CN101130484B - 一种粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法及设备，所述方法包括一个减压塔(1)和微加压塔(7)，减压塔(1)为前效，微加压塔(7)为后效，其中微加压塔塔顶甲醇蒸汽进入冷凝/再沸器(5)中冷却，同时作为减压塔(1)塔釜液的热源。减压逆流双效精馏工艺不仅利用了双效精馏的节能原理，而且有效利用了“压力降低有利于增大粗甲醇体系相关组分的相对挥发度”这一特点，可以更大限度的降低粗甲醇精制过程的能耗。

Description

一种粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法及设备
所属技术领域
本发明涉及一种用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法及设备。
背景技术
甲醇是极为重要的有机化工原料，在发达国家其产量仅次于乙烯、丙烯和苯，被称为除烯烃和芳烃以外第三大基本有机化工原料。近年来，随着甲醇制烯烃(MTO或MTP)技术的开发成功，甲醇装置规模迅速增大，其节能问题变得日益重要。甲醇精馏是获得精甲醇的关键环节，但存在能耗高的问题。
传统的甲醇精馏过程，采用由预塔(脱轻塔)和主塔(甲醇精馏塔)构成的双塔流程，虽流程简单，投资较小，但能耗很高，在大规模甲醇装置中已逐渐被“三塔流程”所取代。现有的“三塔流程”由预塔、加压塔和常压塔组成。其中预塔与双塔流程中的预塔作用相同，即脱除轻端杂质。加压塔和常压塔构成双效精馏，以达到节能的目的。
双效精馏的原理是重复利用给定数量的能量来降低精馏过程的能耗。双效精馏系统由两个不同操作压力的塔组成，利用较高压力精馏塔的塔顶蒸汽作为较低压力精馏塔的再沸器热源，其冷凝潜热被系统本身回收利用，因此可较大程度降低精馏装置的能耗。双效精馏按照加热蒸汽与物流的流向，分为“顺流双效”、“逆流双效”和“平流双效”。顺流双效流程中，物料从高压塔(前效)进入，其釜液作为低压塔(后效)的进料，加热蒸汽只输入前效的再沸器，利用前效的塔顶蒸汽作为后效的塔釜热源，即物流与热流呈现“顺流”。逆流双效流程中，物料从低压塔(前效)进入，其釜液作为高压塔(后效)的进料，而加热蒸汽从后效再沸器进入，利用后效的塔顶蒸汽作为前效的塔釜热源，即物流与热流呈现“逆流”。平流双效是物料分别进入两塔，其加热蒸汽的走向与顺流相同，只输入高压塔的再沸器。
现有工业化的甲醇精馏“三塔流程”采用的是顺流双效精馏(见附图1)：脱轻后的粗甲醇送入加压塔(前效)，塔顶蒸出的甲醇蒸气作为常压塔(后效)的热源，甲醇凝液一部分作为塔回流液，另一部分作为精甲醇产品采出；加压塔釜液进入常压塔，塔顶得到精甲醇产品，塔釜为工艺废水，杂醇油由侧线采出。尽管现有的“三塔流程”采用了双效精馏，使甲醇精馏过程的能耗大为降低。然而，该流程中加压塔的操作压力很高(通常在0.7MPa以上)，而压力升高时，甲醇-水、甲醇-乙醇等的相对挥发度随之降低，分离难度增加，从而导致加压塔热负荷增加，这在一定程度上削弱了双效精馏带来的节能优势，使得现有“三塔流程”的能耗仍然偏高。
迫切需要对现有技术中的双效精馏方法进行改进，以得到成本更低，能耗更低的粗甲醇精馏方法。
发明内容
本发明请求保护一种用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法，以及所述方法所使用的设备。
该减压逆流双效精馏方法包括如下步骤：
(1)减压精馏，将经过预塔脱除轻端杂质的合成粗甲醇送入一个减压塔，减压塔塔顶操作压力为40～80kPa(绝压)，塔顶操作温度为42.6～58.6℃，塔釜操作压力为70～120kPa(绝压)，塔釜操作温度为58.7～72.3℃，回流比为0.6～2.5，塔顶采出部分精甲醇；
(2)微加压精馏，将减压精馏塔的塔釜液送入一个微加压塔，微加压塔塔顶操作压力为160～280kPa(绝压)，塔顶操作温度为76.6～92.8℃，塔釜操作压力为190～330kPa(绝压)，塔釜操作温度为117.8～136.1℃，回流比为1.8～8.0，塔顶采出精甲醇，杂醇油从侧线采出，塔釜排出废水；
(3)将减压塔和微加压塔塔顶采出的精甲醇混合在一起，作为精甲醇产品。
其中，减压塔和微加压塔构成逆流双效精馏，减压塔为前效，微加压塔为后效：原料从前效(减压塔)进料，前效的釜液作为后效(微加压塔)的进料；作为热源的低压蒸汽则从后效(微加压塔)加入，即作为微加压塔再沸器的热源，利用后效(微加压塔)塔顶精甲醇蒸气的冷凝潜热作为前效(减压塔)塔釜再沸器的热源，减压塔无需额外补充低压蒸汽。
作为优选的条件，减压塔塔顶操作压力为50～60kPa(绝压)，塔顶操作温度为46.7～51.8℃，塔釜操作压力为80～100kPa(绝压)，塔釜操作温度为61.8～67.5℃，回流比为0.7～1.5；微加压塔塔顶操作压力为190～230kPa(绝压)，塔顶操作温度为81.4～86.9℃，塔釜操作压力为220～270kPa(绝压)，塔釜操作温度为122.5～129.2℃，回流比为1.9～2.5。
可采用本领域常用的技术手段来达到维持减压塔塔顶真空度，本发明优先采用单级蒸汽喷射泵来维持减压塔塔顶的真空度。
本发明保护一种用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏设备，所述设备包括：减压塔(1)、减压塔塔顶冷凝器(2)、减压塔回流罐(3)、蒸汽喷射泵(4)、冷凝/再沸器(5)、微加压塔回流罐(6)、微加压塔(7)、微加压塔再沸器(8)。其中，冷凝/再沸器(5)既是微加压塔塔顶冷凝器，同时又是减压塔再沸器，即利用微加压塔(7)塔顶甲醇蒸汽的冷凝潜热作为减压塔(1)塔釜的再沸热源。
本发明公开的减压逆流双效精馏方法不仅利用了双效精馏的节能原理，而且有效利用了“压力降低有利于增大粗甲醇体系相关组分的相对挥发度”这一特点，可以更大限度的降低粗甲醇精制过程的能耗。计算结果表明：与现有“三塔流程”中的加压顺流双效精馏方法相比，当生产AA级甲醇时，本发明所提出的减压逆流双效精馏方法的能耗(这里指蒸汽消耗)约降低16.7％；当生产国家标准(GB338-92)优等品甲醇时，本发明所提出的减压逆流双效精馏方法的能耗约降低21.5％。
附图说明
图1、现有“三塔流程”中的加压顺流双效精馏方法流程；
其中：1.加压塔  2.加压塔再沸器(热源为外部加热蒸汽)3.冷凝/再沸器  4.加压塔回流罐  5.常压塔  6.常压塔塔顶冷凝器  7.常压塔回流罐
图2、本发明所提出用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏方法流程；
其中：1.减压塔  2.减压塔塔顶冷凝器  3.减压塔回流罐4.蒸汽喷射泵  5.冷凝/再沸器  6.微加压塔回流罐  7.微加压塔8.微加压塔再沸器(热源为外部加热蒸汽)
具体实施方式
实施例1
生产AA级甲醇(主要杂质质量含量指标：乙醇≤10ppm，水≤0.1％)。原料为脱轻后的粗甲醇，组成(质量含量，下同)为：甲酸甲酯0.001％、甲醇88.859％、水10.928％、乙醇0.121％、杂醇0.080％。原料首先进入减压塔(1)，操作压力为50kPa(绝压)(塔顶)～90kPa(绝压)(塔釜)，操作温度为47.6℃(塔顶)～64.8℃(塔釜)，回流比为1.45，塔顶采出部分精甲醇(占总精甲醇量的67.22％，组成为：甲酸甲酯0.0015％、甲醇99.998％、乙醇0.0005％)，塔釜出料进入微加压塔(7)；微加压塔操作压力为215kPa(绝压)(塔顶)～255kPa(绝压)(塔釜)，操作温度为84.9℃(塔顶)～127.3℃(塔釜)，回流比为4.18，塔顶采出精甲醇(占总精甲醇量的32.78％，组成为：甲醇99.998％、乙醇0.002％)，塔釜排出废水(组成为：甲醇0.050％、水99.919％、乙醇0.009％、杂醇0.022％)，侧线采出杂醇；两塔塔顶采出的精甲醇合在一起作为精甲醇产品，产品质量达到AA级，组成为：甲酸甲酯0.001％、甲醇99.998％、乙醇0.001％(10ppm)，甲醇收率达99.4％。
每生产1吨AA级甲醇，微加压塔再沸器所消耗的加热蒸汽量为0.901吨，维持减压塔真空度的蒸汽喷射泵所消耗的蒸汽量为0.015吨，因此总的吨甲醇蒸汽消耗量(仅就双效精馏而言)为0.916吨。若采用工业上现有的双效精馏流程，处理相同的物料，其吨甲醇蒸汽消耗量为1.10吨。因此，当生产AA级甲醇时，本发明用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏工艺，与现有双效精馏工艺相比，可节能16.7％。
实施例2
生产国家标准(GB338-92)优等品甲醇(主要杂质质量含量指标：水≤0.01％，羰基化合物0.001％)。原料同实施例1。原料首先进入减压塔(1)，操作压力同实施例1，操作温度为47.6℃(塔顶)～64.9℃(塔釜)，回流比为0.74，塔顶采出部分精甲醇(占总精甲醇量的62.25％，组成为：甲酸甲酯0.0016％、甲醇99.937％、水0.010％、乙醇0.050％、杂醇0.0016％)，塔釜出料进入微加压塔(7)；微加压塔操作压力同实施例1，操作温度为84.9℃(塔顶)～127.5℃(塔釜)，回流比为1.90，塔顶采出精甲醇(占总精甲醇量的37.75％，组成为：甲醇99.930％、水0.010％、乙醇0.060％)，塔釜排出废水(组成为：甲醇0.050％、水99.934％、乙醇0.004％、杂醇0.012％)，侧线采出杂醇；两塔塔顶采出的精甲醇合在一起作为精甲醇产品，产品质量达到国家标准(GB338-92)优等品，组成为：甲酸甲酯0.001％、甲醇99.935％、水0.01％、乙醇0.053％、杂醇0.001％，甲醇收率达99.5％。
每生产1吨国家标准(GB338-92)优等品甲醇，微加压塔再沸器所消耗的加热蒸汽量为0.600吨，维持减压塔真空度的蒸汽喷射泵所消耗的蒸汽量为0.011吨，因此总的吨甲醇蒸汽消耗量(仅就双效精馏而言)为0.611吨。若采用工业上现有的双效精馏流程，处理相同的物料，其吨甲醇蒸汽消耗量为0.778吨。因此，当生产国家标准(GB338-92)优等品甲醇时，本发明用于粗甲醇精制的减压逆流双效精馏工艺，与现有双效精馏工艺相比，可节能21.5％。

Claims (5)

1.一种粗甲醇减压逆流双效精馏方法，该方法包括如下步骤：
(1)减压精馏，将经过预塔脱除轻端杂质的合成粗甲醇送入一个减压塔(1)，塔顶操作压力为40～80Kpa，操作温度为42.6～58.6℃，塔釜操作压力为70～120kPa，塔釜操作温度为58.7～72.3℃，回流比为0.6～2.5，塔顶采出部分精甲醇；
(2)微加压精馏，将减压精馏塔的塔釜液送入一个微加压塔(7)，微加压塔塔顶操作压力为160～280kPa，塔顶操作温度为76.6～92.8℃，塔釜操作压力为190～330kPa，塔釜操作温度为117.8～136.1℃，回流比为1.8～8.0，塔顶采出精甲醇，杂醇油从侧线采出，塔釜排出废水；
(3)将减压塔(1)和微加压塔(7)塔顶采出的精甲醇混合在一起，作为精甲醇产品；
其中，减压塔和微加压塔构成逆流双效精馏，减压塔为前效，微加压塔为后效：原料从前效(减压塔)进料，前效的釜液作为后效(微加压塔)的进料；低压蒸汽则从后效(微加压塔)加入，作为微加压塔再沸器的热源，利用后效(微加压塔)塔顶精甲醇蒸气的冷凝潜热作为前效(减压塔)塔釜再沸器的热源，减压塔无需额外补充低压蒸汽。
2.根据权利要求1所述的粗甲醇减压逆流双效精馏方法，条件为：减压塔塔顶操作压力为50～60kPa，塔顶操作温度为46.7～51.8℃，塔釜操作压力为80～100kPa，塔釜操作温度为61.8～67.5℃，回流比为0.7～1.5；微加压塔塔顶操作压力为190～230kPa，塔顶操作温度 为81.4～86.9℃，塔釜操作压力为220～270kPa，塔釜操作温度为122.5～129.2℃，回流比为1.9～2.5。
3.根据权利要求1或2所述的粗甲醇减压逆流双效精镏方法，采用蒸汽喷射泵来维持减压塔塔顶的真空度。
4.用于权利要求1所述粗甲醇减压逆流双效精馏方法的设备，其特征在于所述的设备包括：减压塔(1)、减压塔塔顶冷凝器(2)、减压塔回流罐(3)、冷凝/再沸器(5)、微加压塔回流罐(6)、微加压塔(7)、微加压塔再沸器(8)，其中，冷凝/再沸器(5)既是微加压塔塔顶冷凝器，同时又是减压塔再沸器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备还包括用于维持减压塔塔顶真空度的蒸汽喷射泵(4)。 
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