甲醇精餾工藝三塔雙效向三塔三效升級的 研究與應用

崔海鑫 薛嘯辰 張兵 林長青(.新疆廣匯新能源有限公司，新疆 哈密 89000； .河北工業(yè)大學化工學院，天津 00；.天津奧展興達化工技術有限公司，天津 00400)

0 引言

甲醇[1]是一種重要的有機化工基礎原料，應用廣泛。2016年甲醇世界需求量達到9500 萬噸，其中我國占比80%[2]，國內(nèi)需求量大，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高。而在甲醇化工生產(chǎn)過程中，分離單元直接決定最終產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。其中占據(jù)分離方法主導地位的就是精餾，精餾操作是一個高耗能過程[3-5]。據(jù)不完全統(tǒng)計化工過程中40%～70%的能耗用于分離，而其中95%的為精餾能耗[6]。我國是能耗大國，隨著能源的日益短缺，精餾過程如何能夠更節(jié)能一直是挖潛降耗的熱點。本文就從精餾塔節(jié)能改造這一主題展開了簡單的研究，以甲醇精餾三塔工藝作為研究對象，重點闡明介紹一種三塔雙效工藝[7]向三塔三效工藝升級轉(zhuǎn)變的方法。甲醇三塔三效精餾工藝較甲醇三塔雙效精餾工藝具有熱利用率高、消耗低、環(huán)保效益高等特點，對甲醇生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展和企業(yè)效益起著積極的促進作用。

1 流程簡述及分析

1.1 三塔雙效工藝流程

利用低壓蒸汽加熱的再沸器，向預精餾塔塔釜提供熱量。預塔氣相經(jīng)預塔空冷器、預塔冷凝器Ⅰ和預塔冷凝器Ⅱ降溫，經(jīng)預塔冷凝器Ⅰ降溫后氣體中的大部分甲醇冷凝下來，進入預精餾塔回流槽。回流槽底部出來的甲醇液送入預精餾塔頂部作為回流。經(jīng)預塔冷凝器Ⅰ降溫后部分未冷凝的氣體進入冷凝器Ⅱ被進一步冷卻，絕大部分的甲醇冷凝下來，經(jīng)氣液分離器進入預精餾塔回流槽。預塔冷凝器Ⅱ和氣液分離器中不凝氣則進入排放槽洗滌后放空。

預精餾塔塔底的甲醇水溶液用泵加壓后，經(jīng)加壓塔預熱器送至加壓塔。加壓塔用低壓蒸汽熱源給塔底加熱。從加壓塔頂出來的甲醇蒸汽進入冷凝再沸器(作為常壓塔的熱源)。甲醇蒸汽被冷凝后進入加壓塔回流槽，一部分由加壓塔回流泵升壓后送至加壓塔頂部作為回流液。另一部分由加壓塔回流槽采出精甲醇，經(jīng)過粗甲醇預熱器后，進入加壓塔精甲醇冷卻器，送入罐區(qū)。回流槽上部氣體送至常壓塔頂部集氣管。

加壓塔底部排出的甲醇溶液進入常壓塔。從常壓塔頂出來的甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔空冷器和常壓塔塔頂冷凝器冷卻后，進入常壓塔回流槽。在常壓塔下部設有側(cè)線采出口，所采次甲醇溶液經(jīng)次甲醇冷卻器冷卻后，進入次甲醇貯槽，經(jīng)次甲醇泵送入罐區(qū)。

常壓塔回流槽內(nèi)的甲醇液，經(jīng)常壓塔回流泵加壓。一部分送至常壓塔頂作為回流，一部分經(jīng)精甲醇冷卻器作為采出送罐區(qū)。回流槽中氣相送至排放槽洗滌后放空，洗滌下來的甲醇水去地下槽。常壓塔塔底廢水通過殘液泵經(jīng)殘液冷卻器送至生化處理。甲醇精餾三塔雙效工藝流程簡圖如圖1 所示。

圖1 甲醇精餾三塔雙效工藝流程簡圖

1.2 三塔雙效向三塔三效工藝轉(zhuǎn)變的方法

甲醇精餾的工藝流程的優(yōu)化控制對節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟效益有著至關重要的作用。為了高效利用加壓塔的塔頂甲醇蒸汽，在原三塔雙效基礎上將工藝流程升級為三塔三效工藝。三塔三效是指加壓塔與常壓塔熱量耦合稱為二效精餾，加壓塔與預精餾塔熱量耦合稱之為三效精餾，因而形成三塔三效的工藝。甲醇精餾三塔三效工藝流程較三塔雙塔工藝流程相比，其區(qū)別在于加壓塔向常壓塔供熱的基礎上同時向預塔供熱，達到節(jié)約蒸汽又節(jié)約冷卻水的目的。

通過三塔三效的熱耦合工藝，充分利用加壓塔塔頂甲醇氣相焓值，分配給預精餾塔和常壓精餾塔再沸器提供熱量，達到進一步節(jié)能降耗目的。將加壓塔頂甲醇蒸汽的能量分成兩部分，一部分給常壓塔再沸器加熱，滿足常壓塔精餾所需能量，剩余部分給預精餾塔再沸器加熱，預精餾塔未滿足能量部分由水蒸汽提供熱源。再沸器加熱熱源不同，傳熱溫差不同，會有不同的熱虹吸的能力，通過換熱器結(jié)構(gòu)、安裝高度的優(yōu)化設計，可以滿足正常供熱的要求。

在加壓精餾塔塔頂至常壓塔再沸器殼程的氣相管線上增加一個支路，在預塔的旁邊增加一臺緩沖液位控制罐和一臺立式熱虹吸的預塔再沸器。緩沖罐頂部通過管線進入到加壓塔回流槽，加壓塔回流槽的側(cè)面設計了一條管線，與預塔新增再沸器下段冷凝液出口相連，再沸器出來的液體經(jīng)過一條管線與緩沖罐底部相連，并形成液位連通器。緩沖罐內(nèi)甲醇液體使用離心泵輸送至加壓塔回流槽，泵出口設計調(diào)節(jié)閥，對緩沖罐的液位進行精準控制。

在常壓塔的兩臺再沸器旁邊增加一臺液位控制緩沖罐，與之聯(lián)通，通過液位的精準控制實現(xiàn)再沸器有效換熱面積的控制，可以對其熱負荷進行有效調(diào)整，罐底出料通過泵和調(diào)節(jié)閥組進行精準液位控制。甲醇精餾三塔三效工藝流程簡圖如圖2所示。

1.3 工藝升級的可行性及效果

圖2 甲醇精餾三塔三效工藝流程簡圖

其升級方式為流程改造，結(jié)合能量轉(zhuǎn)移方面，是在常壓塔熱源過剩的基礎上把加壓塔甲醇蒸汽熱能重新優(yōu)化分配，從而獲得預期中的節(jié)能效果。加壓塔分向常壓塔的熱源減少后，常壓塔所需對應空冷器水冷器的冷源相對減少，加壓塔分向預塔供熱后，預精餾塔所需蒸汽熱源對應減少，能夠在一定程度上提升精餾裝置的能源利用率。

結(jié)合精餾裝置工藝流程升級相關研究成果顯示，表格如表1 所示。

表1 三塔雙效與三塔三效數(shù)據(jù)對比

根據(jù)表格數(shù)據(jù)對比可知，升級為三塔三效工藝流程后，產(chǎn)品純度仍滿足生產(chǎn)要求，在雙效的基礎上能源利用率上升17%，同時可有效的降低了甲醇精餾裝置生產(chǎn)甲醇所需消耗的蒸汽量與冷卻循環(huán)水量。升級后的三塔三效工藝流程具有對原有裝置改動小、物料消耗少、自動化程度高且安全可靠的特點。

2 結(jié)語

精餾是化工行業(yè)生產(chǎn)工作中的基礎分離裝置，加強該裝置的能源利用率有助于加強化工行業(yè)的生產(chǎn)。工藝流程由三塔雙效向三塔三效的升級設計合理，可操作性強，投入少，且依托原有設施進行工藝流程升級能有效的降低能耗，降低成本，具有良好的社會、環(huán)境、生態(tài)效益。由三塔雙效向三塔三效的升級設計可以降低甲醇生產(chǎn)過程中的能耗，對甲醇生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展和企業(yè)效益起著重要的促進作用。