甲醇精馏方案技术对比

2012年6月第35卷第3期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 35 No.3甲醇精馏方案技术对比王同宝,周亭亭,赵国忠(中国石化集团宁波工程有限公司,浙江宁波315103)摘要:对粗甲醇的双塔精馏和三塔精馏工艺进行技术方案、投资、消耗、能耗、成本等方面的对比,对采用空冷器时的技术方案进行初步研究,研究结果界定两种工艺方案的适用装置规模。关键词:甲醇精馏双塔精馏三塔精馏空冷器随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展和消耗的介质暂按某地区价格计算,具体定价见表甲醇燃料的应用,甲醇需求量还会越来越大,因此2。对比按生产期14a、设备折旧14a计算;根据中提高甲醇产品质量和降低生产消耗就越来越引起国石化集团公司2010年规定进行投资估算;甲醇人们的关注。产品质量按照美国联邦标准AA级。由于原料气在甲醇合成塔内发生甲醇反应的表1粗甲醇组成同时,还伴随着一系列的副反应,合成所得粗甲醇组分摩尔含量,%组分摩尔含量,%是多种组分形成的混合液,主要组分是甲醇,还包括一些杂质。因此,为获得高纯度的精甲醇必须经74900NH缸0005300025过精馏的过程。根据粗甲醇的质量决定精馏过程0600000085的复杂程度。甲醇工业最早采用锌铬催化剂合成00436粗甲醇的高压法,得到的粗甲醇质量较差,因此精00287CHoH0.0006制方法采用了精馏和化学净化相结合,比较复杂。表2所消耗介质的定价近年来,世界上新建的甲醇工厂都采用了铜系催化剂,中、低压法合成甲醇,国内也相继采用了铜循环水/(元)系催化剂,改善了粗甲醇的质量。试验证明,粗甲低压蒸汽(04MPa饱和)/(元t)醇的杂质含量主要决定于催化剂本身的选择性,电/(元·(kWh)-)0.58反应温度、压力对其影响不很显著2。燕汽凝液/(元t)8.00目前工业上甲醇精馏的流程主要有:两塔精注:定价的不同会使测算结果有一定的偏差馏流程和三塔双效精馏流程,本文拟对此两种方案进行研究,供相似装置进行技术选择。2流程概述21两塔流程1比较基准③来自储罐的粗甲醇由泵送至预精馏塔上部。由于甲醇生产中所用原料、工艺过程、产品质为提高产品质量,中和粗甲醇中的有机酸,注入量要求、各消耗的定价、投资取价等不同,要全面而准确的对甲醇精馏作出对比比较困难。收稿日期:2012-03-15为了便于比较,本次研究假定以下内容作为作者简介:王中国煤化工硕士学位,2005比较基准,若与此基准偏差较大则需要相应作出年毕业于西北大CNMHG国石化集团宁波工程有限公司从事煤化工、天然气化工等化工行业的工程咨询、调整。设计等方面的工作。联系电话:0574-87974856;E-mail:wan对比中的粗甲醇组成见表1。对于两方案中所194去做2012年第35卷2%的碱液,粗甲醇在粗甲醇预热器中被来自主精器冷凝,冷凝甲醇在重力作用下流入常压塔回流馏塔的塔底水预热至54℃后送入预精馏塔。罐,再由泵送至常压塔顶部作为回流,同时送出一从预精馏塔顶部出来的气体包括不凝性气股产品甲醇体、轻组分、水蒸气及甲醇。经过预精馏塔塔顶二些重组分有机物,主要为乙醇和丁醇,容易级冷凝后,大部分水和甲醇通过预精馏塔回流槽在常压塔内甲醇/水的分界面上发生积聚,在此处及预精馏塔回流泵回流入塔,回流比约为0.8-09。·采出一小股侧线产品以排出这部分重组分。这股不凝气和大部分二甲醚等低沸点杂质及少量甲醇侧线产品即所谓的杂醇油。杂醇油在杂醇油管中蒸气经水洗后达标排放。气体在冷凝过程中,一小收集,同时杂醇油管也接收来自预精馏塔次级冷部分轻组分冷凝并进入甲醇中,为防止其在系统凝器排放的一股次级甲醇。中累积,连续排放少量冷凝液到杂醇油槽来自加压塔和常压塔的产品甲醇冷却至45℃从预精馏塔塔底出来的粗甲醇由主精馏塔给后送出界外4。料泵送至主精馏塔。主精馏塔釜温度维持在116℃,塔顶温度维持在71℃左右,由再沸器加热塔釜3方案对比液体。主再沸器的热源为表压04MPa的饱和蒸31技术方案对比汽。产品甲醇从主精馏塔侧线采出,冷却至40℃三塔精馏与两塔精馏的区别主要在于主精馏后,送往产品甲醇储罐。塔的设置和能量综合利用方面。粗甲醇经过预热22三塔双效流程后进入预精馏塔,预精馏塔为常压操作,粗甲醇中从界外来的粗甲醇在送入预精馏塔前通过烧含有的轻组分在预精馏塔中分离出来,由塔顶逸碱给料包添加氢氧化钠溶液。预精馏塔操作压力出。脱除大部分轻组分后离开预精馏塔底部进入(绝压)为015MPa,略高于大气压,粗甲醇在预精加压塔,加压塔顶气相不使用循环水作为冷却介馏塔中初步精馏质,而是直接做为常压塔塔底再沸器的热源,为常离开预精馏塔塔顶的甲醇蒸气首先经过预精压塔提供热量。因此,加压塔与常压塔形成双效精馏塔初级冷凝器进行冷却,冷凝甲醇温度约为70馏,前一塔的顶部出气作为后一塔的加热热源,可℃,在重力作用下回流至预精馏塔回流罐中。来自以节省后一塔的外加热源,也省去了前一塔的冷初级冷凝器的未冷凝的气相再经过预精馏塔次级却水。因此三塔精馏也被称为三塔双效精馏。冷凝器被冷却至45℃产生更多的冷凝甲醇,在此为保证常压塔塔底再沸器有足够的传热温分离出来的冷凝甲醇又称为次级甲醇。差,两塔的前一塔必须加压才能使其塔顶出气具预精馏塔回流罐收集的冷凝甲醇由泵送至预有较高的温度,满足常压塔的生产要求。产品精甲精馏塔顶部作全回流。来自预精馏塔塔底的液体醇部分采自第一主精馏塔的塔顶冷凝液,部分采含甲醇、水以及其他重组分杂质,由泵送入加压自第二主精馏塔的塔顶冷凝液。由于加压精馏塔塔。塔顶温度较高,为综合利用能量,有些流程将加压预精馏甲醇送人加压塔继续蒸馏,加压塔塔精馏塔塔顶的液相产品作为热源加热来自甲醇合顶操作压力(绝压)约为08MPa;在加压塔顶部附成装置的粗甲醇。近采出一股产品甲醇,在此采出的产品甲醇约占因此,三塔双效精馏与两塔精馏相比减少了总量的一半。剩余的甲醇/水混合塔底液作为常压蒸汽与循环水的消耗,但电的消耗会有所增加,且塔的进料流股,常压塔塔顶操作压力(绝压)约为由于增加了一个塔系统,工艺设置及操作复杂,投0.13MPa。资及占地增加。由于加压塔和常压塔之间存在操作压力的差32消耗及能耗对比异,因此加压塔顶气体的冷凝潜热可供常压塔蒸两塔精馏和三塔双效精馏的能耗及消耗分别馏所需的热量,换热过程在塔间换热器内进行。加见表中国煤化工压塔顶的冷凝物在重力作用下送入加压塔回流CNMHG由于三塔流程多设罐,再由泵送至加压塔顶部作为回流。置一个塔,必须多设置一台泵,因此耗电方面高于常压塔顶部的甲醇蒸气经过常压塔回流冷凝两塔,但蒸汽和循环水消耗,三塔流程均低于两第3期王同宝等.甲醇精馏方案技术对比塔。从表4能耗指标计算也可看出,三塔的能耗为表4甲醇精馏公用工程消耗指标对比(以吨醇计)4.37GJ,也低于两塔的510GJ。项目两塔精馏三塔双效精馏表3甲醇精馏公用工程能耗指标计算对比(以吨醇计)预精馏塔预塔再沸器(蒸汽)0.37两塔精馏塔双效精馏预塔回流冷凝器(循环水)/t156915.10名称能耗指标/消耗量能耗/GJ消耗量能耗/CJ排气冷凝器(循环水)回流泵/kWh蒸汽/t2763146主精馏塔再沸器(蒸汽)/t108循环水/t41986020.3672110.30主塔回流冷凝器(循环水)6777电/kWh003冷凝液冷却器(循环水)/t2.103.14合计5.104.37回流泵/kWh3.3技术经济对比常压塔再沸器(蒸汽)对两种甲醇精馏方案的投资、成本、静态投资回流冷凝器(循环水)5201回收期等做了技术经济分析,分析对比见表57。精甲醇冷却器(循环水)1无无无无0.89从表5可以看出,当精馏规模为10万吨/年精甲醇泵/kWh0.25时,两种工艺的成本基本相当,投资方可以根据实合计总消耗蒸汽1.71146际情况选择流程,当规模大于10万吨/年时,建议总消耗循环水/86.0272.11总耗电/kWh1.61选用三塔双效精馏工艺表5技术经济汇总0ta工艺方案投资/公用工程消工资及福利制造费用/单位成本/静态投资回单位成本增成本增量规模/万元耗/(万元·a4)费/(万元a4)(万元·a-)(元·t+)收期/a量/(元t)比例,%两塔782.895.1塔l1911144.6两塔l186.5592.4144.182.6三塔180542192827.64-0.72两塔1513.38885183.877.5002302767.0279.62.26两塔179810226332372.25.79241-3.33两塔2293.71777.190.071.5000三塔3490.215339423.8-3.26两塔272592369433106980三塔414772045.3503.7-3.79-5.74两塔311642961.8378468.60三塔474192556.6575.8645两塔347663554.15290.13067964243.73-443两塔3813.54146.5463.67.10三塔5802.735792900704.63.51-4,65-745两塔413164738.9501,70塔6286.8-4.83两塔443425331.290.06747.14601.890.0819.33.17-8.14空冷器方案对比由表6可知,无论是两塔流程还是三塔流程,上述工艺方案对比是基于装置中采用循环水空冷器的一次投资远高于水冷器,此外,由于空冷冷却,需消耗大量水资源,但其电耗和投资较低,器设备多中国煤化工冷器的钢结为便于部分缺水地区的方案选择,特对甲醇精馏构费用也较CNMHG和三塔流程中的部分冷却器改为空冷器8,主要参数对比见表由于采用空冷器,循环水分别节省1043t/h和8396(折算为10万吨/年装置能力)。t/h,相应节省循环水场投资、消耗、占地。去做012年第35卷表6空冷器与水冷器方案主要参数对比两塔流程三塔流程项目空冷器方案水冷器方案空冷器方案水冷器方案预精馏塔塔顶主精馏塔塔頂预精馏塔塔顶主精馏塔塔顶预精馏塔塔顶常压塔塔顶预精馏塔塔頂常压塔塔顶设备重量/t86.7设备投资/万元44.8168.7126.520.6钢结构费用/万元4.8管道增加费用/万元0.655,474.74投资/万元254.11.3电消耗/kWh循环水消耗0年运行费用/万元31.282406302吨醇能耗/MJ98.565.7283.9121788占地大小/m6x3x26x3x80.8×614x66x3x26x3×60.8x61.2×5从占地上看,空冷器设备尺寸的绝对占地面精馏。积较大,但是,空冷器的构架一般都在25m左右,此对比结果便于改造、配套等小规模装置的管束下方可布置其他设备或做为管廊,空间利用技术选择,由于对比基准及项目情况的不同其选率较高9。择需进一步论证。从施工配管难易程度看,塔顶回流冷凝器后参考文献为两相流液体,为防止管道震动,影响管道寿命,Ⅱ]章日让石化工艺及系统设计实用技术间答(第二版)M要求两相流管道尽量靠近下游设备。空冷器一般北京:中国石化出版社,2007:87为多个设备并联,且设置在管廊框架上方,空冷器[2]宋维端,肖任坚,房鼎业,等.甲醇工学[M].北京:化学工业出版社,1991:248.出口管道多个并联对称,管道分布较多,配管难度[3]戴墨笑,熊兴和甲醇精馏的双塔与三塔流程比较[]化工大。水冷器出口管道少于空冷器,设置在主装置框设计,1985(2):1-5架上,同下游设备距离更近一些,配管相对容易。[4]张蔚.甲醇技术浅析[J.山西化工,2009(1):52-54.对两种工艺流程中各规模(5-90万吨/年)装[5]廖卫昌.甲醇双效精馏节能技术[J].中氮肥,2001(1):22置中部分冷却器采用空冷器进行技术经济研究对6]刘保柱章渊相,陈平,等,节能型甲醇精馏工艺研究[]化比后发现:空冷器节省了循环水耗量,增加了电和工进展,2007(5):739-742.投资,总体上节省了消耗,增加了投资;由于两塔7]国家发展改革委建设部建设项目经济评价方法与参数(第精馏循环水耗量大,采用空冷器后较三塔双效精三版)[Z].2006-08-01[8]王松汉石油化工设计手册(第3卷).化工单元过程[M].北馏节省了更多的循环水。经核算,当采用空冷器京:化学工业出版社,2002:739-747后,规模为15万吨/年时,两种工艺的成本基本相[9]张德姜,赵勇主编石油化工工艺管道设计与安装M]北当;当规模大于15万吨/年时,建议选用三塔双效京:中国石化出版社,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中国煤化工地 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