甲醇合成及精馏单元的能效优化分

2017-12-02辛渊陕西神木化学工业有限公司陕西榆林719319

化工管理 2017年33期

关键词：常压塔汽提塔精馏塔

辛渊(陕西神木化学工业有限公司，陕西榆林719319)

甲醇合成及精馏单元的能效优化分

辛渊(陕西神木化学工业有限公司，陕西榆林719319)

虽然，伴随经济的发展我国甲醇生产工艺得到了普遍提高，但是在甲醇生产工艺仍然存在水耗过多、能耗过大的情况。因此，对甲醇合成及精馏单元的能效优化进行分析尤为重要。

甲醇合成；精馏单元；能效优化

甲醇作为可代替石油资源的的新型燃料能源，并在全球范围内掀起了研究发展甲醇合成技术探究的热潮。本文通过对甲醇合成及精馏单元的能效优化进行分析，以期我国甲醇装置以及相关技术得到更好的发展。

1 概述甲醇合成及精馏单元工艺

1.1 甲醇合成工艺流程

来自净化工段的甲醇合成气（P=3.0～3.2MPa(G)，T＜40℃），首先与氢回收来的富氢气混合，进入合成气压缩机一段进行压缩后与循环气混合，再经循环段压缩后进入中间换热器的壳程，混合气被预热至170～206℃，平均分两股由顶部进入甲醇合成反应器，甲醇合成反应器的上部有一段高约300mm的催化剂绝热层。在甲醇合成塔中，CO、CO2和H2在铜基触媒作用下进行如下反应

反应生成甲醇和水及少量有机杂质，并放出大量的热。合成塔出口反应气体的温度约为220～247℃，经由中间换热器回收反应热，温度降至85～100℃左右。有少量甲醇冷凝的反应气再进入循环水冷却器进一步冷却至40℃以下，此时大部分的甲醇冷凝下来，进入甲醇分离器分离出液体粗甲醇。分离出的粗甲醇经减压后进入甲醇膨胀槽闪蒸，闪蒸出溶解在粗甲醇中的气体，然后送至甲醇中间罐区的粗甲醇贮槽，再经泵加压送至甲醇精馏装置使用。

出甲醇分离器的气体返回合成气压缩机，加压后循环使用；循环气与新鲜气的比例约为5.36。为防止惰性气体在系统中积累，要连续从系统中排放弛放气，排出的弛放气进入弛放气洗涤塔，由高压密封水洗涤其中的甲醇气体，不含甲醇的弛放气送至氢回收工段，回收其中的有效气体。回收的富氢气同新鲜气汇合后，经压缩机升压后进入甲醇合成塔。洗涤塔排出的淡甲醇溶液送往甲醇精馏工段，作为甲醇油的萃取剂。

甲醇膨胀槽产生的甲醇膨胀气经压力调节后分两路，正常情况下送一期合成洗涤塔进行甲醇洗涤回收，异常情况下送往火炬燃烧。甲醇合成反应是强放热反应，反应热由甲醇合成反应器壳程的饱和水气化移出。甲醇合成反应器壳侧副产2.5～3.9MPa(G)的饱和蒸汽，经调节阀减压后送往S3蒸汽管网。甲醇合成催化剂的升温加热是依靠开工喷射器来进行的，通过手轮调节进入ZⅡ2001A/B的过热蒸汽流量，带动炉水循环，使催化剂温度逐渐上升[1]。

1.2 甲醇精馏工艺流程

来自甲醇合成工段膨胀槽的粗甲醇进入粗甲醇贮槽，粗甲醇经粗甲醇进料泵加压后送入预精馏塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通过PⅡ2112泵出口管线，经由FV22102控制流量后压入TⅡ2101，从而降低精馏电耗，并经由粗甲醇先进入粗甲醇预热器的壳程，用管程的蒸汽冷凝液预热后，进入预精馏塔，预塔共有三段填料，进料口设在第二段填料上部。

预塔的主要作用是除去粗甲醇中残余溶解气体以及二甲醚、甲酸甲酯等为代表的轻于甲醇的低沸点物质，塔顶设置两个冷凝器，分别是预精馏塔一级冷凝器和预精馏塔二级冷凝器。EⅡ2102将塔内上升气中的甲醇大部分冷凝下来,甲醇冷凝液进入预精馏塔回流槽，经预精馏塔回流泵加压，送入TⅡ2101顶部作为回流。部分未冷凝的甲醇蒸汽、不凝气及轻组分进入EⅡ2103，被管程内的循环水冷却至38～46℃，其中绝大部分的甲醇冷凝回收，不凝气则通过压力调节阀PV22102控制，排至火炬总管焚烧处理。经过EⅡ2103回收的甲醇进入甲醇萃取槽，用甲醇合成驰放气洗涤水进行萃取，萃取出的甲醇水溶液排入预精馏塔回流槽。萃余液主要是以烷烃为主的油性组分—甲醇油，自流进入甲醇油贮槽，由甲醇油输送泵送入罐车运走。

预精馏塔底的甲醇水溶液经加压塔进料泵加压送至加压塔下部，加压塔为填料塔，共五段填料，进料口在靠近塔底的第一段填料上方。塔顶甲醇蒸汽分两路进入冷凝器/再沸器，作为常压塔的热源，甲醇蒸汽被冷凝后进入加压塔回流槽（VⅡ2102），在其中稍加冷却，一部分由加压塔回流泵升压后送至加压塔顶部作为回流液，其余部分经加压塔冷却器冷却到40℃以下作为AA级精甲醇产品送至精甲醇中间槽，再由低压蒸汽（S3）加热的热虹吸式再沸器向加压塔塔底甲醇溶液提供热量，加压塔的顶操作压力约为0.25～0.58MPa(G)，塔顶温度为110～120℃，塔釜操作压力为0.25～0.55MPa(G)，之后通过加压塔底部排出的甲醇液经EⅡ2112A/B换热降温后进入常压塔。常压塔上段为填料塔，下段为浮阀塔，共有三段填料，45块塔板，进料口有三个，分别设在第1、9、19块塔板上。从常压塔顶出来的甲醇蒸汽经常压塔冷凝冷却器冷至40～55℃后，进入常压塔回流槽（VⅡ2103），再经常压塔回流泵加压后，一部分送至常压塔顶回流，其余部分作为精甲醇产品送至VⅡ2107A/B。

常压塔顶、塔底的操作压力为0～0.02/0.02～0.06MPa(G)，塔顶温度为60～68℃，塔底温度为100～110℃。在常压塔下部16#、26#、36#塔板上设有侧线采出口，富含乙醇及其它杂醇的甲醇水溶液由FV22125控制进入汽提塔进料槽（VⅡ2101），经汽提塔进料泵加压后送入汽提塔。

常压塔塔底废水通过常压塔废水泵加压后经LV22111调节后送至汽提塔，作为汽提塔原料。汽提塔下段装有一段填料，塔中段为22层塔板，塔上段装有两段填料，汽提塔塔顶蒸汽经汽提塔冷凝冷却器冷却至40～65℃，进入汽提塔回流槽，再经汽提塔回流泵加压，一部分送至汽提塔顶回流，其余部分作为产品送至精甲醇中间槽。

由低压蒸汽(S4)加热的热虹吸式再沸器向汽提塔塔底甲醇溶液提供热量,塔顶、塔底操作压力为0～0.030/0.01～0.05MPa(G)，塔顶操作温度为60～68℃。

由汽提塔入料槽来的原料，在塔中部第5、11、17层塔板上进入汽提塔；由常压塔废水泵来的原料，在塔中部第6、12、18层塔板上进入汽提塔；侧线采出在第3、9、15、21层塔板上，采出的异丁基油和乙醇经汽提塔出料冷却器冷却至40℃以下，进入甲醇油贮槽且汽提塔塔底排出的废水经废水冷却器冷却至40～55℃，再经汽提塔废水泵加压后送至废水处理装置。

精馏工段排出的甲醇蒸汽或含醇废气进入排污槽，经由废液泵送至粗甲醇贮槽或者作为甲醇油销售[2]。

2 甲醇合成及精馏单元能效优化方法

2.1 降低能耗

作为电力驱动甲醇合成及精馏单元运行，对电耗的优化一直是优化方法首要考虑的内容。来自甲醇合成工段膨胀槽的粗甲醇进入粗甲醇贮槽，粗甲醇经粗甲醇进料泵加压后送入预精馏塔。VⅡ2003排出的粗甲醇也可直接通过PⅡ2112泵出口管线，经由FV22102控制流量后压入TⅡ2101，从而降低精馏电耗。

2.2 采用先进气固相催化反应器

当前甲醇合成及精馏单元中一、二期工程甲醇合成装置均采用华东理工大学开发的“管壳外冷-绝热复合型”气固相催化反应器，且在6.0MPa下进行甲醇合成，并副产2.5Mpa的蒸汽的情况下，促使该技术具有床层内温度平稳、催化剂使用寿命长、能量回收合理、开工方便、副产物少等优势。此外，反应器上管板设有绝热层，且反应器直径小，使得甲醇合成及精馏单元生产能力得到有效提高，而反应器壁效应也随之得到提升。