宋贵华 刘铁良 白世龙

山东华鲁恒升化工股份有限公司

甲醇精馏的节能节水和工程设计技术分析

宋贵华 刘铁良 白世龙

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甲醇作为一种重要的有机化工原料，其下游产品越来越多。随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展和甲醇燃料的推广应用，甲醇需求量将越来越大，因此提高甲醇产品质量和降低生产消耗就越来越引起人们的关注。甲醇精馏是甲醇生产过程最重要的一步，其技术的好坏直接关系到精甲醇的质量。基于此，本文将着重分析探讨甲醇精馏的节能节水工程设计技术，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

甲醇精馏；节能节水；技术

1、萃取精馏工艺

1.1 双塔精馏工艺

当前双塔精馏工艺是萃取精馏最为广泛使用的方法，主要由预精馏塔和主精馏塔两个塔组成。粗甲醇首先进入预精馏塔，这实际是一个萃取精馏塔，在塔顶和回流槽内加入相当于粗甲醇进料量20%～30%的水，作为萃取剂，脱除粗甲醇中含有的低沸点的非水溶性杂质。随后脱除轻馏分的粗甲醇进入主精馏塔，在塔内进行甲醇与水和高沸点杂质的分离。为了使粗甲醇的高级醇和酮彻底脱离，通常会在主精馏塔的中下位置设置测线，使用主管方法，从主塔底排出主要的杂质水。此时必须使主塔塔底温度保持在104℃以上，并且主塔塔底的残液pH值在7～9之间。完成杂质脱离以后，在主塔上部或者回流液中可获得纯度99.9%的精甲醇。

1.2 三塔精馏工艺

三塔精馏工艺主要包括预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔构成的精馏系统工艺，其中预精馏塔和双塔流程中的预精馏塔工艺流程类似，作用相同。预精馏塔的底部完成精馏分离后，甲醇液的密度在0.84～0.87g／cm3范围内，通过预后泵对预后甲醇进行加压，输送到加压精馏塔的中下位置。这时加压塔塔底0.5MPa压力的蒸汽会在加压塔再沸器的作用下加热到135℃，随后塔顶蒸发出的甲醇蒸汽会进入加压塔的冷凝器内冷却。甲醇蒸汽冷凝热成为常压精馏塔的热量来源，之后出加压塔冷凝器的甲醇液会再次进入加压塔内的回流槽中，部分甲醇液会通过加压塔回流泵送入加压精馏塔内，成为回流液，剩下部分的甲醇液经过精甲醇冷却器降温到40℃左右，成为合格的甲醇产品。把加压精馏塔塔底的甲醇液排送到常压精馏塔的中下部位，常压精馏塔和双塔精馏工艺流程中主塔的工艺流程作用一致，存在的不同主要是常压精馏塔的底部热源是加压精馏塔的塔顶蒸汽冷凝潜热。

2、甲醇精馏的节能节水和工程设计技术

2.1 精馏的节能方法

精馏塔是主要的耗能设备。进料预先加热到一定的温度，由塔底再沸器产生的蒸汽来提供分离所需的逆流流体。同样，精馏塔有很大的冷量需要，蒸汽必须冷凝，产品必须冷却。基于精馏系统的能量消耗状况，可把目前的节能方法归纳为：1)以热力学第一定律为基础，充分回收利用过程本身的热能或冷能。如：加强保温、保冷，回收物流的部分显热和潜热等。2)以精馏原理为基础，减少精馏过程本身的能量需求。如：减少回流比、采用新型塔板和新型填料塔以提高分离效率和减小压力降，此外还有控制循环精馏法等节能技术。3)以热力学第二定律为基础，提高精馏系统的热力学效率。如：中间再沸器和中间冷凝器、采用多股进料和侧线出料方式、加预分离塔的精馏技术、多效精馏、热泵精馏以及分壁精馏塔。

2.2 甲醇精馏的主要节能节水措施

1)蒸汽冷凝液余热的利用：再沸器蒸汽冷凝液显热用于预塔或加压塔进料的预热；加压塔再沸器高等级的蒸汽冷液回收显热用于预塔再沸器的加热。2)在满足精馏分离要求的前提下，在预塔尽量少加萃取水。3)进出料换热：利用加压塔塔釜液的显热来预热加压塔进料，以提高蒸馏过程的热能利用率。4)减少蒸馏过程的热能消耗：粗甲醇精制过程中采用多效蒸馏方法，利用热源蒸汽潜热的多重效用，用加压塔的塔顶蒸汽潜热给常压塔再沸器供热，既节省了蒸汽的消耗，又节省了冷却水的消耗。多效精馏随着甲醇精制规模的增大，其效果和收益愈加明显。5)采用空冷器或复合式空冷器，节省了冷却水的消耗。6)采用新型高效塔盘和高效填料等内件结构，提高精馏塔的分离效率，降低操作回流比，节省能耗。

2.3 双效精馏操作分析

1)选择最佳生产工况是精馏节能的主要途径。在低负荷生产时，要控制较小的回流比，同时充分利用加压塔节能的原理，适当提高常压塔的塔底温度，使其排出的液体达到废液排放标准，停用废水汽提塔，从整体看蒸汽量会有所下降。为使整个装置达到最高生产负荷，要求合理调整3个精馏塔的负荷，使各塔都处于满负荷状态。任何一个参数的变化都会影响全局的平衡，因此要求正常生产时，各点温度、压力、流量、液位都尽量保持稳定，对微小波动要作出及时和适量的调节，以维持生产稳定，达到高产、优质、低耗的目的。2)加压塔和常压塔的协调操作。由于加压塔既提供给常压塔等量的热量，同时又将剩余的甲醇输入常压塔。对于常压塔来说，如何使输入的甲醇量与热量相当，或在物料和热量变化的情况下，同时兼顾加压塔和常压塔的操作。这是四塔精馏必须解决的问题。根据常压塔塔底温度的变化来调节加压塔的蒸汽量，可以使二塔的工况达到动态平衡，但此时并非最佳工况。为合理降低二塔的回流比，可以根据产品分析逐步降低回流量，同时及时降低加压塔的蒸汽量。在调整一个塔的回流量和蒸汽量时，另一塔的工况也发生了相应的变化，因此要经过多次的精细调节才能达到最佳操作工况。加负荷时应同时增加蒸汽量和回流量才能维护工况不变，但这样做难度较大，方便作法是分二步进行，即先增加回流量，适当的蒸汽量维持产品质量合格，然后再增加进料量和蒸汽量，便二塔工况大致平衡。

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