(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 包頭 014000)

甲醇合成粗甲醇分離器改造

解靜

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古包頭014000)

本文分析了粗甲醇分離器存在的問題，并對其進(jìn)行改造。

粗甲醇分離器；甲醇合成；改造

一、前言

神華包頭煤化工有限責(zé)任公司甲醇裝置是引進(jìn)英國Davy公司的大規(guī)模甲醇技術(shù)，生產(chǎn)的MTO級甲醇作為下游裝置MTO的原料，生產(chǎn)能力為180 萬t/h。其中粗甲醇分離器是甲醇合成生產(chǎn)中拆重要設(shè)備之一，主要用來分離粗甲醇和不凝氣，并防止不凝氣帶液進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)的損壞。由于現(xiàn)階段甲醇合成負(fù)荷較高，粗甲醇分離器分離效果不好，對生產(chǎn)造成一定的影響，因此需對甲醇分離器進(jìn)行改造。

二、甲醇合成工藝

甲醇合成工藝流程是由界區(qū)外的合成氣經(jīng)過合成氣壓縮機(jī)加壓和蒸汽預(yù)熱器預(yù)熱后，再經(jīng)過合成氣凈化槽脫除對合成催化劑有毒害的微量組份，再進(jìn)入甲醇合成回路，甲醇合成回路設(shè)置兩臺蒸汽上升反應(yīng)器，流程為串/并聯(lián)耦合方式，從新鮮原料氣的分配方式而言，一大部分新鮮氣進(jìn)入1號合成塔，少部分進(jìn)入2號合成塔，進(jìn)氣比例隨著催化劑活的使用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，在催化劑使用初期為1.2:1，在使用末期為4:1。1號合成塔出口氣體經(jīng)1號空氣冷卻器、1號水冷器、1號粗甲醇分離器分離甲醇后與新鮮氣混合，再經(jīng)壓縮及預(yù)熱后進(jìn)入2號反應(yīng)器，2號合成塔出口氣體經(jīng)2號空氣冷卻器、2號水冷器、2號粗甲醇分離器分離甲醇后與新鮮氣混合，經(jīng)預(yù)熱后再進(jìn)入1號合成塔。

三、甲醇分離器的介紹

(一)甲醇分離器工作原理

本單位生產(chǎn)裝置粗甲醇分離器采用的是普爾利斯的高效分離器，此高效分離器的葉片在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中采用動(dòng)能碰撞，液滴吸附聚結(jié)和重力沉降的原理，可以以實(shí)現(xiàn)更為高效的氣液分離效率。如果氣體夾帶的液滴進(jìn)入高效分離器葉片的通道，立即被葉片分隔成多個(gè)小區(qū)域。氣體在通過各個(gè)小區(qū)域的時(shí)候?qū)⒈蝗~片強(qiáng)制進(jìn)行多次快速的流向轉(zhuǎn)變。此時(shí)在離心力的作用下，液滴與葉片發(fā)生較為多的動(dòng)能碰撞，液滴附著在葉片表面后，通過液滴間的聚結(jié)效應(yīng)形成液膜。隨著葉片表面的液膜的自身重力，在液體表面的張力一級氣體動(dòng)能的聯(lián)合作用下被推入葉片夾層，在夾層中匯流成股，并在重力作用下流入葉片下方的積液槽，從而進(jìn)行收集。最終得到經(jīng)過完成凈化處理的，不再含有夾帶液滴的干凈氣體。氣液兩相入口的進(jìn)料緩沖裝置可以幫助減緩氣液兩相流體進(jìn)入分離器的動(dòng)能，同時(shí)移除氣體中所夾帶的大尺寸液滴和段塞流。氣相夾帶著剩余的小尺寸液滴進(jìn)入上方的高校分離葉片，被高效分離葉片捕集到的液體在葉片的下方進(jìn)行收集。所收集到的液體在自身重力的作用下從降液管引入分離器底部，最終從分離器的底部被排出，并且通過液封的作用防止氣體串入降液管內(nèi)，從而造成流動(dòng)短路。

高效分離葉片通常被設(shè)計(jì)成不同的組合結(jié)構(gòu)形式，以滿足工藝性能和容器殼體的外形尺寸。高效分離葉片的單元組合結(jié)構(gòu)通常包括以下四種形式：單組葉片、雙組葉片和八組葉片。當(dāng)工藝性能和容器殼體的外形尺寸另有特殊規(guī)定時(shí)，高效分離葉片還可以被設(shè)計(jì)成有針對性的組合結(jié)構(gòu)形式。

(二)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1)固定式或可拆式葉片設(shè)計(jì)

2)焊接或者螺栓連接的支撐方式。

3)葉片反沖洗系統(tǒng)

4)多種形式的氣體優(yōu)化流動(dòng)分布

5)靈活多樣的葉片類型

甲醇分離器內(nèi)件由四向葉片單元、進(jìn)氣裝置、鎮(zhèn)靜板和降液管四部分組成。如圖1

圖1 甲醇分離器結(jié)構(gòu)圖

(三)粗甲醇分離器設(shè)備參數(shù)，如表1

表1 粗甲醇分離器設(shè)備參數(shù)

(四)粗甲醇分離器工藝操作參數(shù)如表2

表2 粗甲醇分離器工藝操作參數(shù)

(五)粗甲醇分離器優(yōu)缺點(diǎn)

1)甲醇全分離：可以將液態(tài)甲醇、霧態(tài)甲醇和氣態(tài)甲醇一次性實(shí)現(xiàn)100%分離，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械式分離器來說，增加了合成能力6%到25%，在原料氣充足的情況下無需消耗電、水、媒，從而直接降低成本。

2)雜質(zhì)全去除：可以將雜質(zhì)、催化劑粉末等所有堵塞物一次性實(shí)現(xiàn)去除。其一，可直接獲得產(chǎn)品；其二，分離器吸收段的作用除去了循環(huán)氣夾帶的不飽和酸、蠟質(zhì)、固體雜質(zhì)等，有效的維持了理想的甲醇反應(yīng)推動(dòng)力和轉(zhuǎn)化率，從而循環(huán)氣中高分子雜質(zhì)含量減少，能延長催化劑壽命與反應(yīng)活性，最終提高甲醇產(chǎn)品品質(zhì)。

3)減少冷卻水消耗：用脫鹽水做吸收劑，可以降低傳統(tǒng)分離方法中不可能降低的混合氣體溫度所造成的高消耗，從而減少了冷卻設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用。

(六)粗甲醇分離器存在的問題

甲醇裝置合成單元中粗甲醇分離器(151V104和151V105)的主要作用是將甲醇合成生成的粗甲醇與循環(huán)氣進(jìn)行分離，分離器效果的好壞將直接影響甲醇合成反應(yīng)效率。粗甲醇分離器的分離效果好，分離后氣相夾帶的甲醇量少則甲醇合成效率高，副反應(yīng)減少；粗甲醇分離器的分離效果差，分離后的氣相夾帶的甲醇量多，甲醇合成反應(yīng)效率差，副反應(yīng)也相應(yīng)增加。

設(shè)計(jì)進(jìn)入粗甲醇分離器的循環(huán)氣量為606t/h，由于目前合成塔的床層溫度高，移熱效果差，后續(xù)冷卻能力不足，導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入粗甲醇分離器的循環(huán)氣量高達(dá)810-830t/h，嚴(yán)重超出了設(shè)計(jì)值，使粗甲醇分離器分離效率明顯下降，分離器出口氣相中夾帶的甲醇含量明顯增加，直接制約到甲醇合成反應(yīng)的進(jìn)行，為此需要對兩臺粗甲醇分離器(151V104和151V105)的內(nèi)件進(jìn)行改造更換。

四、粗甲醇分離器的改造

現(xiàn)有粗甲醇分離器內(nèi)件采用普爾利斯專有技術(shù)的高效葉片，而內(nèi)件的最初設(shè)計(jì)是根據(jù)粗甲醇分離器的外形尺寸進(jìn)行的。普爾利斯公司對目前粗甲醇分離器內(nèi)件及構(gòu)造更為熟悉，并且普爾利斯公司對現(xiàn)有的分離器內(nèi)件及構(gòu)造在保留原葉片形式基礎(chǔ)上適當(dāng)增加數(shù)量數(shù)量以達(dá)到提高分離器分離效率的目的。在對分離器內(nèi)件改造風(fēng)險(xiǎn)較小、可行性較強(qiáng)、工程量最少，投資最省等方面綜合考慮，此次粗甲醇分離器內(nèi)件改造仍采用普爾利斯高效葉片。

經(jīng)核算，原有內(nèi)件的葉片流通面積已經(jīng)不能滿足目前實(shí)際運(yùn)行的氣體處理量。根據(jù)之前Davy提供分物性數(shù)據(jù)，粘度、表面張力等，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的操作數(shù)據(jù)，這氣體流量為2307500Nm3/hr的情況下，對原有內(nèi)件進(jìn)行改造，主要改造內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:

(一)氣體進(jìn)料分布器

蘑菇頭外徑由1680mm改為1800mm，有助于氣液兩相的初步分離，降低出口氣速和分擔(dān)高效葉片的處理負(fù)荷。原有蘑菇頭式進(jìn)料分布器直管段高度下降590mm，即液體高高液位由原來實(shí)際的2590mm下降到2000mm，以增加蘑菇頭出口至分離葉片底部的距離，蘑菇頭頂部到葉片盒底部的距離有532mm改為1120mm，改造后將改善氣相分布，避免氣相對液位控制的擾動(dòng)以及液體表面產(chǎn)生的二次夾帶情況?，F(xiàn)場工作是將蘑菇頭直管段切掉590mm，再將上下兩端拼焊，下方的靜液板的位置相應(yīng)向下調(diào)整590mm。

進(jìn)料彎管內(nèi)徑由1048mm改為1093mm，在彎管水平段利用變徑段擴(kuò)大彎管內(nèi)徑至1093mm,增加初步進(jìn)料與高效葉片間的分布空間，有利于氣相分布和提高葉片的有效處理面積。

(二)降液管

原有降液管是這四個(gè)液體收集槽底部各1根2“的，共計(jì)4根，改為4根3”的降液管。以保證葉片捕集的液量及時(shí)疏導(dǎo)至塔釜排出。去掉底部密封罐，避免堵塞情況。

(三)葉片

葉片框架需要擴(kuò)大，葉片數(shù)量增加。葉片數(shù)量由256片增加為312片，以增加氣相的處理能力?，F(xiàn)場安裝將原有葉片框架切斷，根據(jù)新設(shè)計(jì)的框架尺寸增加相應(yīng)的看、鋼板對框架進(jìn)行拼焊。

(四)降液管自液封

取消降液管自液封，原降液管底部的自液封的小童容易積液，考慮到停車檢修時(shí)，甲醇液體揮發(fā)有毒性，另外容器底部液體高度可以滿足降液管的密封要求，因此將自液封小桶取消，降液管底部深入到低低液位以下。

(五)改造后效果

改造后粗甲醇分離器可以處理的最大氣體流量由614574 kg/hr增加到891065.8 kg/hr；可以處理的最大液體流量由122157 kg/hr增加為150000 kg/hr。經(jīng)計(jì)算粗甲醇分離器氣相出口夾帶的液相甲醇含量降低為0.69%，每1000Nm3合成氣中夾帶的甲醇含量為0.89Kg的液相甲醇，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的改造目標(biāo)。

五、總結(jié)

對于大型甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，由于生產(chǎn)消耗龐大，系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性大，從而甲醇產(chǎn)率收影響因素較多。對于本單位甲醇合成技術(shù)配套選用具有相對的優(yōu)越性，因此甲醇產(chǎn)量的有效回收是十分重要的，也是開源節(jié)流提高產(chǎn)量的最有效的方式。本單位甲醇合成粗甲醇分離器改造后，經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，運(yùn)行良好，值得推廣。