甲醇精餾工藝參數的優化探究

余濤

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

甲醇是一種有毒性氣體，其主要特點為無色透明、氣味強烈并且易被揮發，是化工產業中十分重要的原料，能夠參加到化學反應中用于甲酸、乙酸以及氯甲烷等有機產品的制造。近年來，我國化工行業發展迅速，其能源結構發生了巨大的變化，甲醇的使用范圍也愈加廣泛，使用量與日俱增。在具體制備環節，不僅需要使用傳統有機物合成，還需要使用人工合成蛋白。但是，在具體制備環節獲得的甲醇存在一定的醚、酮以及高級醇。因此，制備粗甲醇需要通過精餾操作獲得精甲醇。該廠以三塔精餾技術為基礎，完成精餾操作獲得精甲醇，進而有效提高精制甲醇精度。經過相關研究數據可知，目前，精餾流程在占據全部交流生產流程的1/5，所以，需要合理設計甲醇精餾工藝參數。

1 甲醇制備工藝概述

在具體生產環節，無論是使用哪種催化劑，因為反應過程中受到溫度以及壓力的作用，其產物中存在較多雜質，主要成分包括水、醚、酮等有機雜質混合液。通常情況下，可以將粗甲醇劃分為輕組分、甲醇以及重組分。其中，輕組分屬于沸點低于甲醇的雜質，重組分則是沸點高于甲醇的雜質。

粗甲醇的雜質主要包括水、有機物和乙醇。三者中水的含量較少，具有特殊性，能夠使用常規方法分離；乙醇含量較少，但是，對甲醇質量有較大的影響，因此，精餾的過程中應重視對其的處理。粗甲醇的精餾工藝主要原理為：因為其中雜質和甲醇的揮發性存在差異，使用蒸餾法將其分離。當下具體時間過程中的甲醇精餾流程可以分為單塔流程、雙塔流程和三塔流程。

單塔精餾流程僅僅根據精餾塔對粗甲醇實現蒸餾操作，導致輕組分從精餾塔塔頂分離出去，重組分則當作殘余的液體從精餾塔的塔底排出。該精餾流程的主要優勢在于成本低、結構簡單，但是，在這一流程下得到甲醇的純度不佳。雙塔精餾工藝主要是通過預精餾塔和主精餾塔實現。預精餾塔是單塔精餾的一個重要組成部分，雙塔精餾工藝將其中獲得的重組分雜質在主精餾塔中進行二次處理，進而提高最終得到甲醇的濃度。雙塔精餾工藝得到了我國中小甲醇生產企業。三塔精餾工藝主要需要預精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔。當前，該廠所使用的的精餾工藝為三塔精餾工藝，完成對粗甲醇的三次蒸餾處理，進而保證能夠得到純度更好的甲醇。本文重點分析三塔精餾工藝中的重要參數優化，不僅要保證甲醇純度，同時，還需要使其具有節能的作用。

精餾塔是甲醇精餾裝置中的最重要設備，其內部結構對裝置的耗能、產品登記以及設備成本等由決定性影響，因此，對于其內部的設計和選型十分重要。我國甲醇精餾塔內部構件多為浮閥、篩板以及導向浮閥等塔板式內部構件。除此之外，還包括填料式內部構件。填料式內部構件精餾塔的操作彈性較好，效率較高，能夠降低精餾塔高度，優勢明顯，其主要不足之處體現在壁流現象嚴重，致使熱量損失較大，耗能增加，而且采出點位于分布器，調節產品質量較為困難。而塔板式精餾塔能夠有效防止壁流問題，并且存在都城塔板，能夠根據其原料雜質設置不同的產品及雜質采出口。與不同粗甲醇成分以及不同用戶對成品的需求結合進行優化操作，進而滿足乙酸生產企業中對甲醇中乙醇含量的要求。其主要不足表現在操作彈性不佳。因此，上述兩種設備均各有利弊，在應用過程中，需要根據實際情況進行合理的選擇。

2 甲醇精餾工藝流程模擬

本文使用模擬分析的方法優化甲醇三塔精餾工藝相關參數，所使用的軟件為Aspen Plus 軟件。將該軟件作為基礎建立專門的甲醇精餾工藝流程模型。該廠所使用的的三塔精餾工藝產量約為60 萬t/a。在三塔精餾工藝過程中，預精餾塔承擔粗甲醇幾乎全部的精餾任務，加壓精餾塔以及常壓精餾塔的主要目的除了蒸餾外，還包括減少熱能的消耗。

2.1 粗甲醇精餾要求

粗甲醇通過三塔精餾工藝后得到的甲醇含量約為100%，通過甲醇中乙醇的含量≤10×10-6，全部工藝流程中甲醇的回收率高于99%。

2.2 甲醇精餾模擬工藝流程的建立

（1）預精餾塔工藝流程模擬。與具體生產過程中預精餾塔工藝流程結合，將Aspen Plus 軟件作為基礎，建立相應的模擬流程圖，進入預精餾塔粗甲醇的參數。

（2）加壓精餾塔工藝流程模擬。與具體生產加壓精餾塔工藝參數結合，在Aspen Plus所建立的模擬流程具體參數。

（3）與具體生產環節中加壓精餾塔工藝參數結合，在Aspen Plus 建立的模擬流程相關參數。

3 甲醇精餾工藝參數優化

3.1 預精餾塔工藝參數優化

對精餾塔甲醇純度以及能耗影響的因素較多，主要包括下述幾方面：理論板數、質量回流比、采出率、進料設置、工藝萃取水量和不凝氣防控溫度等。所以，優化預精餾塔需要從下述幾項參數展開。

（1）理論板數對質量回流比的直接影響。根據相關研究顯示，理論板數和質量回流比呈反相關關系，前者的增加會導致后者減少，對其影響拐點的理論板數等于35。并且如果理論板數＜35，則會導致預精餾塔的熱負荷及操作成本增加。所以，最合適的理論板數為35 塊。

（2）質量回流比和粗甲醇組分的分離程度呈正相關關系，前者的提高會導致后者程度加深，同時，也會導致系統的熱負荷提升，進而使能耗持續提升。所以，對組分程度及耗能因素展開全面分析，最合適的回流比為75，應將塔頂最佳采出率保持在0.85%左右。

（3）通過理論研究能夠發現，如果進料位置超過10 塊板，精餾塔中丙酮的含量＞15×10-6，如果進料位置不足10快板，精餾塔中丙酮的含量則會15 ＜×10-6，符合分離的要求。但是，基于對節能效果的考慮，如果進料板的位置＜17，那么熱負荷基本趨于穩定并且較低。所以，進料板的最佳位置為17 塊板。除此之外，對丙酮分離效果及經濟因素展開全面分析，需要合理控制工藝萃水量，通常情況下，需要使其保持在5500kg/h，將不凝氣放空溫度控制在42℃。

3.2 加壓精餾塔和常壓精餾塔工藝參數優化

對上述分析方法進行總結，優化加壓精餾塔及常壓精餾塔參數，最終的結果如表1 所示。

通過以上優化后的工藝參數能夠應用于甲醇精餾工藝流程中，其主要使用價值主要體現在下述兩大方面：第一，甲醇的回收率得到有效改善；第二，甲醇精餾工藝的總耗能顯著降低，約10%。

表1 加壓精餾塔和常壓精餾塔工藝參數優化標準

4 結語

在制備甲醇工藝過程中，無法預防在甲醇產品中存在水、乙醇、酮及醚等雜質，對其應用場合造成嚴重影響。并且該廠甲醇精餾工藝漢能所占比例較大。所以，在三塔精餾工藝中優化預精餾塔、加壓精餾塔及常壓精餾塔中的理論板數、質量回流比及進料位置。根據結果可知，通過優化后的參數能夠有效提高甲醇的回收率及節能率。