大型甲醇精馏系统模拟及塔器方案

1、大型甲醇精馏系统模拟及塔器设计 2005-10-20 来源于：中国化工信息网 一、研究背景及用途 在我国国民经济和化学工业快速发展的带动下，对甲醇的需求和潜在需求）急剧增 长，促使甲醇工业高速发展，新扩建的甲醇生产装置不断增加，装置生产能力也越来越 大，也促使其技术得到极大提高。当前甲醇生产技术的发展趋势主要体现在向建设大型 化、低能耗、环保型工厂发展。目前世界上主要的甲醇专利技术商都有50007500t/d装置 的设计。而我国目前已开车的20万t/a以上高品质甲醇 达到美国联邦AA级标准）装置却 寥寥无几。为进一步提升我国大型高品质甲醇生产过程中国产化精馏设备的设计水平，缩 短与发达国家专利

2、提供商的差距，提高国际竞争力，天津大学精馏技术国家工程研究中心 对甲醇精馏过程作了大量细致的工业与市场调查和技术研究。 二、技术原理及流程 三塔流程是由预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔组成的精馏系统。其中预精馏塔与 双塔流程中的预精馏塔作用相同。预精馏塔底部出来的甲醇液由甲醇给料泵加压后送入加 压精馏塔，塔顶蒸出的甲醇蒸汽进入冷凝再沸器，甲醇蒸汽冷凝热作为常压精馏塔的热 源，出冷凝再沸器的甲醇液再进入加压塔回流槽，一部分由加压塔回流泵加压后送入加压 精馏塔作为回流液，其余部分经精甲醇冷却器冷却到40C作为合格产品。加压精馏塔所需 热量通过精馏塔再沸器提供。 由加压精馏塔底部排出的甲醇液送至常压

3、精馏塔下部，常压精馏塔顶部出来的甲醇蒸 汽经精甲醇冷凝器后进入常压塔回流槽，再经常压塔回流泵加压一部分送入常压精馏塔顶 回流，其余部分送至精甲醇槽。常压精馏塔底排出的含有微量甲醇的其他高沸点杂质水溶 液，经废液冷却器冷却后送往生化处理装置。 如果在常压塔后增设汽提塔或甲醇回收塔进一步改善废水水质或减小废水排量，增加 甲醇收率，则称为三加一塔流程。采用三塔流程或三加一塔流程比同样生产规模的双塔流 程能耗 吨甲醇蒸汽循环量）降低约 1/3。 三、应用前景 当前甲醇生产技术的发展趋势主要体现在向建设大型化、低能耗、环保型工厂发展。 国际上新建的大型甲醇装置生产能力大多为170万t/a日产5000t）

4、:南美洲特里尼达-多 巴哥170万t/a甲醇已经投产；另一套同等装置在伊朗也于今年投产；200万t/a甲醇装置正 在卡塔尔兴建。国外已开发出甲醇制烯烃MTO、甲醇制丙烯 MTP技术，据相关报道，目 前，MTO技术可用5.6t甲醇生产1t乙烯，副产0.83t丙烯、0.24t 丁烯、0.1t C5产品及 3.97t燃料气；MTP技术可由3.1t甲醇生产1t丙烯，副产0.37t汽油和0.88t燃料气。该项 技术的实施开辟了由甲醇生产石化产品的新路线。（中国化工信息供稿 万达清洗有限公司 摘 要：介绍了甲醉精馏工段的工艺和装置，论述了装置系统自调控制情况， 并提出了对装置技术改进的措施。通过改进，装置

5、排放残液中的甲醇含量降低 到0.05%以下，COD笔低至U 950mg/L以下。 关健词：甲醉精馏。脱醚塔。加压精馏塔。常压精馏塔。自调阀 近年来，由于我国中小型氮肥厂生产的进步，也带来了装置内部技术的不断改 进。前些年，我国氮肥企业采用了当时的醇烃化工艺来取代原精炼工段，改变 了过去精炼工段用铜氨液来吸收 CO工艺中产生的稀氨水污染环境的问题，但也 出现了另一问题，就是产生的多碳烃、醇没有工业市场，只能白白烧掉作为能 量回收，其中的有效碳、氢只能浪费掉。没有做到节能降耗。 现在，双甲工艺诞生了。双甲是指合成氨厂将联醇、甲烷化技术引人系统，取 代过去的醇烃化技术和铜洗再生工艺。此工艺生产的甲醇

6、不仅用于汽车作为新 型能源，也是重要的化工原料，市场前景广阔，避免了醇烃化工艺多碳醇、烃 无市场的困境。 本文介绍的甲醇精馏工艺是将双甲工段生产的粗醇经本工段精馏成为精甲醇, 从而作为产品销售。 1甲醇精馏工艺 从双甲工段来的粗醇，经由粗醇罐后，用粗醇泵泵人脱醚塔，进行第一次脱醚 精馏。此时，脱醚塔内操作参数为t=62 C 78C, p=0.14Mpa。在塔内的操作 状况下，粗醇中的杂醇成为气体经塔顶去脱醚塔冷凝器冷凝，冷凝后的醇液流 人脱醚塔回流槽。在脱醚塔回流槽中，甲醇液经槽底部用泵送人脱醚塔的回流 液口，而杂醇则在槽的中上部溢流口流人杂醇油中间槽，再送人杂醇油贮槽。 在脱醚塔底部，粗醇液

7、用加压塔进料泵送人加压精馏塔。为了保持脱醚塔内的 操作温度，粗醇液进人脱醚塔再沸器，被加热成气相甲醇（：=80 C，凡0.巧 MPa送人脱醚塔中下部进口。 另外，在脱醚塔冷凝器中未冷凝下来的杂醇气，经排气冷凝器再冷凝后，杂醇 油送人杂醇油贮槽。 由加压塔进料泵送来的粗醇液，经预后粗醇预热器加热后，进人加压精馏塔进 行第二次精馏。此时，加压精馏塔内操作参数为t=122 C -132C, P=0.7MPa 在塔中，成为气相的甲醇作为热载体从塔顶送人常压塔再沸器换热冷却，冷凝 成液体的甲醇送人加压塔回流槽，然后作为回流液送人加压精馏塔上部。从塔 底流出的液体甲醇，送至常压精馏塔。另一部分则进人加压塔

8、再沸器底部，经 加热成气相后（t=150 C, P=0.7MPa进人加压精馏塔中下部。 从加压塔回流槽底部流出的另一部分甲醇液，送人加压塔精甲醇冷却器，经冷 却后（t=150 C，P=0.15MPa与常压塔精甲醇冷却器出口的甲醇液一起送至精醇 贮槽。 由加压精馏塔送来的液体甲醇，进人常压精馏塔进行最后一次精馏。此时，加 压精馏塔内操作参数为t=65 C一 109C，P=0.13MPa成为气相甲醇的甲醇气从 常压精馏塔顶进人常压塔冷凝器，冷凝成液体的甲醇经过常压塔回流槽，再经 常压塔回流泵泵出，一部分甲醇液体作为回流液送人常压精馏塔上部。另一部 分在常压塔精甲醇冷却器冷却后（t=40 C,P=0

9、.1 MPa送人精醇贮槽。 从常压精馏塔底部流出的甲醉液进人常压塔再沸器，经加热后，气体甲醇 （t=110 0C,P=0.15 MPa送人常压精馏塔中下部。 粗醇经3次精馏后，从常压精馏塔底部流出的残液（水和少量甲醇 ，送人残液 槽。在常压精馏塔侧，甲醇进料口上、下部各有 3个出口，分别是乙醇和异丁 基油口，本文统称为杂醇，从上述出口流出的杂醇，送人杂醇油冷却器。冷却 后一并送人杂醇油贮槽。 来自锅炉房的低压蒸汽（t=159 0C ,P=0.63MPa，经调节阀，分别送至脱醚塔再 沸器，预后粗醇预热器和加压塔再沸器，用于提高甲醇的温度。工艺流程见图 1. 2工艺难点及方案 将粗甲醇精馏而成精甲

10、醇，在 3个精馏塔中，各有针对双甲工艺送来的杂醇、 醚成分进行分离的工艺步骤。确定塔内的温度、压力工艺参数很重要。工程中 3个塔的成熟工艺参数见表1. 表13个精馏塔的工艺参数表 设备名称 塔顶 塔底 塔中部 温度/ C 压力/Mpa 温度/0c 压力/Mpa 温度/ C 压力/MPa 脱醚塔 62 0.14 78 0.14 70 0.14 亍 加压精馏 塔 122 0.7 132 0.73 123 0.7 常压精馏 塔 65 0.12 10 0.14 90 0.13 但是，由于操作不稳定等因数，3个精馏塔的操作参数也会发生变化，为了保 证生产稳定，我们对脱醚塔和加压精馏塔用调节阀进行温度控制

11、。控制方法 是，两塔操作温度过高或过低时，将进脱醚塔再沸器和加压塔再沸器的蒸汽流 量控制少些或多些，即能稳定生产。如果脱醚塔和加压精馏塔的操作稳定了， 常压精馏塔的工艺操作状况也是稳定的。 工艺操作中的另一重要方面是：配制KMn0和碱（NaOH液浓度及控制这二种制剂 进人生产装置的流量。 为了表述本文的主题，我们以年产 10万t精甲醇为例来阐述装置状况。甲醇精 馏工段消耗定额是1t精甲醇耗蒸汽量1.17t，3个精馏塔采用筛板塔。 3主要设备和泵参数 主要设备参数和主要泵参数分别见表2、表3. 表2主要设备参数表 设备名称 规格 设计参数 设计压力/MPa 设计温度/c 脱醚塔 :DN1400X

12、23635 0.2 90 加压精馏塔 DN150006567 0.8 150 常压精馏塔 DN1800X35917 0.2 110 脱醚塔再沸器 DN900X3503 管程:0.2。壳 程:0.8 管程:100。壳 程:170 加压塔再沸器 DN1300X4444 管程:1.0。壳 程:1.0 管程:150。壳 程:180 常压塔再沸器 DN1600X4781 管程:0.2。壳 程:0.8 管程:120。壳 程:125 脱醚塔冷凝器 DN800X4357 管程:0.5。壳 程:0.2 管程:40。壳 程:80 常压塔冷凝器 DN1000X5136 管程:0.57。壳 程:0.2 管程:50。壳

13、 程:100 杂醇油冷却器 DN250X2447 管程:0.5。壳 程:0.18 管程:50。壳 程:100 表3主要泵参数表 泵名称 流量 /(m 3/h 扬程/m 人口压力/Mpa 使用温度/c 粗醇泵 30 50 常压 40 脱醚塔回流泵 30 50 0.12 P 80 加压塔进料泵 30 100 常压 78 加压塔回流泵 30 60 0.7 122 常压塔回流泵 30 64 0.13 P 62 残液泵 10 50 0.15 109 4自控调节阀及仪表装置 在装置运行中，经几次改进，现在成型的仪表及自控调节阀系统运行是成功 的。装置共装配了 13套自控调节阀装置。 4.1液位自调 装置在

14、3个塔（脱醚塔，加压精馏塔，常压精馏塔,3个槽（脱醚塔回流槽，加 压塔回流槽，常压塔回流槽 和冷凝水槽共7台设备设液位自调，自控调节阀设 置在设备的出料管线上。 4.2温度自调 在脱醚塔底部，加压精馏塔底部和加压塔粗醇人口管道3个地方设置了温度自 调。脱醚塔和加压精馏塔底部的温度自调，其自调阀门设置在各自再沸器的进 口蒸汽管线上。粗醇人口管线上的温度自调，其自调阀设置在预热粗醇的低压 蒸汽管线上。低压蒸汽用来自锅炉房的蒸汽（规格为t=159C,P=0.63 MPa,如 果有规格更高的蒸汽，则应当用减压阀来降低蒸汽的温度和压力，以达到希望 的蒸汽规格。 4.3流量自调 在3个塔（脱醚塔，加压精馏

15、塔，常压精馏塔 的甲醇回流液管线上设置流量自 调装置。值得一提的是，过去，许多装置将流量计放在自控调节阀前，导致阀 后流量不准。更科学的设置是将流量计设在自控调节阀后。 5技术改进 5.1工段的技术改造和优化操作 在过去的甲醇精馏生产中，运行是稳定的。但在精馏过程中，为使产品甲醇的 质量达到国家标准要求，必须要有一定量的甲醇残液连续排放，这样，不仅造 成了物料的浪费，排放的残液又产生了环境污染。常压精馏塔塔底排放的废水 一般含甲醇 1流右，COD达至V 9 000 mg/L-13000mg/L. 为此，我们对工段进行了技术改造和优化操作，其主要内容为：对原有工艺流 程、工艺控制指标、原料、产品

16、及中间产品进行逐一查定，并对不合理因素进 行相应整改，在物料和热量衡算的基础上建立甲醇精馏模型，确定了优化改进 的主要工艺指标。同时，根据生产负荷和进料粗甲醇组分情况，改变侧线采出 位置及采出量，对采出工艺进行优化。 改进后的装置可使塔底残液中甲醇含量降低到 0.05%以下，残液中的COD降低 到950 mg/L以下。产品中乙醇含量基本能达到 0.03%以下。同时做到不降低精 甲醇产品质量，基本不增加装置能耗。 5.2脱醚塔回流描的改进 脱醚塔回流槽中的物料来自脱醚塔顶部冷凝下来的醚、杂醇和甲醇。脱醚塔回 流槽的作用是将甲醇和醚、杂醇分离开，同时是甲醇的缓冲槽。过去的脱醚塔 回流槽分离醚、杂醇

17、的管口只有1个，而且管口较大，经改进，最终将醚、杂 醇分离的出口改为3个，管口公称直径为DN25 mm同时，槽的掖位采用白调 阀来调节。改进后，溢流出的醚、杂醇中的甲醇含量明显少了，提高了分离效 率。改进后的脱醚塔回流槽简图见图 2a 5.3膨胀节材料的选用 加压塔再沸器和常压塔再沸器的气体出口管均是高温甲醇蒸气，加压塔再沸器 出口管道甲醇气体温度为150C,压力为0.7MPa常压塔再沸器出口管道甲醇 气体温度为115c,压力为0.16 MPa，两根管道需要加膨胀节来克服管道的热 胀冷缩。但在膨胀节材料选用时，许多厂家认为只要是不锈钢材料即可，其 实，最佳的材料选用应当用316L不锈钢材料。因为304不锈钢对甲醇气的耐腐 蚀性能要差些，而316L不锈钢对甲醇气的耐腐蚀性能要好一些。 图2改进后的脱醚塔回流槽简图（单位为mm 6安全及消防问题 甲醇属于甲B类火灾危险性物质，同时又是1级危害毒物，安全生产和消防问 题是装置的一个重要主题。这一问题在装置设计阶段必须实施完善。 装置四周除应设置消防通道外，还应设消防站、泡沫站和消防水泵房（或者利用