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闪蒸汽甲醇回收初步方案

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2020年4月19日
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兖矿国宏化工有限公司
闪蒸汽甲醇回收
实施方案

兖矿国宏化工有限公司
3月16日

目　录

一、合成装置闪蒸汽甲醇回收项目的必要性 5
二、合成装置闪蒸汽甲醇回收项目改造的主要内容 5
三、主要经济技术指标、项目最终目标 5
四、关键技术及创新点 6
五、技术路线 7
六、技术、经济可行性及可靠性分析 8
七、对安全、环境、健康的影响性分析 8
八、现有基础、技术条件，保证体系 9
九、经济和社会效益分析 9
十、项目实施进度计划 10
十一、经费计划 10

一、合成装置闪蒸汽甲醇回收项目的必要性
近年来，国家越来越重视节约资源和保护环境工作，大规模开展了节能减排工作。《合成装置闪蒸汽甲醇回收》正是在这种可持续发展的前提下提出的新课题。
甲醇合成装置中甲醇在从甲醇分离器减压至甲醇闪蒸槽的过程，是一个从高压（设计压力7.5MPa,现操作压力6.0MPa）减压至低压（操作压力0.4MPa）的物理过程，减压后，气体溶解度下降，会有大量的气体闪蒸出来，主要成分是CO2（18%）、H2（29%）、N2（21%）、CH3OH（7%），根据一般经验公式计算：在压力0.4MPa、 温度40℃情况下，每吨粗甲醇一般可产生闪蒸气40Nm³，闪蒸气中甲醇含量为6.95mol％，年产50万吨甲醇装置，每小时生产的粗甲醇流量86.5吨，产生闪蒸气量大约3460Nm³/h。而设计院给出的闪蒸汽设计数据只有353 Nm³/h，由于设计计算错误，甲醇闪蒸槽V 闪蒸出来的甲醇气没有回收装置，其闪蒸出的甲醇白白浪费掉，根据当前的实际运行情况（闪蒸槽压力0.4MPa、温度40℃）和流量指示，闪蒸气量大约在5000～6000Nm³/h，经过取样分析，测定闪蒸气中的甲醇含量大约占7％（体积比）。因此：取闪蒸气平均值5500 Nm³/h计算，在40℃时，闪蒸气夹带的甲醇为 =550Kg/h；每年损失甲醇为550×8000=4400000kg 大约为4400吨。且随着生产周期的加长，甲醇水冷器出口温度高出设计值许多，闪蒸出来的甲醇会更多。会造成更大的浪费，而且闪蒸气甲醇排到火炬去，一方面浪费，另一方面存在很大的安全隐患。

二、合成装置闪蒸汽甲醇回收项目改造的主要内容
㈠新增一套闪蒸汽甲醇回收装置，闪蒸汽洗涤后，经原管线送往硫回收焚烧炉用作燃料或去火炬燃烧。
㈡洗涤后的甲醇水溶液送至原装置闪蒸槽甲醇管线，送往精馏工序精馏。
三、主要经济技术指标、项目最终目标
㈠原料气条件
流量：4000～5000 Nm3/h（因甲醇水冷器温度高，当前实际气量约7000 Nm3/h，考虑甲醇装置扩产及水冷器温度，最大放空气量为9000 Nm3/h，建议按8000 Nm3/h供货。
温度：40℃
压力：0.4 MPa
组成（平均值v/v，%）：
组成
H2
CO2
CO
N2
CH3OH
AR
CH4
∑
V%
29.48
18.14
5.65
21.88
6.95
7.75
9.41
99.26
另外含有微量的水、乙醇等。
元月份气体实际组成区间统计
组成
H2
CO2
CO
CH3OH
N2
CH4
∑
最低～最高V%
23.3～28.6
18.3～20.6
5.2～6.7
8.23
20.3～23.2
9.3～11.5

㈡经过闪蒸汽回收系统，大大降低气相中甲醇含量，经过闪蒸汽回收塔后气相中甲醇含量≤0.03%(V) ，全塔压力降≤0.03 MPa 。
㈢闪蒸汽经回收塔将甲醇洗涤，甲醇水溶液经闪蒸槽甲醇管线送入精馏系统。回收甲醇的浓度≥65%(W)，板效率≥85%。

四、关键技术及创新点
闪蒸汽甲醇回收塔的中下部是高效复合塔板，板效率≥85％，设备的上部是高效除雾装置，保证出口气中不带水，不带醇。甲醇回收系统就是在回收塔上部进入脱盐水用于洗涤闪蒸汽，降低闪蒸汽中的甲醇含量，使其出口气相中甲醇含量≤0.03%(V)。任何工况条件下，甲醇都是以三种形态存在的，即液态甲醇、雾状甲醇和气态甲醇。不同工况条件下，三种状态的甲醇分别所占的比例不同。压力越高，雾状甲醇和气态甲醇的含量越低。温度越低，雾状甲醇和气态甲醇的含量越低。在5.0Mpa、35℃工况下，雾状甲醇和气态甲醇在气体中的含量在1.0％—1.3％的范围内。在0.5Mpa、35℃工况下，气态甲醇在气相中的含量为6.5％。在0.2Mpa、35℃工况下，气态甲醇在气相中的含量为14％。传统的机械式分离器包括超滤式分离器在内统称为惯性分离器，只能分离液态甲醇，不能分离雾状甲醇，更不能分离气态甲醇。要想彻底地分离雾状甲醇和气态甲醇只能采用吸收法，最好的吸收剂是水，利用甲醇和水能够任意比例互溶的性质，用水吸收雾状甲醇和气态甲醇，使其变成甲醇水溶液，彻底全部分离下来。利用水吸收甲醇进行分离，不会对原工况条件产生任何负面影响，百利而无一害，是一个最佳方案。
五、技术路线
闪蒸汽甲醇回收系统的工艺流程简单，可分为气相和液相两部分。
出甲醇闪蒸槽的甲醇闪蒸汽（5000NM3/h，0.4MPa(G)，40℃）进入闪蒸汽回收塔下部，在该塔中，闪蒸汽用脱盐水洗涤（0.65MPa,40℃），以降低闪蒸汽中甲醇含量，洗涤后的闪蒸汽经回收塔顶高效除沫器分离后进入闪蒸汽管线经压力调节阀PV 控制后去燃料或火炬管网。
洗涤用的脱盐水来自界区，自回收塔上部进入，设有流量控制，在塔内塔板与闪蒸汽充分接触后，变为含水甲醇（甲醇的浓度≥65%(W)），经液位控制阀后并入甲醇闪蒸槽甲醇管线去精馏系统。
整个回收系统操作十分稳定、简单，一次调节好后，就无需专人再操作。设备设计合理，可长周期运行五年以上，无需检修，检修也只需蒸气热洗。利用水吸收甲醇进行分离，不会对原工况条件产生任何负面影响，百利而无一害，是一个最佳方案。
为保证回收塔的操作压力但又减少投资，考虑回收塔与闪蒸槽串联在PV 阀前，用原有的闪蒸汽压力控制阀控制回收塔的压力。在回收系统出现问题时，经过关闭回收塔进出口阀等将回收系统隔离，不会影响大系统运行。回收塔底部的含水甲醇考虑送至闪蒸槽甲醇管线LV 阀后，不必另设管道。
简单的流程示意图如下（虚线框内为卖方供货范围，以P&ID中的界区条件为准，即卖方提供所附P&ID中的所有内容）：

六、技术、经济可行性及可靠性分析
甲醇合成装置闪蒸汽为常量放空气体，当前流量5500Nm3/h、压力0.4MPa、温度42℃，气体中甲醇含量达到8%，具有回收价值。
闪蒸汽回收装置在国内技术成熟，已成功应用多个厂家，经调研河南中原大化、河南义马气化厂等已采用该技术回收闪蒸汽甲醇运行二年以上，效果明显。经过技术交流，认为该技术能够用于闪蒸蒸汽甲醇回收。
七、对安全、环境、健康的影响性分析
闪蒸汽甲醇回收系统操作十分稳定、简单，一次调节好后，就无需专人再操作。设备设计合理，可长周期运行五年以上，无需检修，装置运行的稳定性高。且在回收系统出现问题时，能够整体切出，不影响大系统正常运行。
经确认新增装置区安全距离满足要求，预留地方满足新增量要求，装置的运行不会造成新的环境污染，无“三废”产生。闪蒸气经过装置回收甲醇后，放空量降低，并大大减少甲醇带到火炬，比原有工艺极大地减少了对环境的影响，另一方面也消除了重大的安全隐患。

装置位置示意图：
合成塔

7m
5m

3m

闪蒸汽回收装置区
3m

6m

高能复合醇实验装置

八、现有基础、技术条件、保证体系
甲醇合成装置闪蒸汽原设计是送往热电锅炉作为燃料，或放至火炬燃烧处理，闪蒸汽中甲醇不回收，但实际运行发现设计院给出的闪蒸汽设计数据只有353 Nm³/h，由于设计计算错误，甲醇闪蒸槽V 闪蒸出来的甲醇气气量比设计值多出10倍，随着甲醇水冷器出口温度的升高，闪蒸汽量还会进一步增大，损失的甲醇会更多，且对环境影响也比较大。改造后将闪蒸汽中的甲醇洗涤回收，增加甲醇产量。
在技术方面，公司先前做了大量的调研好技术工作，已经初步具备掌控该项技术的能力，同行业已经经过改造达到较好效果，我公司经过交流能够采用更先进回收塔保证回收效果。
九、经济和社会效益分析
对闪蒸汽甲醇进行回收，可实现节能环保，一方面能够提高甲醇的产量，降低成本，增加经济效益，另一方面能够减少环境污染。
按闪蒸气5500 Nm³/h计算，在40℃时，闪蒸气夹带的甲醇为 =550Kg/h；每年回收甲醇为550×8000=4400000kg，大约为4400吨。甲醇按2600元/t计，每年可增加经济收入2600×4400=1144万元。设备折旧按5年计算，运行费用包括脱盐水、维护费用及其它按每小时0.03万元计算，年降低生产成本：1144-8000×0.03-90/5=886万元。
该项目的实施对于系统扩产和节能降耗具有重大意义，生产成本的进一步降低，将使国宏公司甲醇产品的市场竞争力大大增强。
十、项目实施进度计划
1月 完成技术交流工作；
2月 完成项目申报，展开招标工作和设计；
3月 设备、材料订货；
4月 设备、材料到货；
6月 设备安装完毕，投入运行。
十一、经费计划
㈠资本性投资：
闪蒸汽回收塔装置一套 70万元；
工艺管道及安装费 10万元；
土建费用 2万元。
㈡费用性投资：
设计费 6万元；
技术交流费 2万元；
共 计：　　 　　　　 90万元