王明飞，张遵杰，张文千，杜革
（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡453731）
［摘 要］ 蒸汽单耗（吨产品蒸汽消耗）是二甲醚装置生产中的重点监控工艺指标，它反映了二甲醚装置的能耗水平和生产成本。针对某200 kt/a二甲醚装置蒸汽单耗较高的问题进行原因分析，找到问题症结所在后，通过采取提高原料温度、降低系统压力、提高气液平衡槽液位、降低蒸发冷下液温度等操作优化措施，使二甲醚装置蒸汽单耗降低约0.10 t，蒸汽单耗降至设计水平，每年可降本增效200万元。
［关键词］ 二甲醚装置；蒸汽单耗高；气液平衡槽液位；进料温度；蒸发冷下液温度；系统压力；原因分析；应对措施
［中图分类号］ TQ223.2+4［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2020）01-0032-04
0 引 言
二甲醚是一种新型的清洁能源，属可以替代天然气、柴油等的环保型燃料，对优化我国能源供给和消费结构、降低石油的对外依存度方面有着重要的意义。某化工企业为延伸甲醇下游产业链，提高产品附加值，新建了1套200 kt/a二甲醚装置。对于二甲醚生产来说，蒸汽单耗（吨二甲醚蒸汽消耗）直接影响着二甲醚的生产成本。为降低二甲醚装置的蒸汽单耗，提升企业利润，该企业二甲醚车间进行了技术攻关。现将有关情况介绍如下。
1 二甲醚装置工艺流程
本200 kt/a二甲醚装置采用的甲醇气相脱水制二甲醚工艺（工艺流程如图1所示），主要包含甲醇汽化、脱水反应、精馏三大单元。原料甲醇经甲醇汽化塔底废水和甲醇/二甲醚混合气加热至约140 ℃后，进入甲醇汽化塔汽化，甲醇汽化塔塔釜热源有两个——1.2 MPa蒸汽（温度约190 ℃）和二甲醚反应器出口的甲醇/二甲醚混合气（温度约280 ℃）。汽化后的甲醇气经反应后的甲醇/二甲醚混合气升温后，进入二甲醚反应器内催化剂床层进行脱水反应生成二甲醚。反应后的甲醇/二甲醚混合气从反应器底部出来，分成两股：一股去气体加热器加热甲醇气，另一股去甲醇汽化塔再沸器作为再沸器的热源。换热后两股反应气混合，经甲醇蒸发器加热原料甲醇后进入二甲醚精馏塔精馏，精馏塔塔顶二甲醚产品气经蒸发冷降温至约40 ℃后，送入二甲醚回流槽，一部分作为产品采出至二甲醚球罐（外售），一部分回流至精馏塔。
2 存在的问题
本二甲醚装置使用的蒸汽为1.2 MPa蒸汽，原料甲醇为纯度85%的外购甲醇和其上游车间生产的94%的自产甲醇。二甲醚装置蒸汽单耗原始设计值为：原料为85%的粗甲醇时，蒸汽单耗为0.85 t；原料为94%的粗甲醇时，蒸汽单耗为0.80 t。而实际生产中，2018年1月3—5日二甲醚装置的蒸汽单耗如表1所示。可以看出：原料为85%的粗甲醇时，蒸汽单耗在0.94～0.97 t之间，平均为0.95 t；原料为94%的粗甲醇时，蒸汽单耗在0.84～0.86 t之间，平均为0.85 t。显然高于原始设计值。
3 原因分析
3.1 气液平衡槽液位低及汽化塔再沸器换热面积小
日常生产中，如果汽化塔再沸器及气液平衡槽液位较低，就可能出现蒸汽通过气液平衡槽顶部管道窜气走近路的现象，降低换热效率，造成部分蒸汽浪费，从而需要提高蒸汽流量才能保证汽化塔热量需求。为避免蒸汽走近路，需保证甲醇汽化塔再沸器及气液平衡槽内有一定的液位。
2018年1月1—5日系统满负荷运行时气液平衡槽液位与蒸汽单耗的关系见表2。可以看出，气液平衡槽液位与蒸汽单耗在一定范围内成反比关系：气液平衡槽液位在60%以下时，液位越低，蒸汽单耗越高；气液平衡槽液位在60%以上时，蒸汽单耗较低，且随液位升高蒸汽单耗无变化。这表明，气液平衡槽保持较高液位（高于60%）有利于降低蒸汽单耗。简言之，要降低本二甲醚装置的蒸汽单耗，需使气液平衡槽液位高于60%。
另外，汽化塔再沸器换热面积小也会使甲醇与蒸汽换热量不足，促使操作上提高蒸汽流量，导致蒸汽单耗升高。但这属于设计缺陷，需更换设备方能解决，成本较高，实际上不可取。
3.2 汽化塔甲醇进料温度低
如果汽化塔甲醇进料流量不变，进料温度越低，需越多的热源来对其进行加热，从而促使甲醇和水在汽化塔中进行汽化而予以分离。而蒸汽是唯一的外来热源，因此，当甲醇进料温度低时，操作上需开大蒸汽流量调节阀，提高蒸汽流量，才能保证甲醇的汽化分离效果。
汽化塔甲醇进料温度与蒸汽单耗的关系见表3。可以看出，在汽化塔甲醇进料量基本不变的情况下，甲醇进料温度越高，蒸汽单耗越低，两者成反比关系。因此，要降低蒸汽单耗，就需尽可能提高汽化塔甲醇进料温度。而本工艺流程中唯一需界区外蒸汽提供热量的设备就是甲醇汽化塔再沸器，因此，要降低蒸汽单耗，保证甲醇进料温度高于130 ℃非常关键。
3.3 不凝气含量高，系统压力高
系统压力升高，甲醇汽化塔、精馏塔、洗涤塔内轻组分与重组分的相对挥发度会降低，需对系统升温才能保证轻组分与重组分的分离效果。
系统压力高可能是甲醇汽化塔、二甲醚精馏塔或洗涤塔压力高。连续3个月的生产数据统计结果显示，甲醇汽化塔超压24次，二甲醚精馏塔超压7次，洗涤塔超压6次；甲醇汽化塔超压占比64.86%，为系统压力超标的主要原因。
甲醇汽化塔本身压力高只是表象，还需分析其症结所在，甲醇汽化塔超压的原因可能有不凝气含量高、甲醇进料量大、蒸汽流量大等原因。连续3个月的生产数据统计结果显示，不凝气含量高的情况达40次，甲醇进料量大的情况有6次，蒸汽流量大的情况有4次；不凝气含量高的情况占80.0%，为主要原因。因此，要降低系统压力，就需降低系统的不凝气含量。
进一步分析，不凝气的来源主要有两处：一是原料甲醇带入的不凝气超量；二是反应器超温，副反应较多，不凝气生成量大。而查阅原料甲醇分析数据，不凝气含量均合格；查阅反应器历史操作热点温度，均未超过催化剂厂家要求的385 ℃。由此可以推断，不凝气放空不及时是系统不凝气含量高的主要原因。
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