甲醇雙塔精餾與三塔精餾的比較

第35卷第3期化工設計通訊Vol.35 No.32009年9月Chemical Engineering Design CommunicationsSepl.2009甲醇雙塔精餾與三塔精餾的比較程建光陸麗萍張雷(兗礦國泰化T有限公司,山東滕州277527)摘要:近年來(lái)隨著(zhù)煤化工產(chǎn)業(yè)的快 速發(fā)展,甲醇作為煤化工的主要產(chǎn)品也得到了迅猛發(fā)展,隨著(zhù)甲醇工業(yè)的發(fā)展,和甲醇生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)也得到了快速發(fā)展,在甲醇甲醇生產(chǎn)過(guò)程中,甲醇精餾做為整個(gè)甲醇生產(chǎn)過(guò)程中能耗占近20%的一-個(gè)工段，更是技術(shù)攻關(guān)、節能、提升產(chǎn)品質(zhì)量的重點(diǎn)環(huán)節,因此甲醇精餾技術(shù)的攻關(guān)和優(yōu)化日益引起人們關(guān)注,目前甲醇生產(chǎn)中普遍使用的精餾工藝有雙塔精餾和三塔精餾技術(shù)，在此就甲醇雙塔精餾和三塔精餾從工藝流程、投資、產(chǎn)品質(zhì)量、操作、能耗等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合比較探討。關(guān)鍵詞:雙塔;三塔;精餾中國分類(lèi)號:T0223.12*1文獻標識碼:A 文章 編號:1003 - 6490(2009)03- 0030-04濟效益和市場(chǎng)競爭力的重要舉措。0引言1精餾原理甲醇作為重要的基礎有機化工原料,在化工產(chǎn)品中有著(zhù)廣泛的應用,近年來(lái)隨著(zhù)煤化工產(chǎn)業(yè)的興起,精餾是根據在相同溫度下,同-液體混合物中不各地甲醇生產(chǎn)廠(chǎng)都如雨后春筍般拔地而起,目前國內同組分的揮發(fā)度不同,經(jīng)多次部分氣化和多次部分冷的甲醇產(chǎn)能還在逐年大幅度增長(cháng),預計到“十- -五”末凝最后得到較純的組分,實(shí)現混合物分離的操作過(guò)期,我國甲醇生產(chǎn)企業(yè)將為200家左右,產(chǎn)能將達到程,如圖1。2500萬(wàn)t/a至3200萬(wàn)V/a。伴隨著(zhù)甲醇產(chǎn)能和需求輕組分Y和重組分X混和液Xf進(jìn)入第一分離量還會(huì )越來(lái)越大,因此提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)器,若將第一級溶液部分氣化得到氣相產(chǎn)品冷凝液，消耗就越來(lái)越引起人們的關(guān)注。甲醇精餾是甲醇生然后再將冷凝液在第二級分離器中部分氣化,再經(jīng)第產(chǎn)裝置的最后一道工序,其能耗約占甲醇生產(chǎn)總能耗二級冷凝器冷凝得溶液中的組分Y2必大于Y,這種的20%左右,甲醇精餾技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲部分氣化部分冷凝的次數(即級數)越多,所得輕組分醇的質(zhì)量能耗等主要指標,因此選擇適合企業(yè)生產(chǎn)Y濃度越高,最后幾乎可得到純態(tài)的易揮發(fā)組分。同.需要的精餾技術(shù),是降低成本、節能降耗、提高企業(yè)經(jīng)理,若將從各分離器所得溶液產(chǎn)品進(jìn)行多次部分氣化收稿日期:2009-07-31作者簡(jiǎn)介:程建光(1966 - ),男,漢族,山東荷澤人，畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)熱能工程專(zhuān)業(yè),參加T.作后- -直從事煤化工生產(chǎn)技術(shù)工作,現就職于宛礦國泰化工有限公司生產(chǎn)技術(shù)部,工程師。第3期程建光,陸麗萍,張雷:甲醇雙塔精餾與三塔精餾的比較31生產(chǎn)要求,其具體工藝流程如圖2。表1工業(yè)甲醇規格及技術(shù)指標CB338- 2004空指項目?jì)?yōu)等品.-等品合格品色度/Hazen單位(鉑-鈷色號)≤密度(p20)/(g/em})0.791 -0.792 0.791 -0.793佛程(0C, 101 .3kPa,在-x64.0C~ 65.5C范圍內，0.81.01.5包括64.6+0.1C)/C≤商錳酸鉀實(shí)驗/min≥503020通過(guò)實(shí)驗水混溶性實(shí)驗(1+3)(1+9) .水的質(zhì)量分數/%≤0.100.15圖1精餾原理示意圖酸的質(zhì)量分數(以0.00150.00300.0050HCOOH計)/%≤或蜮的質(zhì)量分數(以NHy和分離,那么這種級數愈多,得到的溶液組分X濃度0.00020.0008計)/%≤越高,最后可得到幾乎純態(tài)的難揮發(fā)組分。羰基化合物的質(zhì)址分數0.0020.010常溫、常壓下，甲醇是易揮發(fā)和易燃燒的無(wú)色液(以HCHO計)/%≤體,純甲醇的沸點(diǎn)為64.79 ,雜質(zhì)的沸點(diǎn)有高有低，蒸發(fā)殘渣的質(zhì)量分數/%≤0.0010.0030.005低于甲醇沸點(diǎn)的為輕餾分,高于此值的為重餾分。一硫酸洗滌實(shí)驗/Hazen單位(鉑-鉆色號)≤般情況下,甲醇中所含輕餾分雜質(zhì)主要有二甲謎、乙.乙醉的質(zhì)量分數/%≤供需 雙方協(xié)商醛、丙酮等,約占粗甲醇重量的1%;重餾分主要有來(lái)自粗甲醇儲槽的甲醇,經(jīng)泵加壓,再經(jīng)粗甲醇水異丁醇異丁醚等約占粗甲醇重量的4~5%。預熱器加熱到45C后進(jìn)人預精餾塔,在預精餾塔脫醇合成不論采用何種催化劑,均受其選擇性的限制以除輕餾分后,直接由泵輸送至主精餾塔,進(jìn)- -步把高沸及合成條件(壓力、溫度和合成氣組成)的影響，在進(jìn)點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除,主要是水、異丁基油等。從塔頂行甲醇合成反應的同時(shí),還會(huì )伴隨著(zhù)一系列副反應發(fā)或側線(xiàn)采出的精甲醇經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻至常溫后,就可生,甲醇合成過(guò)程中副反應產(chǎn)物多達40多種,這些雜得到純度在99.9%以上的符合國標的精甲醇產(chǎn)品。質(zhì)只有通過(guò)精餾工序加以去除,才能得到符合國標要2.2三塔精餾工藝求的精甲醇(見(jiàn)表1)。三塔流程是目前甲醇生產(chǎn)裝置應用最廣泛的精餾工藝。我公司年產(chǎn)24萬(wàn)t甲醇裝置就用此方法，2雙塔精餾和三塔精餾流程三塔均采用天津大學(xué)的規整填料,且我國目前在建的甲醇裝置亦大部分采用此法粗甲醇按次序分別進(jìn)入目前我國在甲醇生產(chǎn)過(guò)程中主要使用的甲醇精預精餾、加壓塔和常壓塔逆行精餾,大部分輕組份在餾技術(shù)有雙塔精餾和三塔精餾工藝。預精餾塔去除,加壓塔和常壓塔均采出產(chǎn)品,約各占2.1 雙塔精餾工藝一半。美國曾報導過(guò)另- -種三塔 流程,該流程的特點(diǎn)該流程為我國以前老的甲醇裝置中采用是較廣是三個(gè)塔基本上等壓操作,由第三精餾塔采出產(chǎn)品，的一種精餾流程。精甲酵先經(jīng)預精餾塔,經(jīng)預精餾后第二精餾塔分離水份,第一精餾塔相當于預精餾塔,的含水甲醇直接由泵輸送經(jīng)熱交換器后再至主精餾主要用作分離輕組份，我國尚未采用此種精餾流程,塔,最終在主精餾塔將甲醇與水、重組份及殘余輕組目前我應用最廣泛的三塔精餾工藝流程如圖3,其具份進(jìn)行有效分離-得到精甲酵產(chǎn)品。生產(chǎn)實(shí)踐證明有精餾能耗低、操作穩定、產(chǎn)品質(zhì)量好等突出優(yōu)點(diǎn),但雙塔精餾流程簡(jiǎn)單、操作方便、運行穩定,能滿(mǎn)足甲醇操作相對比較復雜。32化工設計通訊第35卷不凝氣W|cw仗cw預CTsor精|精甲蘼物|Q-粗甲醇塔|se精餾殘夜圖2雙塔精餾工藝流程簡(jiǎn)圖不艇氣放空.女cwTD加常(D壓b-|8精甲醇粗甲醇.cw3雜醇Is( t精餾殘瘦圖3三塔精餾工藝流程簡(jiǎn)圖從進(jìn)料泵來(lái)的粗甲醇加入堿液后經(jīng)預熱器加熱送往廢水槽。后進(jìn)入預塔,進(jìn)塔后與從冉沸器來(lái)的氣流換熱后,未冷凝的部分低沸點(diǎn)組分及不凝氣進(jìn)人其中,絕大部分3雙塔精餾和三塔精餾的比較甲醉經(jīng)冷卻器冷凝后回流,不凝氣體經(jīng)過(guò)預塔液封槽后,進(jìn)入放空總管;出預塔的甲醇液經(jīng)過(guò)加壓塔給料3.1操作條件泵加壓后進(jìn)人加壓塔,進(jìn)塔后與從再沸器來(lái)的氣流換雙塔精餾和三塔精餾不僅在工藝流程上差別較熱后,氣相從塔頂出塔后進(jìn)入常壓塔再沸器給常壓塔大,其具體操作指標也相差甚遠,其主要的操作條件提供熱源,冷凝后的甲醇進(jìn)人加壓塔回流槽,一-部分對比見(jiàn)表2。打回流,一部分作為產(chǎn)品采出。液相出塔后進(jìn)入常壓3.2 產(chǎn)品質(zhì)量塔,進(jìn)塔后與從再沸器來(lái)的氣流換熱后，氣相出塔頂精甲醇中乙醇含最是- -個(gè)重要指標，從國內儀塔后經(jīng)常壓塔冷凝器冷卻后進(jìn)入常壓塔網(wǎng)流槽,一部分精餾現狀來(lái)看,精甲醇中乙醇含量較高,這是一個(gè)比打回流,-一部分作為產(chǎn)品采出,常壓塔底的排出廢水，較突出的問(wèn)題。國內大部分以油或煤為原料的甲醇第3期程建光,陸麗萍,張雷:甲醇雙塔精餾與三塔精餾的比較33廠(chǎng)經(jīng)過(guò)雙塔精餾后,精甲醇中乙醇的含量在400x雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費用比較見(jiàn)10-6 ~ 500x 10-6,聯(lián)醇工藝生產(chǎn)中的精甲醇其乙醇表 3,由表3可見(jiàn)雙塔精餾與三塔精餾的投資、操作費含量史高些,相對于國外標準有較大差距,而且也不用、能耗的相互關(guān)系與生產(chǎn)規模有很大關(guān)系，隨著(zhù)生能滿(mǎn)足像用于醋酸生產(chǎn)用的高端用戶(hù),限制了其發(fā)產(chǎn)規模的增大,三塔精餾的經(jīng)濟效益就更加明顯,另展外還有產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)等優(yōu)點(diǎn),因此目前大的甲醇裝置,表2雙塔精餾和三塔精餾的主 要操作條件大家-致都選擇采用:塔精餾。雙塔精餾=:塔精餾表3投資與操作費 用比較表項目預精價(jià)塔加壓塔常壓塔項日三塔精餾餾塔生產(chǎn)規模/萬(wàn)va 102.5操作壓力/MPa 0.050.05 0.57 0.006投資/%0000 100132329塔頂溫度/C 67-68 68~69 70-75 120.5 65.9操作費用/% 100 100 100771塔底溫度/C 74~77 11-116 80~85 126.2 110能耗/%100 100 1000152三塔精餾可制取乙醇含量較低的優(yōu)質(zhì)甲醇,乙醇含量一般小于100x 10-*,大部分時(shí)間可保持在50 x10-以下,其他有機雜質(zhì)含量也相對減少。精甲醇產(chǎn)4結語(yǔ)品質(zhì)量不僅跟精餾工藝有關(guān)系，而且還跟甲醇合成壓力、合成氣組成、合成催化劑有關(guān),甚至和合成塔等設雙塔精餾工藝投資省、建設周期短、裝置簡(jiǎn)單易備的選材也有關(guān)系。甲醇產(chǎn)品中乙醇含量的高低與于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝,但在5粗甲醇中乙醇含量有很大關(guān)系,粗甲醇中乙醇含量低萬(wàn)噸/年生產(chǎn)規模以下的小裝置時(shí)其技術(shù)經(jīng)濟指標較時(shí)，精甲醇中乙醇含量自然也低。在三塔精餾中常壓占優(yōu)勢,其節能降耗途徑可以采用高效填料來(lái)達到降塔采出的精甲醇質(zhì)量更好些。實(shí)際分析結果表明,常低蒸汽消耗的目的。5萬(wàn)噸/年生產(chǎn)規模以上時(shí),宜壓塔采出的精甲醇中乙醇含量極低,僅1x10-6~2采用三塔精餾技術(shù),雖然一次性投資較高,但是操作x10-',有時(shí)甚至分析不出來(lái),而加壓塔采出的精甲費用和能耗都相對較低。三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較好,尤其是產(chǎn)醇中乙醇含量大多在20x 10-6~ 80x 10-%。品中乙醇含量較低，能滿(mǎn)足甲醇羰基化合成醋酸、醋3.3能耗甲醇是一種高能耗產(chǎn)品,而精餾工序的能耗占總酐等對優(yōu)質(zhì)甲醇的要求,雖然- -次性投資較高,但操能耗的10% ~ 30% , 所以精餾的節能降耗不容忽視。.作費用和能耗都相對較低。因此三塔精餾和雙塔精雙塔精餾每噸精甲醇耗蒸汽約為1.8~2.0t,不少工餾得選擇,又要根據裝置的能力、產(chǎn)品的要求等指標廠(chǎng)消耗蒸汽量在2.0t以上。三塔精餾與雙塔精餾的參數進(jìn)行選擇合適的工藝,才能真正發(fā)揮其作用。區別在于三塔精餾采用了兩個(gè)主精餾塔,-個(gè)加壓操[參考文獻作,一個(gè)常壓操作,利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為常樂(lè )塔的加熱源,既節約了蒸汽,也節約了冷卻用[1]趙保志. 氨肥技改[J]. 2003.(5):27.[2]化[生產(chǎn)流程圖解(第-:版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 1997.水。每精制1t精甲醇約節約It蒸汽,所以三塔精餾[3] 廖衛昌.甲醇雙效精餾節能技術(shù)[J].中氮肥,2001,(1):20.的能耗較低,噸甲醇精餾節約蒸汽近50% ,大大的降[4]馮元琦 .甲醇[ M].北京:化學(xué)T.業(yè)出版社,000.低了噸甲醇的生產(chǎn)能耗,為企業(yè)減低消耗,節約成本，[s]姚玉英. 化工原理(下冊)[ M].天津:天津大學(xué)出版社,199.提升企業(yè)競爭力具有巨大的意義。[6]丁化學(xué)工業(yè) 部化學(xué)T:程設計技術(shù)中心站.化工單元操作設計手冊(上冊)[ Mj.西安:化學(xué)工業(yè)部第六設計院出版.3.4 投資與操作費用