甲醇精餾的節能節水和工程設計技術分析

宋貴華 劉鐵良 白世龍

山東華魯恒升化工股份有限公司

甲醇精餾的節能節水和工程設計技術分析

宋貴華 劉鐵良 白世龍

山東華魯恒升化工股份有限公司

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

甲醇精餾；節能節水；技術

1、萃取精餾工藝

1.1 雙塔精餾工藝

當前雙塔精餾工藝是萃取精餾最為廣泛使用的方法，主要由預精餾塔和主精餾塔兩個塔組成。粗甲醇首先進入預精餾塔，這實際是一個萃取精餾塔，在塔頂和回流槽內加入相當于粗甲醇進料量20%～30%的水，作為萃取劑，脫除粗甲醇中含有的低沸點的非水溶性雜質。隨后脫除輕餾分的粗甲醇進入主精餾塔，在塔內進行甲醇與水和高沸點雜質的分離。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置測線，使用主管方法，從主塔底排出主要的雜質水。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精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔構成的精餾系統工藝，其中預精餾塔和雙塔流程中的預精餾塔工藝流程類似，作用相同。預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，通過預后泵對預后甲醇進行加壓，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℃，隨后塔頂蒸發出的甲醇蒸汽會進入加壓塔的冷凝器內冷卻。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入加壓塔內的回流槽中，部分甲醇液會通過加壓塔回流泵送入加壓精餾塔內，成為回流液，剩下部分的甲醇液經過精甲醇冷卻器降溫到40℃左右，成為合格的甲醇產品。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、甲醇精餾的節能節水和工程設計技術

2.1 精餾的節能方法

精餾塔是主要的耗能設備。進料預先加熱到一定的溫度，由塔底再沸器產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，產品必須冷卻?；诰s系統的能量消耗狀況，可把目前的節能方法歸納為：1)以熱力學第一定律為基礎，充分回收利用過程本身的熱能或冷能。如：加強保溫、保冷，回收物流的部分顯熱和潛熱等。2)以精餾原理為基礎，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，此外還有控制循環精餾法等節能技術。3)以熱力學第二定律為基礎，提高精餾系統的熱力學效率。如：中間再沸器和中間冷凝器、采用多股進料和側線出料方式、加預分離塔的精餾技術、多效精餾、熱泵精餾以及分壁精餾塔。

2.2 甲醇精餾的主要節能節水措施

1)蒸汽冷凝液余熱的利用：再沸器蒸汽冷凝液顯熱用于預塔或加壓塔進料的預熱；加壓塔再沸器高等級的蒸汽冷液回收顯熱用于預塔再沸器的加熱。2)在滿足精餾分離要求的前提下，在預塔盡量少加萃取水。3)進出料換熱：利用加壓塔塔釜液的顯熱來預熱加壓塔進料，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，既節省了蒸汽的消耗，又節省了冷卻水的消耗。多效精餾隨著甲醇精制規模的增大，其效果和收益愈加明顯。5)采用空冷器或復合式空冷器，節省了冷卻水的消耗。6)采用新型高效塔盤和高效填料等內件結構，提高精餾塔的分離效率，降低操作回流比，節省能耗。

2.3 雙效精餾操作分析

1)選擇最佳生產工況是精餾節能的主要途徑。在低負荷生產時，要控制較小的回流比，同時充分利用加壓塔節能的原理，適當提高常壓塔的塔底溫度，使其排出的液體達到廢液排放標準，停用廢水汽提塔，從整體看蒸汽量會有所下降。為使整個裝置達到最高生產負荷，要求合理調整3個精餾塔的負荷，使各塔都處于滿負荷狀態。任何一個參數的變化都會影響全局的平衡，因此要求正常生產時，各點溫度、壓力、流量、液位都盡量保持穩定，對微小波動要作出及時和適量的調節，以維持生產穩定，達到高產、優質、低耗的目的。2)加壓塔和常壓塔的協調操作。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，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。根據常壓塔塔底溫度的變化來調節加壓塔的蒸汽量，可以使二塔的工況達到動態平衡，但此時并非最佳工況。為合理降低二塔的回流比，可以根據產品分析逐步降低回流量，同時及時降低加壓塔的蒸汽量。在調整一個塔的回流量和蒸汽量時，另一塔的工況也發生了相應的變化，因此要經過多次的精細調節才能達到最佳操作工況。加負荷時應同時增加蒸汽量和回流量才能維護工況不變，但這樣做難度較大，方便作法是分二步進行，即先增加回流量，適當的蒸汽量維持產品質量合格，然后再增加進料量和蒸汽量，便二塔工況大致平衡。

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