王龙
（晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司，河北 石家庄050000）
［摘 要］晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司200 kt/a甲醇装置精馏系统采用“节能型三塔精馏+废水回收塔”工艺，自2015年5月17日系统投运以来，多次出现过工况波动及精甲醇产品质量下降等异常情况。为此，在初步原因分析与排查的基础上尝试了相应的工艺优化调整，其后精甲醇产品酸度有所降低，但产品水分偏高问题未得到解决；此后，结合甲醇精馏系统加量时加压塔塔釜液位大幅波动的现象，将排查重点放在加压塔上，验证了设备方面存在问题的猜想，相继采取了清洗加压塔3～10层塔板与金属波纹填料以及将加压塔1～10层塔板由DJ-3型更换为DJ-5型等措施后，问题得以彻底解决，甲醇精馏系统一直运行稳定，精甲醇产品始终保持为优等品。
［关键词］甲醇精馏系统；工况波动；产品水分偏高；产品酸度偏高；原因分析；工艺优化调整；猜想与验证；解决方案
［中图分类号］TQ223.12+1 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0041-03
0 引 言
晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司200 kt/a甲醇装置分两期建设，一期、二期装置产能均为100 kt/a，两期装置共用1套甲醇精馏系统；甲醇精馏系统采用“节能型三塔精馏+废水回收塔”工艺，精馏塔塔内件全部采用杭州赛普分离工程开发有限公司生产的复合塔板和DJ-3型塔板。甲醇精馏系统工艺流程为，甲醇合成/中间罐区的粗甲醇经预热器预热（用加压塔采出产品进行预热）后进入预塔，预塔塔顶以气相形式采出轻组分，轻组分送至排放槽经脱盐水洗涤后排放，预塔塔釜物料则经系统蒸汽冷凝液预热后进入加压塔；加压塔顶部采出精甲醇，塔釜物料进入常压塔；常压塔顶部采出精甲醇，第5、7、9层塔板处采出杂醇油，塔釜废水送至污水处理站，若塔釜废水不达标则进入废水回收塔继续精馏，以保证污水达标排放。甲醇精馏系统中，预塔再沸器和加压塔再沸器采用低压蒸汽和转化气组成双路热源，加压塔的塔顶冷凝器作为常压塔的塔釜再沸器，形成双效换热，废水回收塔再沸器则采用低压蒸汽作为热源；预塔、常压塔、废水回收塔顶部均设有高效冷凝蒸发器用于气相介质的冷凝。
甲醇精馏系统自2015年5月17日投运以来，多次出现过工况波动及精甲醇产品质量下降等异常情况，严重影响前系统的生产负荷及后系统产品销售。为此，通过不断总结经验教训，进行工艺优化调整与加压塔塔板清洗及更换等，最终实现了甲醇精馏系统的稳定运行。以下对有关情况作一介绍。
1 问题描述
以2016年3月11日甲醇精馏系统出现的问题为例，当日20:00开始，甲醇精馏系统内各塔釜液位、塔釜温度出现较大范围的波动，而加压塔的相关工艺参数波动最为明显：预塔、常压塔、废水回收塔塔釜液位波动均由原50%～55%增大至45%～60%，塔釜温度变化均超过10 ℃；加压塔塔釜液位波动更是由原50%～60%增大至30%～80%，塔釜温度变化超过25 ℃。甲醇精馏系统工况大幅波动，工艺参数偏离正常指标，仪表自控系统无法完成自动调节，采出的精甲醇产品质量下降，较早反映出的问题是精甲醇产品水分升高——波动前产品水分在0.05%以下，属优等品，波动后产品水分涨至0.15%以上，降至合格品，有时甚至还会出现不合格品，需返液重新进行精馏；此外，精甲醇产品酸度也偏高。甲醇精馏系统出现上述问题后，甲醇合成系统负荷被迫由25 t/h（粗甲醇）减至15 t/h，随着精甲醇产量的降低，产品销售方面也受到了严重的影响。
2 初步原因分析与排查
2.1 产品水分偏高的可能原因分析
2.1.1 加压塔采出量控制不稳定
查看DCS运行数据得知，加压塔塔顶采出流量（FI40513）在0～30 m3/h之间大幅波动，随之加压塔塔釜液位也大幅变化——加压塔塔顶采出流量最大时塔釜液位正好处于波谷，由此怀疑在加压塔塔釜液位偏低的情况下蒸发量瞬间增大造成较多的水分进入气相，气相中的水分未与回流液充分进行气液接触冷凝便被带至回流槽，从而造成采出精甲醇产品水分偏高。
2.1.2 加压塔塔釜液位波动
与之前采出精甲醇产品质量较好时段进行对比，发现加压塔塔釜液位的稳定对精甲醇产品质量起着较为关键的作用——当加压塔塔釜液位稳定时，采出精甲醇产品质量较好，且相关联的温度、压力、出料量、采出量等指标均比较稳定；当加压塔塔釜液位大幅波动时，极易出现精甲醇产品水分偏高的问题。
2.1.3 系统热源不稳定
预塔再沸器、加压塔再沸器均采用低压蒸汽和转化气作为双路热源，但自甲醇装置投运以来，转化气作为主导热源使用，低压蒸汽使用量较少，而转化气热源相较于低压蒸汽热源而言不太稳定，这种系统热源不太稳定的因素在整个装置平稳运行的情况下可能影响不大，但在甲醇精馏系统自身处于工况波动状态时其造成的影响就比较明显了。
2.2产品酸度偏高的可能原因分析
2.2.1 碱液补入量过大
为中和粗甲醇中的有机酸，防止腐蚀塔釜及管道，会在预塔中补入一定量的碱液，预后物料pH一般控制在7～9；若碱液加入量过多，会促使酯类物水解，造成精甲醇产品酸度超标。调取加碱记录和预后物料pH取样分析记录，发现预后物料pH基本上处于8.0～8.5且较稳定，因此碱液补入量过大造成产品酸度偏高的可能性被排除。
2.2.2 预塔冷凝温度控制不当
若预塔冷凝温度控制不当，塔顶轻组分脱除不彻底，塔釜物料所含的甲酸甲酯、乙酸甲酯就会被带至加压塔或常压塔水解为甲酸和乙酸，继而甲酸和乙酸带入产品中引起酸度超标。查看预塔冷凝温度的历史趋势，预塔冷凝温度控制在40 ℃以上，避免了轻组分的过多冷凝，轻组分脱除应该是彻底的。另外，受产品采出及杂醇油温度的影响，预塔二级冷凝（五合一）温度控制得较低（23 ℃），但二级冷凝液并未回流至预塔，二级冷凝液所含轻组分被带至加压塔或常压塔的可能性可以排除。
2.2.3 采出杂醇油返回精馏系统
为进一步回收系统内的粗甲醇，达到节能降耗的目的，自2016年3月7日以来将常压塔第5、7、9层塔板处采出的杂醇油与甲醇混合液通过杂醇泵入口导淋管线排至地下槽，地下槽回收的杂醇油与甲醇混合液又返回系统重新进行精馏，如此一来，受杂醇油返回系统的影响，加压塔及常压塔采出的产品酸度会有所升高。
2.2.4 入料粗甲醇酸度较高
甲醇精馏系统的入料为甲醇合成系统产出的粗甲醇，而粗甲醇在甲醇合成闪蒸槽内因压力的降低会闪蒸出二氧化碳等酸性气，若闪蒸槽压力控制得偏高，那么闪蒸出的酸性气就会较少，酸性气留存其中会造成粗甲醇酸度较高，增大甲醇精馏系统的处理负荷，酸性物最终可能会带入到产品中引起酸度超标。
3 工艺优化调整
3.1 针对产品水分偏高的工艺优化调整
3.1.1 加压塔采出量控制
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期