第５３卷㊀第５期
ＣｈｅｍｉｃａｌＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＤｅｓｉｇｎＯｃｔ.２０１５设计技术
夏必霞ꎬ陶长剑
(中国五环工程有限公司ꎬ湖北武汉４３０２２３)
摘㊀要：介绍了三塔甲醇精馏工艺要求及设备布置的特点ꎬ结合实际工程经验ꎬ提出了甲醇精馏装置设备布置的建
议方案ꎬ探讨了甲醇精馏装置工艺设备布置的特点和管路设计的注意事项ꎮ
关键词：甲醇精馏装置ꎻ三塔工艺ꎻ管路设计ꎻ布置特点
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－８９０１.２０１５.０５.００５
中图分类号:ＴＱ２２３.１２１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００４－８９０１(２０１５)０５－００１７－０３
ＰｒｏｃｅｓｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔＬａｙｏｕｔａｎｄＰｉｐｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆＭｅｔｈａｎｏｌＲｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｔ
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(ＷｕｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ㊀４３０２２３㊀Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｒｅｅ￣ｃｏｌｕｍｎｍｅｔｈａｎｏｌｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ.Ｉｔａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｓａｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｓｃｈｅｍｅｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌａｙｏｕｔｂａｓｅｄｏｎａｃｔｕａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｍｅｔｈａｎｏｌｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｕｎｉｔａｎｄｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｐｉｐｉｎｇｄｅｓｉｇｎ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｅｔｈａｎｏｌｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｕｎｉｔꎻｔｈｒｅｅ￣ｃｏｌｕｍｎｐｒｏｃｅｓｓꎻｐｉｐｉｎｇｄｅｓｉｇｎꎻｌａｙｏｕｔｆｅａｔｕｒｅ
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－８９０１.２０１５.０５.００５
㊀㊀甲醇精馏装置在石油化工企业中非常重要ꎮ先进适用的工艺技术需要通过经济㊁合理㊁优化的设备布置及管道设计才得以实现ꎬ设备布置及管道设计是实现工艺过程㊁确保整个系统安全㊁平稳生产操作的关键要素之一ꎮ设备布置及管道设计不仅要把装置内的所有设备㊁建筑物㊁构筑物等按照最佳的条件进行合理的布置ꎬ为其他专业提供合适的设计条件ꎬ而且还要用管道将各个设备连接起来ꎬ建立整个工艺过程ꎬ使装置最终产出合格的产品ꎮ
1㊀工艺流程
１.１㊀工艺流程说明
(１)来自甲醇合成工序的粗甲醇经预热器与蒸汽冷凝液换热到７２ħ左右后ꎬ进预精馏塔上部ꎬ塔顶汽在一级冷凝器中部分冷凝ꎬ冷凝器温度控制在７０ħꎬ未冷凝的汽体入二级冷凝器中冷凝ꎬ温度控制在４０ħꎬ气体去洗涤器ꎬ经水洗后不凝气去火炬ꎬ洗涤液去预塔回流罐或甲醇回收塔ꎬ预精馏塔塔顶冷凝液入回流槽是为了提高预精馏塔的脱轻效果ꎬ确保精甲醇羰基化合物和水溶性合格ꎬ产品无异味ꎬ向解析器
中加入适量的工艺水ꎬ萃取出较难脱除的烷烃油(油相)ꎬ水相随回流液送入预精馏塔塔顶ꎬ在精馏段形成萃取/共沸特殊精馏过程ꎬ有效脱除轻馏分杂质ꎮ
(２)预精馏塔釜液与加压塔釜液换热ꎬ接近泡点状态后ꎬ进入加压塔的下部ꎬ塔顶汽作为常压塔再沸器的热源ꎬ冷凝液一部分作为精甲醇产品采出ꎬ另一部分回流到塔顶ꎮ
(３)加压塔釜液经预精馏塔釜液冷却后ꎬ进入常压精馏塔下部ꎬ塔顶采出精甲醇产品ꎬ塔釜液送入甲醇回收塔中部ꎬ甲醇回收塔塔顶采出杂醇油ꎬ塔釜废水冷却后送入煤气化装置或生化处理装置加压塔ꎬ蒸汽冷凝水先经预精馏塔再沸器回收热量后ꎬ再去预热器预热粗甲醇ꎬ从而降低了甲醇精馏系统的蒸汽和循环水消耗ꎮ
(４)装置开车过程中不合格的产品返回到粗甲醇储罐ꎮ
１.２㊀工艺流程特点
(１)甲醇精馏工序采用三塔工艺ꎬ精馏用汽为低压蒸汽ꎬ各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇预热器热源ꎬ以节约能量ꎮ
(２)为减少精馏不凝气中甲醇的损失ꎬ本装置设
作者简介：夏必霞(１９８０年－)ꎬ女ꎬ安徽庐江人ꎬ２００３年毕业于安徽理工大学化工机械专业ꎬ工程师ꎬ现主要从事管道设计工作ꎮ
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有洗涤系统ꎬ洗涤后的不凝气去锅炉房作燃料ꎬ排放槽和液封槽用水采用甲醇回收塔塔底废水ꎬ以减少除盐水用量ꎮ
(３)为了提高甲醇回收率和产品甲醇质量ꎬ在常压塔后设回收塔ꎬ虽然增加一个塔ꎬ但由于降低了常压塔负荷ꎬ因而投资和蒸汽消耗基本上不增加ꎬ不仅甲醇回收率增加ꎬ而且在粗甲醇杂质含量较高时可从回收塔取出甲醇用作燃料ꎬ避免杂质在
系统累积而影响产品甲醇质量ꎮ
2㊀设备布置建议方案
笔者先后参与了中原大化㊁大唐多伦㊁鹤壁煤电㊁大同煤矿等工程的甲醇精馏装置的设计工作ꎬ结合实际设计经验ꎬ综合各工程现场的反馈意见ꎬ推荐采用如下三塔甲醇精馏设备布置方案ꎮ甲醇精馏装置设备布置建议方案见图１与图
２ꎮ
图１㊀甲醇精馏装置设备布置平面图
１ 排放槽ꎻ２ 甲醇回收塔ꎻ３ 常压精馏塔ꎻ４ 加压塔回流槽ꎻ５ 加压精馏塔ꎻ６ 洗涤塔ꎻ７ 预精馏塔
ꎻ８ 地下槽/地下槽泵ꎻ９ 回收塔再沸器ꎻ１０ 废水冷却器ꎻ１１ 冷凝器/再沸器Ａ/Ｂꎻ１２ 加压塔回流冷却器ꎻ１３ 加压塔再沸器Ａ/Ｂꎻ１４ 预塔再沸器Ａ/Ｂꎻ１５ 泵房ꎻ１６
配碱槽
图２㊀甲醇精馏装置设备布置剖视图
１ 回收塔冷凝冷却器ꎻ２ 常压塔冷凝冷却器ꎻ３ 解析槽ꎻ４ 预塔二级冷凝器ꎻ５ 预塔一级冷凝器ꎻ６ 杂醇油冷却器ꎻ７ 回收塔回流槽ꎻ８ 常压塔回流槽ꎻ９ 常压塔放空槽ꎻ１０ 加压塔甲醇冷却器ꎻ１１ 加压塔进料/釜底液换热器ꎻ１２ 预塔回流槽ꎻ１３ 粗甲醇预热器ꎻ１４ 泵
房ꎻ１５ 配碱槽
㊀㊀(１)设备布置采用露天加框架一体化ꎬ可以防止危害气体积聚并节约投资ꎮ
(２)设置了３层框架ꎬ分别为ＥＬ０.０００平面㊁ＥＬ７ ０００平面㊁ＥＬ１２.０００平面ꎬ泵类设备集中布置于ＥＬ０.０００平面ꎬ再沸器与回流槽布置于ＥＬ７.０００ꎬ
冷凝器布置于ＥＬ１２.０００平面ꎮ
冷凝水回收装置
(３)预精馏塔㊁加压精馏塔㊁常压精馏塔㊁回收塔选择靠近道路侧布置ꎬ充分考虑到以下３点:①设备吊装的空间ꎻ②填料或塔板的装卸及更换ꎻ③便于日常维护及检修ꎮ
８１ 化肥设计
２０１５年第５３卷
(４)地下槽布置于装置的一角ꎬ便于污甲醇回收ꎮ3㊀设备布置特点
国内甲醇精馏工艺采用三塔工艺ꎮ因甲醇精馏装置的特点是压力小ꎬ塔顶精馏气进冷却器冷却后ꎬ自流进入回流槽中ꎬ故采取步步低的设备布置以满足工艺要求ꎮ
(１)加压精馏塔塔顶甲醇气体作为常压塔再沸器的热源ꎬ冷凝液通过加压塔回流泵回至加压塔顶塔ꎮ因压差太小ꎬ冷凝液ң加压塔回流槽ң加压塔回流冷却器ң加压泵回流泵需步步低ꎬ以保证泵的吸入管必须有一定的液柱压头ꎬ防止泵入口出现气蚀现象而发生叶轮腐蚀㊁振动和噪音ꎮ(２)再沸器利用框架的楼面布置既能节约占地面积ꎬ又整齐美观ꎬ在布置再沸器时ꎬ可以调整支耳的高度ꎬ使７台再沸器支耳整齐美观地布置于ＥＬ７ ０００平面的框架上ꎮ
(３)泵房集中布置于框架下方的ＥＬ０.０００平面ꎮ考虑到泵的维护和检修ꎬ以泵的出口中心线为基准ꎬ将所有泵的出口中心布置在同一直线上ꎬ排列成行ꎮ在泵的电机正上方设置电动葫芦ꎮ(４)装置内管廓的设置ꎮ甲醇精馏装置的内管廓可利用泵房上方及框架ＥＬ７.０００平面下方的空间设置ꎬ这样既节约空间ꎬ又有利于泵的进出口管线的设置ꎬ使管线最短ꎬ降低经济成本ꎮ(５)塔的布置应注意以下２点:①塔的布置遵循相关设计标准规范ꎬ尽量靠近框架ꎬ塔上的钢平台与框架连通ꎬ方便整体操作ꎻ②塔的布置一字排开ꎮ塔区一侧为配管区ꎬ另一侧为检修维护区ꎬ检修维护区靠近道路侧能够满足塔的吊装㊁塔板及填料的装卸ꎮ4㊀管道设计要点
(１)随着生产能力和装置规模的扩大ꎬ甲醇精馏装置的管道口径也随之越来越大ꎬ直径１ｍ以上的管道
非常之多ꎬ特别是塔顶气相管道口径很大ꎮ管道设计时既要满足工艺要求ꎬ又要方便管道支吊架的设置ꎮ(２)塔与再沸器的管道设置ꎬ应满足应力及热虹吸式再沸器的工作原理ꎮ
(３)塔顶气进冷凝冷却器的管道应该注意以下２点:①为保证气体能够均匀地进入凝冷器２个或２个以上的设备入口ꎬ管道设计时宜对称布置(见图３)ꎻ②管道设计需考虑无袋形设计ꎬ即管道上不能产生低点ꎬ如有异径管ꎬ需选择底平的偏心异径管ꎬ防止甲醇气液化形成液封ꎬ长期积累液体阻挡气体流动ꎬ导致管道易发生振动ꎬ影响开车(见图３)ꎮ(４)为防止甲醇气串至下游液相管线ꎬ预塔二
级冷凝冷却器及常压塔冷凝冷却器甲醇液出口管
图３㊀塔顶气进冷凝冷却器的管道设置
线应设置Ｕ形弯ꎬＵ形弯高于设备底部２５０ｍｍꎬ形成液封ꎬ防止气体流串(见图
４)ꎮ
图４㊀冷凝冷却器甲醇液出口管线设置Ｕ形弯(５)因管线口径大ꎬ当以水为介质进行试压时ꎬ
应先确认或核算有关结构的承受能力ꎮ(６)为保证装置内所有污甲醇液能顺利流入地下槽ꎬ地下槽入口总管埋地敷设且设置５ɢ的坡度ꎬ坡向地下槽ꎬ支管也需５ɢ的坡度ꎬ各支管需从总管顶部接入ꎮ
(７)再沸器所需的低压蒸汽管线口径较大ꎮ管道设计需要满足应力及流量计直管段要求ꎮ
5㊀结语
(１)通过参考甲醇精馏装置设备布置的建议方案ꎬ根据其布置的特点及管道设计要点ꎬ提出了紧凑合理的布置ꎬ可以节约宝贵的土地资源和项目投资ꎮ(２)在设计过程中要根据项目实际情况灵活运用ꎬ综合考虑ꎬ满足标准规范的要求ꎬ设计出技术经济可行且业主满意的装置ꎮ
(３)合理优化设备布置及管道设计ꎬ确保整个系统安全㊁平稳地生产操作ꎮ
参考文献:
[１]蔡尔辅.石油化工管道设计[Ｍ].化学工业出版社ꎬ２００４. [２]张德姜ꎬ赵勇ꎬ等.石油化工工艺管道设计与安装[Ｍ].中国石化出版社ꎬ２００１.
[３]唐永进.压力管道应力分析[Ｍ].北京：中国石化出版社ꎬ２００３. [４]夏必霞ꎬ陶长剑.再沸器与精馏塔的工艺设备布置及管路设计[Ｊ].化肥设计ꎬ２０１１(４):２７－２９.
收稿日期:２０１５－０３－１３
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第５期夏必霞等㊀甲醇精馏装置工艺设备布置及管道设计要点
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