甲醇精馏工艺的选择

甲醇精馏工艺的选择

近年来，随着油铬技术的快速发展，甲醇市场的改善也越来越重要。许多化工公司开始发展甲醇生产和开发。在过去的传统联合醇生产基础上，许多公司开始向大型醇采购。据报道,我国正在规划的大型甲醇项目中,设计能力在1000kt/a以上的厂家就有8家之多,能力在300~500kt/a的更是不在少数。我国甲醇的生产能力将迅速提高,在生产能力扩大的同时,应采用先进的节能降耗技术,为企业创造更大的生存发展空间。精馏是产出精品甲醇的关键一环,如何选择先进、高效节能的精馏工艺装置,是摆在诸多生产企业面前的新课题。1三塔精馏法的选择1.1工艺特点的比较我国大多数甲醇装置产能小,传统的精馏工艺装置大多采用双塔精馏工艺,而且几乎均为板式塔。双塔精馏工艺比较简单,其核心设备就是预塔和主塔,亦即轻(组分)塔和重(组分)塔。该工艺生产的产品纯度基本上能够达到99.9%的工业甲醇国家标准。双塔精馏工艺的主要优点是投资少、建设周期短、操作简单、见效快;主要缺点就是能耗高、产品质量不是很好。作为一般要求的精甲醇质量,双塔精馏工艺装置已完全能够做到,但如果要达到国家AA级标准(要求乙醇含量≤80×10-6),能够满足甲醇羰基化的技术指标要求的话,双塔工艺就达不到。三塔精馏工艺是在双塔流程中增加了一个精馏塔和部分设备,其主要作用是将加压塔底的釜液进一步提纯,进一步提高甲醇产品的纯度。生产中加压塔和常压塔同时采出精甲醇,加压塔顶的甲醇蒸汽不是去水冷器冷凝,而是进入常压塔底再沸器,作为常压塔再沸器的热源,从而充分利用热量,达到节能的效果。三塔精馏工艺的主要优点是生产能力大、产品质量高、消耗低、节能效果突出;缺点是工艺流程较复杂,一次性投资大。近些年大的甲醇装置多采用三塔精馏工艺装置。两种精馏工艺比较如表1。通过以上两种精馏工艺比较可以看出,对于生产规模大、产品质量要求较高的装置,应选择三塔精馏工艺。国内同类型甲醇厂如大庆甲醇厂、哈尔滨气化厂、鲁南化肥厂等甲醇装置均采用三塔精馏工艺。1.2填料塔的组成和组分传统双塔精馏采用浮阀板式塔,其特点是操作较稳定,投资较省。板式塔内装有若干层塔板,液体靠重力由顶部流向塔底,并在各块板面上形成流动的液层;气体靠压差推动由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气液两相在塔内逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的开孔率低,介质传热、传质效率低,塔压降较大,总体效果不太理想。在填料塔内,液相由塔顶喷淋分布于填料层,靠重力沿填料表面流下;气相则在压差的推动下穿过填料间隙,由塔底流向顶,气液两相在填料的润湿表面上进行接触,两相组成沿塔高连续地变化。填料塔的孔隙率高,介质传热、传质效果好,塔内压降低,便于维修和安装。因此,国内许多研究机构和设备单位更倾向于研发新型高效填料来提高精馏塔的操作弹性和节能效果。目前新建的大多数甲醇厂均采用填料型精馏塔,而且塔内填料多为金属丝网孔板波纹规整填料,这种填料型精馏塔具有生产能力大,介质传热、传质效率高,压降小,操作弹性大,结构简单,易于维修和安装等优点。1.3采用三塔精馏工艺目前甲醇的生产规模都比较大,而且多为单醇,从甲醇的消耗及投资来比较,应首先考虑采用三塔精馏工艺。同时应选用新开发的金属丝网波纹板规整填料式精馏塔。因此,填料型三塔精馏工艺是新建甲醇装置选用的理想精馏模式。2三塔甲醇精馏技术的控制2.1精甲醇的分离和精制利用甲醇和其他杂质的挥发度不同,经过在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝,使杂质分离,得到几乎纯态的精甲醇。三塔精馏中的预塔主要是脱除二甲醚等低沸点的不凝气杂质(轻馏分),而加压塔和常压塔是脱除比甲醇重的重组分(重馏分)。预塔和加压塔直接以外供蒸汽做热源,而常压塔再沸器的热量由加压塔顶的气相提供,不需外供热源。2.2温度和压力的平衡正常运行时的工艺调节主要是维持系统的物料平衡、热量平衡和气液平衡。物料平衡掌握得好,热量稳定,气液接触效果好,传质效率高。塔的温度和压力是控制热量平衡的基础,三者是互相影响的。工艺调节应力求一个“稳”字,追求三个“平衡”,一切工艺调节都必须缓慢逐步进行,必须把上一步调整稳定显出效果之后才能进行下一步调节,否则使工况平衡失调,操作困难,生产难以正常运行。但也不能墨守陈规,应大胆尝试,特别是在加压塔和常压塔之间的采出量、蒸发量、回流比等参数的控制方面,更应趋于合理。2.2.1调整蒸汽用量(1)给料流量的变化幅度不宜大于1m3/h,不能骤加骤减。(2)对于三塔中的任意塔,其进料中含水量发生变化时,会导致塔釜温度发生改变,需及时采取调整回流量和蒸汽量等方法来保证各塔塔顶温度正常。(3)加减给料量时,应对进入再沸器的蒸汽量予以调整。对于预塔,应先加蒸汽量后再加给料量或先减给料量后再减蒸汽量,目的是尽可能把轻组分脱除掉。而对于加压塔和常压塔,加给料量时,先加给料量,再加回流量,后加蒸汽量;减给料量时,先减蒸汽量,再减给料量,后减回流量。这样能够充分保证两塔产品质量。(4)预塔加减给料量的同时,应相应调整碱液量,保证预塔底液的pH为8~9。2.2.2塔压及氮气质控制(1)对于预塔,因为现行流程中设计有液封槽,压力一般不需调节,受压力影响不会很大。但预塔负荷增加,塔压力会升高。(2)对于加压塔,压力主要通过塔底再沸器的蒸汽量调节,同时也可通过回流量大小来控制。塔压过高时,可通过加压塔回流槽气相调节阀控制;若塔压过低,会导致塔顶甲醇蒸汽量下降,影响常压塔底温度,可能导致废水含量超标,必要时可补充氮气提压。(3)对于常压塔,现行流程中同样设计有液封槽,一般不需调节。2.2.3温度调整(1)汽量过大的影响加大蒸汽量,塔温上升,重组分上移,影响精甲醇的产品质量,若蒸汽量过大,塔内气体上升流速加快,会造成液泛,因此精馏塔温升应小于1℃/次。相反,减少蒸汽量,塔温下降,会导致轻组分下移,甚至带到后工序,造成高锰酸钾值和水溶性试验不合格,影响产品质量。(2)流量恢复回流量不足,塔温度上升,此时应减少采出,加强回流。若回流量过高,会加大能耗,此时应增加采出。(3)在高压塔中，增加压力会增加塔的温度，并会影响正常压力塔的温度因此,调整加压塔压力是调节两塔温度的有效手段,塔温又是调整甲醇产品质量的重要方法。2.2.4塔封液位不易造成补放剂残留(1)塔釜液位太低,会造成蒸发量不足,回流减少,而且釜液停留时间缩短,影响换热效果;若塔釜液位太高,超过再沸器回流口,会影响甲醇液体循环,甚至造成液泛。各塔液位应控制在60%~80%。(2)回液槽液位不宜过低,以防止泵的气蚀和液体涡流的发生。2.3注意事项2.3.1饱和蒸汽压力温度蒸汽作为预塔和加压塔再沸器的外供热源,直接影响到精甲醇的产品质量。精馏工艺设计蒸汽压力一般为0.4~0.5MPa、温度为185~205℃。有些设计中采用造气、合成等废锅副产的饱和蒸汽,虽然压力温度能够满足精馏的需要,但其流量不稳,时常波动,会影响精馏工序的热量平衡,同时波及到物料平衡及气液平衡,影响组分分离。因此提高蒸汽品质,稳定蒸汽流量,是精馏工序操作成功的关键所在。2.3.2设备回流比的影响在实际生产中,适宜回流比应通过经济衡算来决定,操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。操作费用取决于各塔再沸器中加热蒸汽的消耗量及冷却器中冷却水的消耗量。回流量越大,加热和冷却介质消耗亦越多,操作费用相应增加,产品的收率降低。当回流比增大时,塔内上升的甲醇蒸汽量随之增加,从而使上述设备的尺寸在理论上相对增大,导致设备折旧费上升。根据经验,选取回流比为最小回流比的1.1~2倍较为适宜。2.3.3塔再沸器的传热性能加压塔主要作用:一方面是通过加压,使塔顶气相具有较高的温度,保证常压塔再沸器有必要的传热温差;另一方面,加压会提高甲醇的分压与沸点,减少甲醇的气相挥发,使甲醇的收率增加。加压塔气相由加压塔回流槽经过自调阀并入常压塔出塔气相管线,自调阀压力一般设定为0.5~0.6MPa。2.3.4不凝气脱除预塔的入料温度不宜过低,否则会增加预塔的蒸汽负荷,造成能耗升高,同时会影响塔内不凝气的正常脱除,一般控制在40~50℃为宜。预塔底的pH需由碱液泵注