甲醇双塔精馏与三塔精馏的比较

第35卷第3期化工设计通讯Vol.35 No.32009年9月Chemical Engineering Design CommunicationsSepl.2009甲醇双塔精馏与三塔精馏的比较程建光陆丽萍张雷(兖矿国泰化T有限公司,山东滕州277527)摘要:近年来随着煤化工产业的快 速发展,甲醇作为煤化工的主要产品也得到了迅猛发展,随着甲醇工业的发展,和甲醇生产的相关技术也得到了快速发展,在甲醇甲醇生产过程中,甲醇精馏做为整个甲醇生产过程中能耗占近20%的一-个工段，更是技术攻关、节能、提升产品质量的重点环节,因此甲醇精馏技术的攻关和优化日益引起人们关注,目前甲醇生产中普遍使用的精馏工艺有双塔精馏和三塔精馏技术，在此就甲醇双塔精馏和三塔精馏从工艺流程、投资、产品质量、操作、能耗等几个方面进行综合比较探讨。关键词:双塔;三塔;精馏中国分类号:T0223.12*1文献标识码:A 文章 编号:1003 - 6490(2009)03- 0030-04济效益和市场竞争力的重要举措。0引言1精馏原理甲醇作为重要的基础有机化工原料,在化工产品中有着广泛的应用,近年来随着煤化工产业的兴起,精馏是根据在相同温度下,同-液体混合物中不各地甲醇生产厂都如雨后春笋般拔地而起,目前国内同组分的挥发度不同,经多次部分气化和多次部分冷的甲醇产能还在逐年大幅度增长,预计到“十- -五”末凝最后得到较纯的组分,实现混合物分离的操作过期,我国甲醇生产企业将为200家左右,产能将达到程,如图1。2500万t/a至3200万V/a。伴随着甲醇产能和需求轻组分Y和重组分X混和液Xf进入第一分离量还会越来越大,因此提高甲醇产品质量和降低生产器,若将第一级溶液部分气化得到气相产品冷凝液，消耗就越来越引起人们的关注。甲醇精馏是甲醇生然后再将冷凝液在第二级分离器中部分气化,再经第产装置的最后一道工序,其能耗约占甲醇生产总能耗二级冷凝器冷凝得溶液中的组分Y2必大于Y,这种的20%左右,甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲部分气化部分冷凝的次数(即级数)越多,所得轻组分醇的质量能耗等主要指标,因此选择适合企业生产Y浓度越高,最后几乎可得到纯态的易挥发组分。同.需要的精馏技术,是降低成本、节能降耗、提高企业经理,若将从各分离器所得溶液产品进行多次部分气化收稿日期:2009-07-31作者简介:程建光(1966 - ),男,汉族,山东荷泽人，毕业于哈尔滨理工大学热能工程专业,参加T.作后- -直从事煤化工生产技术工作,现就职于宛矿国泰化工有限公司生产技术部,工程师。第3期程建光,陆丽萍,张雷:甲醇双塔精馏与三塔精馏的比较31生产要求,其具体工艺流程如图2。表1工业甲醇规格及技术指标CB338- 2004空指项目优等品.-等品合格品色度/Hazen单位(铂-钴色号)≤密度(p20)/(g/em})0.791 -0.792 0.791 -0.793佛程(0C, 101 .3kPa,在-x64.0C~ 65.5C范围内，0.81.01.5包括64.6+0.1C)/C≤商锰酸钾实验/min≥503020通过实验水混溶性实验(1+3)(1+9) .水的质量分数/%≤0.100.15图1精馏原理示意图酸的质量分数(以0.00150.00300.0050HCOOH计)/%≤或蜮的质量分数(以NHy和分离,那么这种级数愈多,得到的溶液组分X浓度0.00020.0008计)/%≤越高,最后可得到几乎纯态的难挥发组分。羰基化合物的质址分数0.0020.010常温、常压下，甲醇是易挥发和易燃烧的无色液(以HCHO计)/%≤体,纯甲醇的沸点为64.79 ,杂质的沸点有高有低，蒸发残渣的质量分数/%≤0.0010.0030.005低于甲醇沸点的为轻馏分,高于此值的为重馏分。一硫酸洗涤实验/Hazen单位(铂-钻色号)≤般情况下,甲醇中所含轻馏分杂质主要有二甲谜、乙.乙醉的质量分数/%≤供需 双方协商醛、丙酮等,约占粗甲醇重量的1%;重馏分主要有来自粗甲醇储槽的甲醇,经泵加压,再经粗甲醇水异丁醇异丁醚等约占粗甲醇重量的4~5%。预热器加热到45C后进人预精馏塔,在预精馏塔脱醇合成不论采用何种催化剂,均受其选择性的限制以除轻馏分后,直接由泵输送至主精馏塔,进- -步把高沸及合成条件(压力、温度和合成气组成)的影响，在进点的重馏分杂质脱除,主要是水、异丁基油等。从塔顶行甲醇合成反应的同时,还会伴随着一系列副反应发或侧线采出的精甲醇经过冷却器冷却至常温后,就可生,甲醇合成过程中副反应产物多达40多种,这些杂得到纯度在99.9%以上的符合国标的精甲醇产品。质只有通过精馏工序加以去除,才能得到符合国标要2.2三塔精馏工艺求的精甲醇(见表1)。三塔流程是目前甲醇生产装置应用最广泛的精馏工艺。我公司年产24万t甲醇装置就用此方法，2双塔精馏和三塔精馏流程三塔均采用天津大学的规整填料,且我国目前在建的甲醇装置亦大部分采用此法粗甲醇按次序分别进入目前我国在甲醇生产过程中主要使用的甲醇精预精馏、加压塔和常压塔逆行精馏,大部分轻组份在馏技术有双塔精馏和三塔精馏工艺。预精馏塔去除,加压塔和常压塔均采出产品,约各占2.1 双塔精馏工艺一半。美国曾报导过另- -种三塔 流程,该流程的特点该流程为我国以前老的甲醇装置中采用是较广是三个塔基本上等压操作,由第三精馏塔采出产品，的一种精馏流程。精甲酵先经预精馏塔,经预精馏后第二精馏塔分离水份,第一精馏塔相当于预精馏塔,的含水甲醇直接由泵输送经热交换器后再至主精馏主要用作分离轻组份，我国尚未采用此种精馏流程,塔,最终在主精馏塔将甲醇与水、重组份及残余轻组目前我应用最广泛的三塔精馏工艺流程如图3,其具份进行有效分离-得到精甲酵产品。生产实践证明有精馏能耗低、操作稳定、产品质量好等突出优点,但双塔精馏流程简单、操作方便、运行稳定,能满足甲醇操作相对比较复杂。32化工设计通讯第35卷不凝气W|cw仗cw预CTsor精|精甲蘼物|Q-粗甲醇塔|se精馏残夜图2双塔精馏工艺流程简图不艇气放空.女cwTD加常(D压b-|8精甲醇粗甲醇.cw3杂醇Is( t精馏残瘦图3三塔精馏工艺流程简图从进料泵来的粗甲醇加入碱液后经预热器加热送往废水槽。后进入预塔,进塔后与从冉沸器来的气流换热后,未冷凝的部分低沸点组分及不凝气进人其中,绝大部分3双塔精馏和三塔精馏的比较甲醉经冷却器冷凝后回流,不凝气体经过预塔液封槽后,进入放空总管;出预塔的甲醇液经过加压塔给料3.1操作条件泵加压后进人加压塔,进塔后与从再沸器来的气流换双塔精馏和三塔精馏不仅在工艺流程上差别较热后,气相从塔顶出塔后进入常压塔再沸器给常压塔大,其具体操作指标也相差甚远,其主要的操作条件提供热源,冷凝后的甲醇进人加压塔回流槽,一-部分对比见表2。打回流,一部分作为产品采出。液相出塔后进入常压3.2 产品质量塔,进塔后与从再沸器来的气流换热后，气相出塔顶精甲醇中乙醇含最是- -个重要指标，从国内仪塔后经常压塔冷凝器冷却后进入常压塔网流槽,一部分精馏现状来看,精甲醇中乙醇含量较高,这是一个比打回流,-一部分作为产品采出,常压塔底的排出废水，较突出的问题。国内大部分以油或煤为原料的甲醇第3期程建光,陆丽萍,张雷:甲醇双塔精馏与三塔精馏的比较33厂经过双塔精馏后,精甲醇中乙醇的含量在400x双塔精馏与三塔精馏的投资与操作费用比较见10-6 ~ 500x 10-6,联醇工艺生产中的精甲醇其乙醇表 3,由表3可见双塔精馏与三塔精馏的投资、操作费含量史高些,相对于国外标准有较大差距,而且也不用、能耗的相互关系与生产规模有很大关系，随着生能满足像用于醋酸生产用的高端用户,限制了其发产规模的增大,三塔精馏的经济效益就更加明显,另展外还有产品质量优等优点,因此目前大的甲醇装置,表2双塔精馏和三塔精馏的主 要操作条件大家-致都选择采用:塔精馏。双塔精馏=:塔精馏表3投资与操作费 用比较表项目预精价塔加压塔常压塔项日三塔精馏馏塔生产规模/万va 102.5操作压力/MPa 0.050.05 0.57 0.006投资/%0000 100132329塔顶温度/C 67-68 68~69 70-75 120.5 65.9操作费用/% 100 100 100771塔底温度/C 74~77 11-116 80~85 126.2 110能耗/%100 100 1000152三塔精馏可制取乙醇含量较低的优质甲醇,乙醇含量一般小于100x 10-*,大部分时间可保持在50 x10-以下,其他有机杂质含量也相对减少。精甲醇产4结语品质量不仅跟精馏工艺有关系，而且还跟甲醇合成压力、合成气组成、合成催化剂有关,甚至和合成塔等设双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单易备的选材也有关系。甲醇产品中乙醇含量的高低与于操作和管理。虽然消耗高于三塔精馏工艺,但在5粗甲醇中乙醇含量有很大关系,粗甲醇中乙醇含量低万吨/年生产规模以下的小装置时其技术经济指标较时，精甲醇中乙醇含量自然也低。在三塔精馏中常压占优势,其节能降耗途径可以采用高效填料来达到降塔采出的精甲醇质量更好些。实际分析结果表明,常低蒸汽消耗的目的。5万吨/年生产规模以上时,宜压塔采出的精甲醇中乙醇含量极低,仅1x10-6~2采用三塔精馏技术,虽然一次性投资较高,但是操作x10-',有时甚至分析不出来,而加压塔采出的精甲费用和能耗都相对较低。三塔精馏生产的精甲醇产品质量较好,尤其是产醇中乙醇含量大多在20x 10-6~ 80x 10-%。品中乙醇含量较低，能满足甲醇羰基化合成醋酸、醋3.3能耗甲醇是一种高能耗产品,而精馏工序的能耗占总酐等对优质甲醇的要求,虽然- -次性投资较高,但操能耗的10% ~ 30% , 所以精馏的节能降耗不容忽视。.作费用和能耗都相对较低。因此三塔精馏和双塔精双塔精馏每吨精甲醇耗蒸汽约为1.8~2.0t,不少工馏得选择,又要根据装置的能力、产品的要求等指标厂消耗蒸汽量在2.0t以上。三塔精馏与双塔精馏的参数进行选择合适的工艺,才能真正发挥其作用。区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔,-个加压操[参考文献作,一个常压操作,利用加压塔的塔顶蒸汽冷凝热作为常乐塔的加热源,既节约了蒸汽,也节约了冷却用[1]赵保志. 氨肥技改[J]. 2003.(5):27.[2]化[生产流程图解(第-:版)[M].北京:化学工业出版社. 1997.水。每精制1t精甲醇约节约It蒸汽,所以三塔精馏[3] 廖卫昌.甲醇双效精馏节能技术[J].中氮肥,2001,(1):20.的能耗较低,吨甲醇精馏节约蒸汽近50% ,大大的降[4]冯元琦 .甲醇[ M].北京:化学T.业出版社,000.低了吨甲醇的生产能耗,为企业减低消耗,节约成本，[s]姚玉英. 化工原理(下册)[ M].天津:天津大学出版社,199.提升企业竞争力具有巨大的意义。[6]丁化学工业 部化学T:程设计技术中心站.化工单元操作设计手册(上册)[ Mj.西安:化学工业部第六设计院出版.3.4 投资与操作费用