甲醇精餾方案技術(shù)對比

2012年6月第35卷第3期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 35 No.3甲醇精餾方案技術(shù)對比王同寶,周亭亭,趙國忠(中國石化集團寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:對粗甲醇的雙塔精餾和三塔精餾工藝進(jìn)行技術(shù)方案、投資、消耗、能耗、成本等方面的對比,對采用空冷器時(shí)的技術(shù)方案進(jìn)行初步研究,研究結果界定兩種工藝方案的適用裝置規模。關(guān)鍵詞:甲醇精餾雙塔精餾三塔精餾空冷器隨著(zhù)甲醇衍生物及其下游產(chǎn)品的迅速發(fā)展和消耗的介質(zhì)暫按某地區價(jià)格計算,具體定價(jià)見(jiàn)表甲醇燃料的應用,甲醇需求量還會(huì )越來(lái)越大,因此2。對比按生產(chǎn)期14a、設備折舊14a計算;根據中提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)消耗就越來(lái)越引起國石化集團公司2010年規定進(jìn)行投資估算;甲醇人們的關(guān)注。產(chǎn)品質(zhì)量按照美國聯(lián)邦標準AA級。由于原料氣在甲醇合成塔內發(fā)生甲醇反應的表1粗甲醇組成同時(shí),還伴隨著(zhù)一系列的副反應,合成所得粗甲醇組分摩爾含量,%組分摩爾含量,%是多種組分形成的混合液,主要組分是甲醇,還包括一些雜質(zhì)。因此,為獲得高純度的精甲醇必須經(jīng)74900NH缸0005300025過(guò)精餾的過(guò)程。根據粗甲醇的質(zhì)量決定精餾過(guò)程0600000085的復雜程度。甲醇工業(yè)最早采用鋅鉻催化劑合成00436粗甲醇的高壓法,得到的粗甲醇質(zhì)量較差,因此精00287CHoH0.0006制方法采用了精餾和化學(xué)凈化相結合,比較復雜。表2所消耗介質(zhì)的定價(jià)近年來(lái),世界上新建的甲醇工廠(chǎng)都采用了銅系催化劑,中、低壓法合成甲醇,國內也相繼采用了銅循環(huán)水/(元)系催化劑,改善了粗甲醇的質(zhì)量。試驗證明,粗甲低壓蒸汽(04MPa飽和)/(元t)醇的雜質(zhì)含量主要決定于催化劑本身的選擇性,電/(元·(kWh)-)0.58反應溫度、壓力對其影響不很顯著(zhù)2。燕汽凝液/(元t)8.00目前工業(yè)上甲醇精餾的流程主要有:兩塔精注:定價(jià)的不同會(huì )使測算結果有一定的偏差餾流程和三塔雙效精餾流程,本文擬對此兩種方案進(jìn)行研究,供相似裝置進(jìn)行技術(shù)選擇。2流程概述21兩塔流程1比較基準③來(lái)自?xún)薜拇旨状加杀盟椭令A精餾塔上部。由于甲醇生產(chǎn)中所用原料、工藝過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)為提高產(chǎn)品質(zhì)量,中和粗甲醇中的有機酸,注入量要求、各消耗的定價(jià)、投資取價(jià)等不同,要全面而準確的對甲醇精餾作出對比比較困難。收稿日期:2012-03-15為了便于比較,本次研究假定以下內容作為作者簡(jiǎn)介:王中國煤化工碩士學(xué)位,2005比較基準,若與此基準偏差較大則需要相應作出年畢業(yè)于西北大CNMHG國石化集團寧波工程有限公司從事煤化工、天然氣化工等化工行業(yè)的工程咨詢(xún)、調整。設計等方面的工作。聯(lián)系電話(huà):0574-87974856;E-mail:wan對比中的粗甲醇組成見(jiàn)表1。對于兩方案中所194去做2012年第35卷2%的堿液,粗甲醇在粗甲醇預熱器中被來(lái)自主精器冷凝,冷凝甲醇在重力作用下流入常壓塔回流餾塔的塔底水預熱至54℃后送入預精餾塔。罐,再由泵送至常壓塔頂部作為回流,同時(shí)送出一從預精餾塔頂部出來(lái)的氣體包括不凝性氣股產(chǎn)品甲醇體、輕組分、水蒸氣及甲醇。經(jīng)過(guò)預精餾塔塔頂二些重組分有機物,主要為乙醇和丁醇,容易級冷凝后,大部分水和甲醇通過(guò)預精餾塔回流槽在常壓塔內甲醇/水的分界面上發(fā)生積聚,在此處及預精餾塔回流泵回流入塔,回流比約為0.8-09?！げ沙鲆恍」蓚染€(xiàn)產(chǎn)品以排出這部分重組分。這股不凝氣和大部分二甲醚等低沸點(diǎn)雜質(zhì)及少量甲醇側線(xiàn)產(chǎn)品即所謂的雜醇油。雜醇油在雜醇油管中蒸氣經(jīng)水洗后達標排放。氣體在冷凝過(guò)程中,一小收集,同時(shí)雜醇油管也接收來(lái)自預精餾塔次級冷部分輕組分冷凝并進(jìn)入甲醇中,為防止其在系統凝器排放的一股次級甲醇。中累積,連續排放少量冷凝液到雜醇油槽來(lái)自加壓塔和常壓塔的產(chǎn)品甲醇冷卻至45℃從預精餾塔塔底出來(lái)的粗甲醇由主精餾塔給后送出界外4。料泵送至主精餾塔。主精餾塔釜溫度維持在116℃,塔頂溫度維持在71℃左右,由再沸器加熱塔釜3方案對比液體。主再沸器的熱源為表壓04MPa的飽和蒸31技術(shù)方案對比汽。產(chǎn)品甲醇從主精餾塔側線(xiàn)采出,冷卻至40℃三塔精餾與兩塔精餾的區別主要在于主精餾后,送往產(chǎn)品甲醇儲罐。塔的設置和能量綜合利用方面。粗甲醇經(jīng)過(guò)預熱22三塔雙效流程后進(jìn)入預精餾塔,預精餾塔為常壓操作,粗甲醇中從界外來(lái)的粗甲醇在送入預精餾塔前通過(guò)燒含有的輕組分在預精餾塔中分離出來(lái),由塔頂逸堿給料包添加氫氧化鈉溶液。預精餾塔操作壓力出。脫除大部分輕組分后離開(kāi)預精餾塔底部進(jìn)入(絕壓)為015MPa,略高于大氣壓,粗甲醇在預精加壓塔,加壓塔頂氣相不使用循環(huán)水作為冷卻介餾塔中初步精餾質(zhì),而是直接做為常壓塔塔底再沸器的熱源,為常離開(kāi)預精餾塔塔頂的甲醇蒸氣首先經(jīng)過(guò)預精壓塔提供熱量。因此,加壓塔與常壓塔形成雙效精餾塔初級冷凝器進(jìn)行冷卻,冷凝甲醇溫度約為70餾,前一塔的頂部出氣作為后一塔的加熱熱源,可℃,在重力作用下回流至預精餾塔回流罐中。來(lái)自以節省后一塔的外加熱源,也省去了前一塔的冷初級冷凝器的未冷凝的氣相再經(jīng)過(guò)預精餾塔次級卻水。因此三塔精餾也被稱(chēng)為三塔雙效精餾。冷凝器被冷卻至45℃產(chǎn)生更多的冷凝甲醇,在此為保證常壓塔塔底再沸器有足夠的傳熱溫分離出來(lái)的冷凝甲醇又稱(chēng)為次級甲醇。差,兩塔的前一塔必須加壓才能使其塔頂出氣具預精餾塔回流罐收集的冷凝甲醇由泵送至預有較高的溫度,滿(mǎn)足常壓塔的生產(chǎn)要求。產(chǎn)品精甲精餾塔頂部作全回流。來(lái)自預精餾塔塔底的液體醇部分采自第一主精餾塔的塔頂冷凝液,部分采含甲醇、水以及其他重組分雜質(zhì),由泵送入加壓自第二主精餾塔的塔頂冷凝液。由于加壓精餾塔塔。塔頂溫度較高,為綜合利用能量,有些流程將加壓預精餾甲醇送人加壓塔繼續蒸餾,加壓塔塔精餾塔塔頂的液相產(chǎn)品作為熱源加熱來(lái)自甲醇合頂操作壓力(絕壓)約為08MPa;在加壓塔頂部附成裝置的粗甲醇。近采出一股產(chǎn)品甲醇,在此采出的產(chǎn)品甲醇約占因此,三塔雙效精餾與兩塔精餾相比減少了總量的一半。剩余的甲醇/水混合塔底液作為常壓蒸汽與循環(huán)水的消耗,但電的消耗會(huì )有所增加,且塔的進(jìn)料流股,常壓塔塔頂操作壓力(絕壓)約為由于增加了一個(gè)塔系統,工藝設置及操作復雜,投0.13MPa。資及占地增加。由于加壓塔和常壓塔之間存在操作壓力的差32消耗及能耗對比異,因此加壓塔頂氣體的冷凝潛熱可供常壓塔蒸兩塔精餾和三塔雙效精餾的能耗及消耗分別餾所需的熱量,換熱過(guò)程在塔間換熱器內進(jìn)行。加見(jiàn)表中國煤化工壓塔頂的冷凝物在重力作用下送入加壓塔回流CNMHG由于三塔流程多設罐,再由泵送至加壓塔頂部作為回流。置一個(gè)塔,必須多設置一臺泵,因此耗電方面高于常壓塔頂部的甲醇蒸氣經(jīng)過(guò)常壓塔回流冷凝兩塔,但蒸汽和循環(huán)水消耗,三塔流程均低于兩第3期王同寶等.甲醇精餾方案技術(shù)對比塔。從表4能耗指標計算也可看出,三塔的能耗為表4甲醇精餾公用工程消耗指標對比(以噸醇計)4.37GJ,也低于兩塔的510GJ。項目?jì)伤s三塔雙效精餾表3甲醇精餾公用工程能耗指標計算對比(以噸醇計)預精餾塔預塔再沸器(蒸汽)0.37兩塔精餾塔雙效精餾預塔回流冷凝器(循環(huán)水)/t156915.10名稱(chēng)能耗指標/消耗量能耗/GJ消耗量能耗/CJ排氣冷凝器(循環(huán)水)回流泵/kWh蒸汽/t2763146主精餾塔再沸器(蒸汽)/t108循環(huán)水/t41986020.3672110.30主塔回流冷凝器(循環(huán)水)6777電/kWh003冷凝液冷卻器(循環(huán)水)/t2.103.14合計5.104.37回流泵/kWh3.3技術(shù)經(jīng)濟對比常壓塔再沸器(蒸汽)對兩種甲醇精餾方案的投資、成本、靜態(tài)投資回流冷凝器(循環(huán)水)5201回收期等做了技術(shù)經(jīng)濟分析,分析對比見(jiàn)表57。精甲醇冷卻器(循環(huán)水)1無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)0.89從表5可以看出,當精餾規模為10萬(wàn)噸/年精甲醇泵/kWh0.25時(shí),兩種工藝的成本基本相當,投資方可以根據實(shí)合計總消耗蒸汽1.71146際情況選擇流程,當規模大于10萬(wàn)噸/年時(shí),建議總消耗循環(huán)水/86.0272.11總耗電/kWh1.61選用三塔雙效精餾工藝表5技術(shù)經(jīng)濟匯總0ta工藝方案投資/公用工程消工資及福利制造費用/單位成本/靜態(tài)投資回單位成本增成本增量規模/萬(wàn)元耗/(萬(wàn)元·a4)費/(萬(wàn)元a4)(萬(wàn)元·a-)(元·t+)收期/a量/(元t)比例,%兩塔782.895.1塔l1911144.6兩塔l186.5592.4144.182.6三塔180542192827.64-0.72兩塔1513.38885183.877.5002302767.0279.62.26兩塔179810226332372.25.79241-3.33兩塔2293.71777.190.071.5000三塔3490.215339423.8-3.26兩塔272592369433106980三塔414772045.3503.7-3.79-5.74兩塔311642961.8378468.60三塔474192556.6575.8645兩塔347663554.15290.13067964243.73-443兩塔3813.54146.5463.67.10三塔5802.735792900704.63.51-4,65-745兩塔413164738.9501,70塔6286.8-4.83兩塔443425331.290.06747.14601.890.0819.33.17-8.14空冷器方案對比由表6可知,無(wú)論是兩塔流程還是三塔流程,上述工藝方案對比是基于裝置中采用循環(huán)水空冷器的一次投資遠高于水冷器,此外,由于空冷冷卻,需消耗大量水資源,但其電耗和投資較低,器設備多中國煤化工冷器的鋼結為便于部分缺水地區的方案選擇,特對甲醇精餾構費用也較CNMHG和三塔流程中的部分冷卻器改為空冷器8,主要參數對比見(jiàn)表由于采用空冷器,循環(huán)水分別節省1043t/h和8396(折算為10萬(wàn)噸/年裝置能力)。t/h,相應節省循環(huán)水場(chǎng)投資、消耗、占地。去做012年第35卷表6空冷器與水冷器方案主要參數對比兩塔流程三塔流程項目空冷器方案水冷器方案空冷器方案水冷器方案預精餾塔塔頂主精餾塔塔頂預精餾塔塔頂主精餾塔塔頂預精餾塔塔頂常壓塔塔頂預精餾塔塔頂常壓塔塔頂設備重量/t86.7設備投資/萬(wàn)元44.8168.7126.520.6鋼結構費用/萬(wàn)元4.8管道增加費用/萬(wàn)元0.655,474.74投資/萬(wàn)元254.11.3電消耗/kWh循環(huán)水消耗0年運行費用/萬(wàn)元31.282406302噸醇能耗/MJ98.565.7283.9121788占地大小/m6x3x26x3x80.8×614x66x3x26x3×60.8x61.2×5從占地上看,空冷器設備尺寸的絕對占地面精餾。積較大,但是,空冷器的構架一般都在25m左右,此對比結果便于改造、配套等小規模裝置的管束下方可布置其他設備或做為管廊,空間利用技術(shù)選擇,由于對比基準及項目情況的不同其選率較高9。擇需進(jìn)一步論證。從施工配管難易程度看,塔頂回流冷凝器后參考文獻為兩相流液體,為防止管道震動(dòng),影響管道壽命,Ⅱ]章日讓石化工藝及系統設計實(shí)用技術(shù)間答(第二版)M要求兩相流管道盡量靠近下游設備?？绽淦饕话惚本?中國石化出版社,2007:87為多個(gè)設備并聯(lián),且設置在管廊框架上方,空冷器[2]宋維端,肖任堅,房鼎業(yè),等.甲醇工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991:248.出口管道多個(gè)并聯(lián)對稱(chēng),管道分布較多,配管難度[3]戴墨笑,熊興和甲醇精餾的雙塔與三塔流程比較[]化工大。水冷器出口管道少于空冷器,設置在主裝置框設計,1985(2):1-5架上,同下游設備距離更近一些,配管相對容易。[4]張蔚.甲醇技術(shù)淺析[J.山西化工,2009(1):52-54.對兩種工藝流程中各規模(5-90萬(wàn)噸/年)裝[5]廖衛昌.甲醇雙效精餾節能技術(shù)[J].中氮肥,2001(1):22置中部分冷卻器采用空冷器進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟研究對6]劉保柱章淵相,陳平,等,節能型甲醇精餾工藝研究[]化比后發(fā)現:空冷器節省了循環(huán)水耗量,增加了電和工進(jìn)展,2007(5):739-742.投資,總體上節省了消耗,增加了投資;由于兩塔7]國家發(fā)展改革委建設部建設項目經(jīng)濟評價(jià)方法與參數(第精餾循環(huán)水耗量大,采用空冷器后較三塔雙效精三版)[Z].2006-08-01[8]王松漢石油化工設計手冊(第3卷).化工單元過(guò)程[M].北餾節省了更多的循環(huán)水。經(jīng)核算,當采用空冷器京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:739-747后,規模為15萬(wàn)噸/年時(shí),兩種工藝的成本基本相[9]張德姜,趙勇主編石油化工工藝管道設計與安裝M]北當;當規模大于15萬(wàn)噸/年時(shí),建議選用三塔雙效京:中國石化出版社,2002:254-267COMPARISON OF METHANOL DISTILLATION TECHNOLOGYWang Tongbao, Zhou Tingting, Zhao GuozhongSINOPEC Ningbo Engineer Co, Ltd, Ningbo 315103)Abstract: A comparison of bi- tower and tri-tower raw-methanol distillation process in investmentconsumption, energy consumption and cost is made, while aH中國煤化工地 hnical scheme usingair-cooler is also conducted and the study result has defined tlCNMHGy of the two processKeywords: methanol distillation bi-tower distillation; tri-tower distillation; air-cooler