻塔后移至MTO装置的甲醇人料预在此除去粗甲醇中的轻组分,生产出合格的热部分,以取代MTO装置中的甲醇-凝结水换热MTO级甲醇;出脱轻塔的MTO级甲醇升压后经器、甲醇升压泵和甲醇-汽提气换热器，优化后的水冷器冷却至40 °C ,然后送人MTO级甲醇产品甲醇合成和MTO工艺流程见图2。罐,再经MTO级甲醇外送泵送至MTO装置。甲醇合成装置生产的粗甲醇在粗甲醇闪蒸罐MTO级甲醇外送泵采用干气密封式离心泵，闪蒸后,利用闪蒸罐内的系统压力直接将粗甲醇1开1备,设有联锁备泵自启。但在实际运行中,压人粗甲醇储罐(原MTO级甲醇产品罐),然后因甲醇温度高和干气密封泄漏,备泵不能自动稳通过粗甲醇泵(原MTO级甲醇外送泵)将粗甲醇定切换,无法实现主泵故障后甲醇的连续外送,给送至MTO装置。进入MTO装置的粗甲醇先经MTO装置连续供料造成很大影响。MTO反应器内取热器及甲醇-净化水预热器预(2)MTO装置入料甲醇预热工艺流程:来自热至约70C后送人脱轻塔,将粗甲醇中的轻组分甲醇罐区的MTO级甲醇(40 C,1. 15 MPa)进人杂质彻底脱除,得到的合格MTO级甲醇经脱轻塔MTO装置内,经流量调整后分成2路,一路经塔底泵加压后依次通过甲醇-蒸汽换热器.甲醇-MTO反应器内取热器后与另一路汇合,再依次经反应气换热器,温度升至约250 C后进入MTO反66化肥工业第42卷第4期去燃料气管网反应气来自三旋小问换热器合成塔甲醇一凝结水换热器新鲜气t50-循环气压缩机1脱甲醇至MTO反应器新鲜气分商器甲醉一蒸汽换热器甲醇一反应气换热器粗甲醇分离器oJ水冷器反应气至急冷塔e去燃料气管网。rVn内取热器E甲醇-净化水预热器粗甲醇闪蒸罐粗甲醇LMr J储罐料|甲醇外送泵图2优化后的甲醇合 成和MTO工艺流程应器进行反应。装费用、运行维护费用(换热器需定期清洗和除在粗甲醇外送泵的干气密封供气管路上设置蜡等)和冷却水费用近千万元。1只带旁路的顺控电磁阀,通过控制系统逻辑组3 MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺态,控制其在备泵运行前5 s供气,从而彻底实现了该泵的无扰动切换。3.1MTO级甲醇“大小塔”精馏提出背景2.3优化前后比较甲醇合成装置生产出的粗甲醇经脱轻塔脱除(1)原进人MTO装置的原料为MTO级甲其中的轻组分后,得到满足MTO装置生产所需的醇，现改为粗甲醇,即优化后的甲醇合成装置无需原料级甲醇,即MTO级甲醇。针对优化工艺中脱脱除粗甲醇中的轻组分。由于脱轻塔运行较稳轻塔部分(图2中虚线框部分)目前存在的最大定、易于操作,实际运行时未增加MTO装置的生问题是脱轻塔塔顶气相夹带大量甲醇,如国内某产负荷。企业1800kt/a甲醇合成装置尽管采用了国外某.(2)脱轻塔由甲醇合成装置后移至MTO装著名供应商所提供的甲醇合成催化剂[8],但其脱置后,取代了MTO装置的部分动、静设备;甲醇合轻塔塔顶放空气相的甲醇夹带量超出设计值数成装置取消脱轻塔后,粗甲醇在粗甲醇闪蒸罐内倍。为此,该企业对夹带的甲醇进行了回收(甲闪蒸后可直接完成40 °C工况人罐储存,彻底改变醇合成催化剂使用初期的回收量为2.36 t/h),但了原流程因换热器结蜡而使MTO级甲醇无法按因回收甲醇中含有杂质而导致其市场售价难以提设计温度入罐的弊端,同时大大降低了因罐内甲高。经测定,回收甲醇的组分(质量分数)为甲醇醇温度高而造成的挥发损失。整合优化后,简化96.00%、甲酸甲酯3.40%、水0.30%、乙醇了2套装置的工艺流程,降低了设备维护费用,缩0.01%、其他0.29%。针对此问题，根据目前成短了项目建设工期。熟的精馏工艺,设计了MTO级甲醇“大小塔”精(3)优化后,取消了甲醇合成装置中脱轻塔馏工艺流程,以提高此回收甲醇的质量。塔底2台MTO级甲醇水冷器,节约了大量循环冷3.2MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺流程却水;同时,进人脱轻塔的粗甲醇被预热至70C,所谓“大小塔”精馏工艺流程,是回收甲醇精在--定程度上减轻了脱轻塔塔底再沸器的热负馏塔(小塔)相比于脱轻塔(大塔)而言,小塔人料荷,节省了大量的蒸汽。量仅为2~5 Vh。MTO级甲醇“大小塔”精馏工(4)整合优化后,总计节省设备费用、设备安艺流程如图3所示。2015年8月孙高攀:煤制烯烃项目的工艺流程优化67脱轻塔回流冷却器|回收甲醇冷却器至燃料气管网、火炬、故空精馏塔回流冷却器脱轻塔回流罐回收甲醇储槽甲醇来自甲醇合成系统亡D[D回精馏塔回流槽收|轻甲至储槽塔醇|回流泵精馆塔入料泵精|再沸器|再沸器精甲醇进入储罐外送MTO级甲醇至储罐冷却器精甲醇外送泵MTO级甲醇外送泵水冷器图3MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺流程来自甲醇合成装置的粗甲醇在脱轻塔设定的合,混合气体直接送人燃料气管网或火炬管网或人料板处入料,在其塔底再沸器和脱轻塔回流冷放空。回收甲醇精馏塔塔底再沸器可采用MITO却器的作用下完成粗甲醇中轻组分的脱除。脱轻装置汽提塔的汽提气作为热源,以充分利用装置塔回流冷却器气相出口温度控制在65 C,冷却下的热能。来的液体进人脱轻塔回流罐,通过回流泵送人脱3.3 MTO 级甲醇“大小塔”精馏工艺的优点轻塔塔项作为回流液。脱轻塔塔顶和塔底温度分(1)对脱轻塔塔顶气相中的甲醇进行回收并别控制在86C和94C,塔底得到的合格的MTO精制，可供给煤制烯烃项目中其他消耗精甲醇的级甲醇通过MTO级甲醇外送泵送至甲醇-蒸汽装置,如低温甲醇洗装置烯烃分离装置、碳四装换热器,再经甲醇-反应气换热器换热至合适的置污水处理装置等,同时亦可将精馏后的甲醇作温度后,进人MTO反应器进行反应。为MTO装置的原料。从脱轻塔回流冷却器出来的气相经回收甲醇(2)采用MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺将冷却器冷却至30~35C之后,液体甲醇进人回收回收甲醇经简单精馏后进行甲醇的综合利用,每甲醇储槽内,然后通过精馏塔人料泵将回收甲醇年可为煤制烯烃项目节省费用近千万元，有效提送至回收甲醇精馏塔(小塔)内进行精馏。回收高了煤制烯烃项目的经济效益,进一步降低 了烯甲醇在回收甲醇精馏塔塔底再沸器和塔顶精馏塔烃的甲醇单耗。回流冷却器的作用下完成甲酸甲酯等轻组分的再(3)MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺中的小次分离,塔底得到的精甲醇经冷却后被精甲醇外塔精馏单元相对较小,设备投资低,操作成熟且简送泵送至精甲醇储罐,以供低温甲醇洗装置、烯烃单,投资回收周期短;小塔精馏单元的应用可有效分离装置、污水处理装置和碳四装置使用。回收降低脱轻塔的操作难度,大大提高MTO级甲醇产甲醇精馏塔塔顶气相经精馏塔回流冷却器冷却品合格率，也降低了原脱轻塔塔顶气相夹带甲醇后,液体进人精馏塔回流槽,其中-部分通过回流给火炬管网带来的压力。泵送至回收甲醇精馏塔作为回流液,其余部分被(4)MTO级甲醇“大小塔”精馏工艺无任何抽出作为副产品(含甲酸甲酯质量分数> 80% )三废排放,环保节能,同时可解决煤化工项目蒸汽进行外售。精馏塔回流冷却器出口气体和回收甲过剩的问题，或有效利用汽提气的热量。醇冷却器的出口气体分别经压力调节阀调整后混(5)解决了目前煤制烯烃项目中MTO级甲68化肥工业第42卷第4期醇精馏生产工艺流程所存在的工艺设计弊端,具合成甲醇和制烯有较好的应用推广性。烃联合装置(6)由于回收甲醇精馏塔(小塔)的回流槽内液相中含有浓度较高的甲酸甲酯,在满足精馏回低|流量的前提下,可从中抽取部分进行外售,有助于温|提高企业的经济效益。制冷系统烃分|醇离4煤制烯烃4套装置“A”形布置及优点洗|装置在煤制烯烃工艺流程中,低温甲醇洗装置和烯烃分离装置均需制冷剂(液态丙烯)来完成相应的操作,虽然其主工艺流程不同,但利用丙烯制冷使其具有一定的共同点,为低温甲醇洗装置和变换气烯烃烯烃分离装置共同利用制冷系统提供了条件。制图4煤制烯烃项目4套装置“A”形布置示意冷系统是将--定压力和温度的气态丙烯加压、升性,其合理性可通过实践进行检验。MTO 级甲温至1.73 MPa(表压)和90 C,然后用冷却水将醇“大小塔”精馏工艺的运用,将脱轻塔回流冷却其冷却为液态(40 C) ,经部分冷却的液态丙烯分器后的气相甲醇进行回收并加以精馏,生产出高别被送往需要冷量的深冷器,通过相变吸热的方品质且满足煤制烯烃项目多装置需求的精甲醇，式为工艺系统提供冷量。以期实现煤制烯烃项目资源最大化和效益最大将低温甲醇洗装置与烯烃分离装置并行布化。将煤制烯烃项目的4套装置采用“A”形布置,可以充分利用2套装置的制冷系统,以降低设置,低温甲醇洗装置和烯烃分离装置可共用同--备、公用工程等投资;2套装置并行布置后,共用制冷系统,在一定程度上优化了煤制烯烃项目各同一制冷系统,可以充分利用各等级的制冷剂,最装置的结构布置,减少关键机组的投资,提高了资大限度地发挥冰机的作用，进- -步降低单位产品源的利用率。能耗。与低温甲醇洗装置和烯烃分离装置的制冷系统独立布置设计相比[9],由于可以减少部分设参考文献备(丙烯储罐.地下槽、除油设备等)操作人员数[1]孙高攀,余建良,张朝格,等.甲醇制烯烃工艺的优化设计[J].山东化I ,2013(6);108- 110.0量并降低维护成本,也在-定程度上提高了煤制[2] 宋维瑞,肖任坚,房鼎业.甲醇工学[M].北京:化学工业出烯烃项目的市场竞争力。版社, 1991.根据以上各装置和系统的工艺特点，可将煤[3] 谢克昌,房鼎业甲醇工艺学[M].北京:化学工业出版制烯烃项目中的低温甲醇洗装置、甲醇合成装置、社, 2010.甲醇制烯烃装置和烯烃分离装置按图4进行布置4] 冯元琦.甲醇生产操作问答[M].北京:化学工业出版设计。4套装置的“A”形布置,增强了煤制烯烃社,2000.项目各装置间的整体性及联系性,能够充分利用5]神华集团有限责任公司,中国神华煤制油化工有限公司.甲醇制烯烃系统:中国,201420152282.2[ P].2014-08-20.各装置特点,有助于降低煤制烯烃项目的建设投[6]吴业正制冷原理及设备[M].西安:西安交通大学出版资和运行成本。社,1997.[7] 陈敏恒,丛德滋,方图南，等化工原理(.上册)[M].第三5结语版.北京:化学工业出版社,2002.8] 候丽新.板式精馏塔[ M].北京:化学工业出版社,2005.脱轻塔后移简化了甲醇合成装置和MTO装[9]王红薇.浅析乙烯装置节能降耗的主要途径[J].河南化置的工艺流程,可节约项目投资、降低能耗,为今工2000(8):39-40.后再建设同类型的煤制烯烃项目提供了设计选择(收稿日期2015-03-06)