煤制乙二醇精馏液相加氢技术改造

宫勋

（中盐安徽红四方股份有限公司，安徽合肥231602）

乙二醇主要用于生产涤纶纤维（合纤单体）和包装材料用的聚酯树脂、防冻剂和不饱和聚酯树脂。由于涤纶纤维和包装用PET 材料的迅速发展，对乙二醇的需求量不断增大，目前乙二醇已成为世界上消费量最大的多元醇，我国已成为世界最大乙二醇进口国。

煤制乙二醇工艺反应过程不同于乙烯法，生成了原乙烯法工艺所没有的杂质，主要杂质：乙醇酸甲酯、1,2-丁二醇、甲酸甲酯、二甲醚、二氧戊环、甲氧基乙酸甲酯、乙二醇单甲醚、l，2-丙二醇、单(二)甲酸乙二醇酯等，其中影响220 nm 紫外线透过率的杂质主要是低级羧酸、酯类和共轭醛，影响275 nm 紫外线透过率的杂质主要是环状二酮等化合物。

目前煤制乙二醇装置通常设置脱醛树脂床，实现产品精制，但由于草酸二甲酯催化加氢制乙二醇催化反应过程中，产生的微量杂质除醛类外还有酯类和酮类，这些含有羰基的杂质在220～350 nm 波长范围有较大吸收，因而脱醛树脂床产品精制的普适性较差，只能脱除醛类杂质。

本技改研发的内容：利用新型吸附催化剂具有在氢环境下对杂质吸附的普适性和高吸附容量的特点，脱除醛类、酮类、羧酸、酯类等有机杂质，脱除率达90%～95%。提高乙二醇UV（乙二醇紫外透光率）值，改进产品内在品质，提高聚酯生产时煤基乙二醇掺混比例，同时提高煤制乙二醇整体技术先进性，实现聚酯级乙二醇产率大于98%的目标。

1 工艺路线

1.1 工艺装置

本工艺装置从乙二醇液相加氢原料的接收开始，到乙二醇出气液分离罐入脱醇塔乙二醇精馏系统前止，主要包括原料加热、加氢反应及气液分离三大系统。

本工艺产品为粗乙二醇，乙二醇出气液分离罐后入乙二醇精馏系统，排放废气为乙二醇气液分离罐放空气（主要为H2），闪蒸排放气进火炬燃烧后排放，排放的固体为液相加氢催化剂（使用年限到期后送界外处理）。

1.2 工艺技术原理

脱醛树脂床产品精制的特点：只脱除醛类，普适性较差。脱醛树脂作用原理是使醛转化为缩醛类化合物，在一定条件下缩醛会重新转化为醛和乙二醇，因此产品储存稳定性差，一段时间后产品中醛含量上升；聚酯生产工艺在PTA（精对苯二甲酸）与乙二醇高温酯化过程中会使聚酯变色，影响聚酯质量。

聚酯厂家通常认为煤基乙二醇对聚酯质量影响主要为色相和端羧基。某工厂煤基乙二醇掺用比例达43%时，聚酯产品的色值发生变化，呈现出L 值下降即产品的透光率下降，B值上升即产品的热稳定性及抗氧化能力下降，产品外观偏黄。端羧基含量上升，纺丝时出现断丝现象。聚酯厂家建议煤制乙二醇企业设法进一步降低杂质含量，提高产品内在质量。截至2017 年底，网上公布已建和在建煤制乙二醇项目的企业已达45家，产能总计达到1 495万吨。如果不及时解决质量问题，等到大批工厂建成，内在质量差的煤基乙二醇将大量过剩。

乙二醇UV 值下降的主要原因是反应生产的杂质较多以及工艺参数发生变化，直接导致物料中醛、酮、酯和羧酸类化合物浓度增加。这些微量有机物因含有C=C和C=O双键及其共轭结构基团，极微量杂质含量即可使乙二醇在200～400 nm紫外区有较大的吸收，从而表现出UV值显著下降。

乙二醇催化加氢工艺是乙二醇水溶液在非晶态骨架Ni 催化剂下进行低压催化加氢，以提高乙二醇产品的UV值。催化加氢的原理是在催化剂作用下，使乙二醇溶液中微量的对紫外有吸收的不饱和键-C=C-，-C=O，-C=C-C=O 与H2发生加成反应，转变为对紫外无吸收的饱和键，从而提高产品的紫外透过率。液相加氢催化剂以非晶态铝镍合金为主要骨架。以Raney 镍为活性组分的CZ103加氢催化剂是专为固定床催化加氢法提高乙二醇UV 值和降低醛含量工艺开发的特种新型催化剂，具有催化活性高、抗污染能力强、强度好、易于装填的特性。

液相加氢对产品紫外透光率提升效果明显，通过液相加氢后，乙二醇的紫外透光率大幅度提高。物料返回到系统中去，可以将乙二醇的优等品率从90%提高到近100%，大幅提高了产品品质，满足了下游聚酯厂家的要求。

1.3 工艺流程

1.3.1 原料加热系统

原料加热系统按一套系列设置，两台原料输送泵一开一备；预热后粗乙二醇进入加氢反应器。

来自界外的粗乙二醇首先进入原料缓冲罐，缓冲后用原料输送泵送至进料换热器。原料缓冲罐正常操作温度为40℃～85℃，采用氮封控制压力，通过分程调节维持罐内压力在0.1 MPaG 左右，压力低时向缓冲罐充氮气，压力高时向废气系统排气。罐底合格品乙二醇经原料输送泵后的压力在0.7 MPaG 左右，以保证加氢反应压力维持在0.6 MPaG左右。进料换热器将乙二醇溶液加热至～85℃，热源为0.5 MPaG饱和蒸汽。

控制乙二醇脱丁二醇塔回流液、精制塔回流液、刮膜再沸器顶部物料混合后的温度在乙二醇液相加氢操作温度范围内。在正常运行时，上述物料不经过换热器换热，通过缓冲泵加压后直接进入加氢反应器。工艺流程见图1。

1.3.2 液相加氢反应系统

乙二醇液相加氢反应系统设置一台加氢反应器。

来自界区的氢气经流量调节阀减压至0.55 MPaG，与加热后的乙二醇混合后再从顶部进入液相加氢反应器R-3503。加氢反应器的压力通过调节进料氢气的流量来控制，加氢反应器的反应条件为0.5 MPaG，80℃～110℃，乙二醇和氢气自上而下通过反应器催化剂床层。加氢反应开始后，随着氢气消耗，反应器气相中惰性组分的浓度逐渐升高，因此在开车初期需要定期分析反应器下段的气体组成。当氢气浓度小于90%时，打开反应器下段放空管线上的放空阀，并调节放空气体的流量，将未反应的氢气和惰性气体排放至火炬系统。为防止驰放气夹带乙二醇液体，也可以选择将放空气送至闪蒸罐V-3522。当装置稳定后，设置定值排放，用放空管线上的调节阀和流量计自动调节放空气体的流量。催化剂体积空速为2.5 h-1。加氢反应器为滴流床反应器，乙二醇溶液与氢气并流向下，氢气为连续相，乙二醇溶液为分散相。加氢后的乙二醇溶液从反应器底出料，通过物料自身的压力和液位控制系统送至气液分离罐。

图1 乙二醇液相加氢工艺流程简图

1.3.3 气液分离系统

设置一套气液分离系统，产品泵一开一备。

加氢后的乙二醇在气液分离罐中闪蒸，设置闪蒸罐目的是将乙二醇中溶解的氢气闪蒸出，以免这部分溶解的氢气进入精馏系统，造成安全风险。闪蒸的氢气通过压力控制送至火炬气系统。闪蒸后的乙二醇通过产品泵送至界外。

1.4 产品质量

来自乙二醇产品塔塔顶和乙二醇回收塔塔顶采出混合后的合格品乙二醇，紫外透光率如下：220 nm紫外透过率0～40%；275 nm紫外透过率0～40%。

通过加氢反应器后220 nm紫外透过率保证值比进料多15%，期望值多25%，275 nm紫外透过率保证值比进料多40%，期望值多45%；加氢处理后的乙二醇经过精馏后聚酯级乙二醇优产率不得低于98%。

2 项目投资及效益分析

以某公司30 万t/年煤制乙二醇装置为例分析其效益。液相加氢生产规模乙二醇3 万t/年，年操作时间8 000 h。

2.1 投资估算

2.1.1 主要设备（表1）

表1 主要设备

2.1.2 投资估算

本投资估算范围包括厂内的工艺设备及材料、自控设备及材料、电气设备及材料、厂区内综合管线及建构筑物等工程费用和其他费用。项目建设总投资500万元。

2.2 消耗定额（表2）

表2 消耗定额

2.3 产品成本

2.3.1 成本费用估算说明

表3 主要原辅材料价格

（1）折旧与摊销费。固定资产折旧采用综合折旧法，根据财政部《工业企业固定资产分类折旧年限表》及国家税务总局2000颁发的《企业所得税税前扣除办法》规定的最低年限要求，综合折旧年限按14年，残值率5%。

（2）固定资产维理费。本项目固定资产修理费按固定资产原值的3.0%计算。

（3）销售费用。按销售收入的2.0%计算。

（4）其他费用。其他费用为制造费用、管理费用中扣除工资及附加、折旧费、摊销费、维修费后的费用。为简化计算,其他费用按固定资产原值的1.0%估列。

2.3.2 年总成本费用（表4）

表4 年总成本费用 （单位：万元）

2.4 效益估算

（1）增加销售收入：3万t/年×800元/t＝2 400万元

注：800元/t为合格品EG和优等品EG的平均差价。

（2）消耗

（150×0.6×3.75 t/h+0.6×1+1×1）×8 000+2 500 000/3=354万元

注：循环乙二醇精馏消耗0.6 t 蒸汽/t EG，150 元/t蒸汽；电耗：0.6元/kW·h，按新增泵功率1 kW计；驰放的氢气（每小时消耗0.1 kg/h，氢气驰放气的单价按1 元/Nm3计）。催化剂使用周期为3年，价格250万元。

（3）综合效益

2 400-354＝2 046（万元）

半年即可收回投资。

以上只是从乙二醇非优级品转化为优级品的增效作分析，而实际运行中，因使用此催化剂而延长主加氢催化剂和脱醛树脂使用寿命的增益，及聚酯级乙二醇的质量整体提高而产生的增值收益，此处未做累加。

综上所述，本技改项目具有较好的盈利能力，并有较强的抗风险能力，财务评价亦可行。

3 展望

液相加氢装置可同时提高乙二醇聚酯级产品率和延长精馏洗塔周期；与精馏系统无缝对接，基本不消耗蒸汽和循环水；对现有装置运行影响小，基本不增加精馏能耗；延长树脂使用寿命或不再使用脱醛树脂，降低生产费用；工艺流程短，投资小，建设周期短，见效快。因此本项技改具有很大的推广前景。□