易金華，張 甫，趙麗京

（武漢金中石化工程有限公司，湖北武漢430223）

主題詞：氣體分餾裝置；MTBE裝置；裝置改造；催化蒸餾；工業(yè)推廣

隨著煉油裝置的大型化，一些石油化工廠原有的小型氣體分餾裝置逐步被淘汰成為閑置資產(chǎn)。氣體分餾裝置與MTBE裝置加工原料的物料性質(zhì)比較接近，除反應(yīng)以外的其它分離設(shè)備數(shù)量基本相當(dāng)，主要設(shè)備選型材質(zhì)相近。如果能夠?qū)㈤e置的小型氣體分餾裝置改造成MTBE裝置，既可以使閑置的資產(chǎn)得到合理的利用，也可以降低MTBE裝置的建設(shè)投資和建設(shè)周期。某公司將原7×104t/a氣體分餾裝置改造為5.5×104t/aMTBE裝置，取得了良好的效果。原7×104t/a氣體分餾裝置為4塔流程，精餾塔包括1臺(tái)脫丙烷塔、1臺(tái)脫乙烷塔、2臺(tái)丙烯塔（1臺(tái)上塔、1臺(tái)下塔）?；ば蚆TBE裝置正好需要4臺(tái)塔類設(shè)備，即2臺(tái)催化蒸餾塔（1臺(tái)上塔、1臺(tái)下塔）、1臺(tái)甲醇萃取塔、1臺(tái)甲醇回收塔，可以對(duì)原氣體分餾裝置的塔類及其附屬設(shè)備充分利用。

1 確定改造后裝置規(guī)模

為充分利用原裝置的主要設(shè)備，減少投資，減少施工的工程量，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)確保原氣體分餾裝置的4臺(tái)塔的塔體保持原位不動(dòng)，僅改動(dòng)塔的開(kāi)口和更換塔內(nèi)件。塔徑與裝置的處理量關(guān)系密切，塔高與產(chǎn)品的分離精度相關(guān)度高。由于氣體分餾裝置的精餾塔塔板數(shù)比較多，塔體都比較高，只要合理更換塔內(nèi)件是可以滿足分離精度要求的。因此要使得利舊塔體保持原位、原狀態(tài)不大動(dòng)，就要確定1個(gè)比較合適的裝置處理量，經(jīng)過(guò)核算并與同類裝置主要設(shè)備對(duì)比，7×104t/a氣體分餾裝置改造為5.5×104t/a MTBE裝置比較理想。

2 改造工藝技術(shù)方案

2.1 工藝技術(shù)方案選擇

裝置改造采用醚化反應(yīng)+催化蒸餾合成MTBE化工型組合工藝，其中醚化反應(yīng)采用混相床反應(yīng)器。催化蒸餾與醚化反應(yīng)器組合工藝，異丁烯總轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)到99.5%以上，產(chǎn)品MTBE純度大于98%，可以提高異丁烯回收率，達(dá)到充分利用資源的目的［1-3］。原裝置的2臺(tái)丙烯塔可改造為催化蒸餾塔，使原裝置的設(shè)備得到最大限度的利用。

催化蒸餾技術(shù)是把反應(yīng)與分離2個(gè)過(guò)程結(jié)合在1組設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行。在反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行分餾過(guò)程，使生成物與反應(yīng)物分離，破壞反應(yīng)的平衡。1組設(shè)備內(nèi)同時(shí)完成異丁烯的深度轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品分離，由于反應(yīng)和分離同時(shí)進(jìn)行，既實(shí)現(xiàn)了異丁烯的深度轉(zhuǎn)化又充分利用了反應(yīng)熱［4］。

2.2 改造后的工藝流程

自罐區(qū)來(lái)的混合C4、甲醇分別進(jìn)入裝置內(nèi)C4原料緩沖罐、甲醇原料罐，再分別用泵抽出后在管道內(nèi)混合，經(jīng)過(guò)加熱器加熱后進(jìn)入進(jìn)入醚化反應(yīng)器，混合C4中的異丁烯與甲醇在醚化反應(yīng)器中反應(yīng)生成MTBE，醚化反應(yīng)產(chǎn)物換熱后再進(jìn)入催化蒸餾塔。催化蒸餾塔分為催化蒸餾下塔和催化蒸餾上塔2部分。

（1）催化蒸餾下塔是催化蒸餾塔的提餾段，其作用是將產(chǎn)品MTBE、C4、甲醇分離，并保證產(chǎn)品MTBE純度≥98%以上。底部流出物為MTBE產(chǎn)品，換熱冷卻后送往裝置外MTBE產(chǎn)品罐貯存。

（2）催化蒸餾上塔包括精餾段、反應(yīng)段。在催化蒸餾下塔中分離出的未反應(yīng)的異丁烯與甲醇以汽相狀態(tài)從催化蒸餾下塔頂流出，進(jìn)入催化蒸餾上塔下部，在催化蒸餾反應(yīng)段進(jìn)一步反應(yīng)，使異丁烯的轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高，達(dá)到99.5%以上。

剩余甲醇與未反應(yīng)C4形成低沸點(diǎn)共沸物從催化蒸餾上塔頂餾出，經(jīng)過(guò)冷凝后流入催化蒸餾塔頂回流罐，部分作為催化蒸餾上塔的回流，其余部分作為出料冷卻后進(jìn)入甲醇萃取塔進(jìn)行未反應(yīng)C4和甲醇的分離。

甲醇萃取塔用水作為萃取劑，甲醇與未反應(yīng)C4的混合物為分散相，萃取水為連續(xù)相，2相連續(xù)逆流接觸，用水把甲醇從混合物中萃取出來(lái)，萃余液即不含甲醇的未反應(yīng)C4借助塔的壓力送至塔頂分水罐，然后用泵送出至罐區(qū)。萃取塔底含甲醇的水溶液送到甲醇回收塔回收甲醇，甲醇回收塔底凈化水換熱、冷卻后循環(huán)到甲醇萃取塔做萃取劑［5-6］。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 MTBE裝置流程

3 主要改造內(nèi)容

3.1 主要設(shè)備的改造方案

3.1.1 醚化反應(yīng)器醚化反應(yīng)器是MTBE裝置的核心設(shè)備，異丁烯與甲醇90%以上的反應(yīng)在醚化反應(yīng)器中進(jìn)行［7-8］。裝置改造需要新增醚化反應(yīng)器1臺(tái)，內(nèi)裝醚化催化劑，反應(yīng)器殼體材料選用復(fù)合鋼板，內(nèi)構(gòu)件選用奧氏體不銹鋼材質(zhì)。

3.1.2 催化蒸餾塔催化蒸餾塔的作用1是完成產(chǎn)品分離，2是提高異丁烯的轉(zhuǎn)化率。催化蒸餾塔利舊原7×104t/a氣體分餾裝置的2臺(tái)丙烯塔改造。丙烯塔下塔改為催化蒸餾下塔，即催化蒸餾塔的提餾段；丙烯塔上塔改為催化蒸餾上塔，即催化蒸餾塔的精餾段、反應(yīng)段。改造為催化蒸餾塔后，原丙烯塔塔體材質(zhì)滿足催化蒸餾塔的材質(zhì)要求，工藝計(jì)算結(jié)果表明原塔的塔徑足夠，塔高也有富裕。只是催化蒸餾塔下塔的操作溫度高于原丙烯塔的設(shè)計(jì)溫度，但丙烯塔設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa以上，遠(yuǎn)高于催化蒸餾塔的設(shè)計(jì)壓力，按溫壓組合條件進(jìn)行校核后發(fā)現(xiàn)原設(shè)備的壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新工況下需要的設(shè)備壁厚。綜上考慮后只需要對(duì)2臺(tái)丙烯塔塔內(nèi)件進(jìn)行改造就可達(dá)到催化蒸餾塔的要求。改造前后塔體設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 丙烯塔與催化蒸餾塔參數(shù)對(duì)比

3.1.3 甲醇萃取塔甲醇萃取塔利舊原氣分裝置脫丙烷塔改造，改造前后塔體設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 脫丙烷塔與甲醇萃取塔參數(shù)對(duì)比

經(jīng)核算、分析利舊原脫丙烷塔作為甲醇萃取塔時(shí)，塔體材質(zhì)、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、塔徑及塔高均能滿足可滿足設(shè)計(jì)要求，但要更換塔內(nèi)件滿足甲醇萃取塔的操作工況下的工藝要求。原設(shè)備設(shè)計(jì)壓力高，考慮到設(shè)備使用時(shí)間已經(jīng)比較長(zhǎng)，正好可以降壓使用以確保安全。

3.1.4 甲醇回收塔甲醇回收塔利舊原氣分裝置脫乙烷塔改造，改造前后塔體設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。利舊原脫乙烷塔改造為甲醇萃取塔設(shè)計(jì)壓力足夠，但甲醇回收塔的設(shè)計(jì)溫度要高于原脫乙烷塔。按溫壓組合核算后滿足作為甲醇回收塔的設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，并且設(shè)備壁厚富余較多。舊設(shè)備材質(zhì)、塔徑、塔高均滿足甲醇回收塔需要，但要更換原塔塔內(nèi)件以滿足新操作工況的工藝要求。

表3 脫乙烷塔與甲醇回收塔參數(shù)對(duì)比

3.1.5 主要容器催化蒸餾塔頂回流罐、甲醇萃取塔頂未反應(yīng)C4分液罐、甲醇回收塔頂回流罐均可利舊原塔頂回流罐改造，C4原料緩沖罐可以利舊原裝置進(jìn)料緩沖罐改造。利舊的原容器類設(shè)備的停留時(shí)間、材質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度均滿足改造后的設(shè)計(jì)和操作條件，少部分設(shè)備的接管開(kāi)口要做少許改造。裝置需要增加1臺(tái)開(kāi)停工罐。

3.1.6 冷換設(shè)備除增加1臺(tái)甲醇萃取塔進(jìn)料冷卻器外，其它冷換設(shè)備均可以利用裝置原有設(shè)備。

3.1.7 機(jī)泵機(jī)泵類少量利舊外，大部分要更換。主要原因：（1）原有泵有些已拆走；（2）型號(hào)太老，備件無(wú)法購(gòu)買(mǎi)；（3）部分泵的流量、揚(yáng)程不合適。

3.2 其它改造內(nèi)容

裝置儀表、電氣等均隨工藝進(jìn)行適應(yīng)性改造。土建改造內(nèi)容主要是新增設(shè)備的基礎(chǔ)，原有土建框架主體結(jié)構(gòu)可以基本不動(dòng)，也不新增土建構(gòu)架，改造工程量非常小。為適應(yīng)裝置改造后的工藝流程，需要新增、更換部分管道，但大部分可以利舊。

3.3 工程投資

不計(jì)及催化劑投資，裝置改造新增工程費(fèi)用約1 300×104元，不到1套新建同類、同等規(guī)模裝置工程費(fèi)的50%。工程費(fèi)主要集中在新增醚化反應(yīng)器、更換塔內(nèi)件、儀表新增和改造、更新機(jī)泵等。

4 裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)及改造效果分析

4.1 裝置C 4原料性質(zhì)

混合C4進(jìn)料生產(chǎn)實(shí)測(cè)組成見(jiàn)表4。

表4 混合C4=進(jìn)料生產(chǎn)實(shí)測(cè)組成

4.2 產(chǎn)品性質(zhì)

（1）裝置開(kāi)工生產(chǎn)后MTBE產(chǎn)品質(zhì)量滿足指標(biāo)值要求，MTBE實(shí)測(cè)性質(zhì)見(jiàn)表5；

表5 MTBE產(chǎn)品性質(zhì)

（2）裝置副產(chǎn)品未反應(yīng)C4（醚后C4）也達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)值要求，其實(shí)測(cè)性質(zhì)見(jiàn)表6；

表6 未反應(yīng)C4性質(zhì)

（3）裝置開(kāi)工生產(chǎn)后主產(chǎn)品和副產(chǎn)品均可達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 裝置生產(chǎn)實(shí)際能耗

裝置生產(chǎn)實(shí)際能耗為117.12 kg標(biāo)油/tMTBE，合4 903.46 MJ/t的MTBE，低于《煉油裝置工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T3121）異丁烯含量18%混相床常規(guī)轉(zhuǎn)化能耗值5 000 MJ/tMTBE。

原料異丁烯含量18%深度轉(zhuǎn)化時(shí)能耗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)更高，該裝置屬于深度轉(zhuǎn)化工藝，在原料異丁烯含量只有18%左右的情況下，不到5 000 MJ/tMTBE的能耗是可以接受的。

裝置能耗主要來(lái)源于蒸汽消耗，其占總能耗98%以上。

裝置長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，原料中異丁烯轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)平均值大于99.5%,最高99.8%。

裝置廢水、廢氣均可達(dá)標(biāo)排放。

改造后裝置生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，處理量、操作彈性均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。裝置生產(chǎn)實(shí)際能耗見(jiàn)表7。

表7 裝置生產(chǎn)實(shí)際能耗值（標(biāo)定數(shù)據(jù)）

5 結(jié)論

（1）氣體分餾裝置改造為化工型MTBE裝置原裝置的設(shè)備、材料、土建結(jié)構(gòu)的利用率非常高，改造工程量小。

（2）在原裝置界區(qū)內(nèi)就可完成改造，不需要新增用地，主要設(shè)備均可就地實(shí)施改造。

（3）改造周期短、見(jiàn)效快，不到6個(gè)月即可完成全部的工程改造并投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）投資省，如不考慮催化劑的投資工程建設(shè)投資不到新建裝置50%。

（5）從改造效果來(lái)看，改造裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、裝置能耗等生產(chǎn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均與同規(guī)模同工藝路線的新建裝置相當(dāng)。

（6）利用閑置的小型的氣體分餾裝置改造為MTBE裝置具有非常好的工業(yè)推廣價(jià)值。