宋貴華 劉鐵良 白世龍

山東華魯恒升化工股份有限公司

甲醇精餾的節(jié)能節(jié)水和工程設(shè)計技術(shù)分析

宋貴華 劉鐵良 白世龍

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甲醇作為一種重要的有機(jī)化工原料，其下游產(chǎn)品越來越多。隨著甲醇衍生物及其下游產(chǎn)品的迅速發(fā)展和甲醇燃料的推廣應(yīng)用，甲醇需求量將越來越大，因此提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)消耗就越來越引起人們的關(guān)注。甲醇精餾是甲醇生產(chǎn)過程最重要的一步，其技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲醇的質(zhì)量。基于此，本文將著重分析探討甲醇精餾的節(jié)能節(jié)水工程設(shè)計技術(shù)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

甲醇精餾；節(jié)能節(jié)水；技術(shù)

1、萃取精餾工藝

1.1 雙塔精餾工藝

當(dāng)前雙塔精餾工藝是萃取精餾最為廣泛使用的方法，主要由預(yù)精餾塔和主精餾塔兩個塔組成。粗甲醇首先進(jìn)入預(yù)精餾塔，這實(shí)際是一個萃取精餾塔，在塔頂和回流槽內(nèi)加入相當(dāng)于粗甲醇進(jìn)料量20%～30%的水，作為萃取劑，脫除粗甲醇中含有的低沸點(diǎn)的非水溶性雜質(zhì)。隨后脫除輕餾分的粗甲醇進(jìn)入主精餾塔，在塔內(nèi)進(jìn)行甲醇與水和高沸點(diǎn)雜質(zhì)的分離。為了使粗甲醇的高級醇和酮徹底脫離，通常會在主精餾塔的中下位置設(shè)置測線，使用主管方法，從主塔底排出主要的雜質(zhì)水。此時必須使主塔塔底溫度保持在104℃以上，并且主塔塔底的殘液pH值在7～9之間。完成雜質(zhì)脫離以后，在主塔上部或者回流液中可獲得純度99.9%的精甲醇。

1.2 三塔精餾工藝

三塔精餾工藝主要包括預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔構(gòu)成的精餾系統(tǒng)工藝，其中預(yù)精餾塔和雙塔流程中的預(yù)精餾塔工藝流程類似，作用相同。預(yù)精餾塔的底部完成精餾分離后，甲醇液的密度在0.84～0.87g／cm3范圍內(nèi)，通過預(yù)后泵對預(yù)后甲醇進(jìn)行加壓，輸送到加壓精餾塔的中下位置。這時加壓塔塔底0.5MPa壓力的蒸汽會在加壓塔再沸器的作用下加熱到135℃，隨后塔頂蒸發(fā)出的甲醇蒸汽會進(jìn)入加壓塔的冷凝器內(nèi)冷卻。甲醇蒸汽冷凝熱成為常壓精餾塔的熱量來源，之后出加壓塔冷凝器的甲醇液會再次進(jìn)入加壓塔內(nèi)的回流槽中，部分甲醇液會通過加壓塔回流泵送入加壓精餾塔內(nèi)，成為回流液，剩下部分的甲醇液經(jīng)過精甲醇冷卻器降溫到40℃左右，成為合格的甲醇產(chǎn)品。把加壓精餾塔塔底的甲醇液排送到常壓精餾塔的中下部位，常壓精餾塔和雙塔精餾工藝流程中主塔的工藝流程作用一致，存在的不同主要是常壓精餾塔的底部熱源是加壓精餾塔的塔頂蒸汽冷凝潛熱。

2、甲醇精餾的節(jié)能節(jié)水和工程設(shè)計技術(shù)

2.1 精餾的節(jié)能方法

精餾塔是主要的耗能設(shè)備。進(jìn)料預(yù)先加熱到一定的溫度，由塔底再沸器產(chǎn)生的蒸汽來提供分離所需的逆流流體。同樣，精餾塔有很大的冷量需要，蒸汽必須冷凝，產(chǎn)品必須冷卻?；诰s系統(tǒng)的能量消耗狀況，可把目前的節(jié)能方法歸納為：1)以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，充分回收利用過程本身的熱能或冷能。如：加強(qiáng)保溫、保冷，回收物流的部分顯熱和潛熱等。2)以精餾原理為基礎(chǔ)，減少精餾過程本身的能量需求。如：減少回流比、采用新型塔板和新型填料塔以提高分離效率和減小壓力降，此外還有控制循環(huán)精餾法等節(jié)能技術(shù)。3)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，提高精餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。如：中間再沸器和中間冷凝器、采用多股進(jìn)料和側(cè)線出料方式、加預(yù)分離塔的精餾技術(shù)、多效精餾、熱泵精餾以及分壁精餾塔。

2.2 甲醇精餾的主要節(jié)能節(jié)水措施

1)蒸汽冷凝液余熱的利用：再沸器蒸汽冷凝液顯熱用于預(yù)塔或加壓塔進(jìn)料的預(yù)熱；加壓塔再沸器高等級的蒸汽冷液回收顯熱用于預(yù)塔再沸器的加熱。2)在滿足精餾分離要求的前提下，在預(yù)塔盡量少加萃取水。3)進(jìn)出料換熱：利用加壓塔塔釜液的顯熱來預(yù)熱加壓塔進(jìn)料，以提高蒸餾過程的熱能利用率。4)減少蒸餾過程的熱能消耗：粗甲醇精制過程中采用多效蒸餾方法，利用熱源蒸汽潛熱的多重效用，用加壓塔的塔頂蒸汽潛熱給常壓塔再沸器供熱，既節(jié)省了蒸汽的消耗，又節(jié)省了冷卻水的消耗。多效精餾隨著甲醇精制規(guī)模的增大，其效果和收益愈加明顯。5)采用空冷器或復(fù)合式空冷器，節(jié)省了冷卻水的消耗。6)采用新型高效塔盤和高效填料等內(nèi)件結(jié)構(gòu)，提高精餾塔的分離效率，降低操作回流比，節(jié)省能耗。

2.3 雙效精餾操作分析

1)選擇最佳生產(chǎn)工況是精餾節(jié)能的主要途徑。在低負(fù)荷生產(chǎn)時，要控制較小的回流比，同時充分利用加壓塔節(jié)能的原理，適當(dāng)提高常壓塔的塔底溫度，使其排出的液體達(dá)到廢液排放標(biāo)準(zhǔn)，停用廢水汽提塔，從整體看蒸汽量會有所下降。為使整個裝置達(dá)到最高生產(chǎn)負(fù)荷，要求合理調(diào)整3個精餾塔的負(fù)荷，使各塔都處于滿負(fù)荷狀態(tài)。任何一個參數(shù)的變化都會影響全局的平衡，因此要求正常生產(chǎn)時，各點(diǎn)溫度、壓力、流量、液位都盡量保持穩(wěn)定，對微小波動要作出及時和適量的調(diào)節(jié)，以維持生產(chǎn)穩(wěn)定，達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的目的。2)加壓塔和常壓塔的協(xié)調(diào)操作。由于加壓塔既提供給常壓塔等量的熱量，同時又將剩余的甲醇輸入常壓塔。對于常壓塔來說，如何使輸入的甲醇量與熱量相當(dāng)，或在物料和熱量變化的情況下，同時兼顧加壓塔和常壓塔的操作。這是四塔精餾必須解決的問題。根據(jù)常壓塔塔底溫度的變化來調(diào)節(jié)加壓塔的蒸汽量，可以使二塔的工況達(dá)到動態(tài)平衡，但此時并非最佳工況。為合理降低二塔的回流比，可以根據(jù)產(chǎn)品分析逐步降低回流量，同時及時降低加壓塔的蒸汽量。在調(diào)整一個塔的回流量和蒸汽量時，另一塔的工況也發(fā)生了相應(yīng)的變化，因此要經(jīng)過多次的精細(xì)調(diào)節(jié)才能達(dá)到最佳操作工況。加負(fù)荷時應(yīng)同時增加蒸汽量和回流量才能維護(hù)工況不變，但這樣做難度較大，方便作法是分二步進(jìn)行，即先增加回流量，適當(dāng)?shù)恼羝烤S持產(chǎn)品質(zhì)量合格，然后再增加進(jìn)料量和蒸汽量，便二塔工況大致平衡。

[1]秦杰.高海拔地區(qū)天然氣制甲醇生產(chǎn)過程的系統(tǒng)集成與優(yōu)化[D].青海大學(xué)，2016.

[2]周志超.一種新型甲醇雙效精餾系統(tǒng)建模、動態(tài)行為與控制的若干問題研究[D].浙江大學(xué)，2008.

[3]常虹，王永勝，王東巖，張述偉.甲醇精餾系統(tǒng)模擬與優(yōu)化[J].計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2010，09：1283-1288.

[4]吳嘉，陳露.具有熱集成和水集成的甲醇精餾新工藝及其模擬[J].化工學(xué)報，2005，03：477-481.