＊张怀敏 游倩倩

（濮阳市联众兴业化工有限公司 河南 457000）

从目前甲醇精馏工艺看，精馏方式主要分为单塔、双塔、三塔和四塔精馏。在三塔精馏过程中，预精馏塔的作用是去除沸点较低的杂质，以此控制塔顶稳定，保证其压力在既定压力范围内。预精馏塔的应用是去除轻组分杂质的关键措施。除此之外，为确保精馏甲醇质量，达到节能降耗的目的，需对再沸器和冷凝器物质含量进行调节，最大限度提高精馏质量。

1.工艺概述

(1)工艺流程

预精馏塔工艺包括压力控制器、回流罐、压力调节阀、冷却器、空气冷却器等多个环节组成，具体工艺流程图如下图1。

图1

结合上图1，预精馏塔塔顶压力根据表1中显示得知，操作压力为0.13MPa，排出蒸汽经过预精馏塔的空气冷却器构件，温度低于64℃后进入回流罐装置。回流罐的气经过不凝气冷却器其温度再次降低，达到40℃，温度降低后的甲醇流入回流罐，由回流泵施压后输送到预精馏塔。精馏最后，不凝气在压力调节阀的作用下，排到燃料气管网，实现节能降耗的作用。预精馏塔塔顶之所以运用工艺气是因为可降低工艺材料排出时的温度，空气冷却器通常运用50%变频控制的方式。

(2)操作参数及运行情况分析

工艺参数如下表1所示，其中进出总管温度、出口温度、环境温度指代空气冷却器的温度。测试环境温度为15℃，生产负荷为96.1%～104.9%，此环境下预精馏塔塔顶会发生超压现象，当压力调节阀全部打开时预精馏回流比为0.26，相比于设计的0.33，要低0.07，经测试，回流温度要高于既定温度，后果是增加甲醇损耗，影响甲醇产量，无法达到节能降耗的效果，影响精馏工艺的有序进行。

表1

2.预精馏塔塔顶系统核算

(1)塔顶系统压降核算

计算塔顶压力降低值时以冷却器出口为气相和液相，入口为气象，塔顶压力具体集中在气象管线上，所以应对空气冷却器入口管采用对称设计，确保液体及气体可均匀分布到所有管束上。

预精馏塔装置空气冷却器为引风式设计，其所能承受的最大热荷载为23.1MW，依照装置特性及工艺需要，设计为两组4跨，一共为8组空气冷却器，单组设置为2个出入口，总计16个出入管口，管口按照编号排序（g01～g16、c01～c16），管口尺寸选择为DN150mm，出口及入口管口分为两级，具体调配如下表2。

表2

借助Pipephase 9.7进行降压核算。其中介质物性选用热力学方法NTRL计算，管口压浆降用Beggs&Brill-Moody模型，管口相对粗糙度取值为0.2mm。以DN750作为空气冷却器二级集合管起始位置，终点设置为空气冷却器入口管口位置，管口连线位置依照操作需求进行合理配置，二级集合管与流量为固定值，以此计算空气冷却器入口管口压力，实验假设管口不存在偏流问题。

起始位置在空气冷却器出口、出口管口处。管控连接处依照实验班需求进行合理配置，终点设置在DN450mm二级集合管处。控制集合管压力及其流量，保证其数据固定，以此计算起始点和管口压力。具体参数如下表3所示。

表3

从表3可以看出，预精馏塔塔顶系统核算压降110%负荷下为22.1kPa，在实际运行中，空气冷却器实际进口压力为0.12MPa，而预精馏塔回流罐压力基本维持在0.1MPa。因此，对于该塔顶系统，预精馏塔入口集合管的固有压力降是偏大的，这会导致空气冷却器入口压力对应的气相饱和温度增大，使空气冷却器出口冷凝温度升高，冷却效果不理想。

(2)空气冷却器负荷核算

在操作过程中，83℃为空气冷却器的进口温度，精馏时温度达到87℃，致使回流量无法达到设计要求，也无法满足生产流量需求。在操作现场得知，当气候温度较高时，甲醇精馏系统将处于高压状态。

精馏系统设计过程中，需加大空气冷却器负荷，留有一定余量，所以，温度应取气候日均最高温度，也就是温度34℃时进行空气冷却器参数核算。设备运行时，由于空气阻力、结蜡等问题会发生降低空气冷却器能力的情况，所以应核算120%状态下的负荷余量，以此提高设备适应性，避免设备负荷过大影响精馏。

3.塔顶系统改造方案研究

(1)塔顶系统改造方案

本优化改造方案采取新增水冷器的方式，以此分担空气冷却器负荷。由于空气冷却器阻力相对较小，假如和改造新增的水冷器采用并联连接的方式，这种情况下水冷器介质流量无法控制，无法充分发挥水冷器的效用。假如在空气冷却器和水冷器管道上加设阀门，借助阀门调节的方式调控设备负荷，但这种做法会加大系统阻力，且操作难度较大，在春夏温度较高的季节，空气冷却器周围传热温度差不大，冷却效果欠佳。

基于此，应将水冷器和空气冷却器进行串联设置，确保所有介质都途经水冷器，最大限度发挥水冷器的作用。考虑到空气冷却器计算误差问题，经多次核算后，水冷器负荷可按照设备空气水冷器负荷比例考虑，通常控制在30%左右。新增水冷器采用固定管板形式，长度不宜过长，尽可能减小压降，尺寸为1600mm×3500mm，压降为5kPa，出口温度控制在64℃。具体设置方案为上文图1虚线位置。

(2)改造结果分析

新增串联水冷器过后，预计甲醇回收量为每小时1吨，按每年操作时间8k小时、1吨甲醇2k计算，全年效益达1600万元。在精馏设备中新增水冷器后，循环水量大约为600t/h，按照循环水价0.21元/t计算，每年总耗水量为100.8万元。预精馏塔水冷器净重为4.65吨，设备制造费用为18.5万元，非标换热器价格为39761元。设备安装预计花费0.54万，设备仪表费用约50万元，新增水冷器改造预计总花费69万元，根据投资资金与回收率计算，大约1个月收回投资资金，此次改造具有较强可行性，经济效果较好。

4.结束语

如上可知，甲醇精馏过程中，材料、温度、操作方式等因素会对其产量造成较大影响。精馏设备运行过程中，很容易出现预精馏塔塔顶冷量不足的问题，易发生超压现象，本文模拟数据和实地测量数据有一定差别，在实验误差范围内。在甲醇精馏过程中，管道单线图设计后期具备条件后才会比较完善，所以，在施工设计初期阶段，对塔顶入口集合管进行模拟核算过程中，应结合以往工作经验，科学选择空气冷却管集合，根据施工要求，适当增加设计余量，或者如改造方案所言，采用空气冷却管和新增水冷器串联的方式，缓解塔顶压力，满足塔顶负荷需要。