CN101570466A - 一种甲醇多效精馏工艺 - Google Patents

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Abstract

一种甲醇多效精馏工艺，属于化工产品分离提纯技术领域。煤制甲醇的粗甲醇原料在适宜的温度、压力下，依次经预精馏塔、加压塔I、加压塔II、常压塔和回收塔精馏，得到符合质量要求的高纯度精甲醇产品。流程中用加压塔I塔顶的甲醇蒸汽为加压塔II塔底再沸器提供热量，加压塔II塔顶的甲醇蒸汽为常压塔塔底再沸器提供热量，加压塔I、加压塔II和常压塔三塔形成多效精馏；同时，用回收塔塔顶的甲醇蒸汽为预精馏塔塔底再沸器提供热量，回收塔和预精馏塔两塔形成双效精馏。本发明提供了一种较三塔精馏工艺能耗大幅降低、生产过程更稳定、产品质量更易控制、甲醇回收率更高，且投资基本相当的节能型甲醇多效精馏工艺方法。

Description

一种甲醇多效精馏工艺
技术领域
本发明属于化工产品分离提纯技术，具体涉及一种甲醇多效精馏工艺。
背景技术
近年来，随着国内外煤化工业的迅速发展，甲醇精馏装置的加工规模已大幅提高，对精甲醇产品的质量要求也更加严格。目前国内在建的甲醇装置其规模绝大部分都在10～60万吨/年之间，而国外已有百万吨级的甲醇装置；对精甲醇产品中乙醇的含量一般要求达到25mg/kg(甚至10mg/kg)以下，对丙酮的含量要求达到10mg/kg以下，以满足甲醇下游产品生产的需要。传统的甲醇单塔精馏工艺和双塔精馏工艺尽管其投资相对较低，但由于其产品质量相对较差，甲醇回收率较低，特别是其能耗较高，已基本上被德国Lurgi公司开发的甲醇三塔精馏工艺、四塔精馏工艺(三塔加回收塔)所取代。因此，国内在建或近年建成的甲醇精馏装置几乎全部采用三塔精馏工艺或四塔精馏工艺。
Lurgi的三塔精馏工艺由预精馏塔、加压塔、常压塔组成。预塔塔底的甲醇由预后泵经预热器预热后进入加压塔，加压塔塔顶出来的甲醇气体进入常压塔再沸器冷凝，同时为常压塔提供热量，加压塔和常压塔之间形成双效精馏。从加压塔、常压塔顶部(或上部侧线)采出的精甲醇，经冷却器降温后进入精甲醇贮罐。三塔精馏与双塔精馏在流程上的区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔(即加压塔和常压塔)，较双塔流程多一个加压塔。这样，在同等的生产条件下，降低了主精馏塔的负荷，并且常压塔利用加压塔塔顶的蒸汽冷凝热作为加热源。因此，在处理能力相同的情况下，三塔精馏较双塔精馏可节约约40％的蒸汽和约40％的冷却水。三塔精馏工艺的蒸汽耗量约为1.1～1.5t/t精甲醇，冷却水耗量约为50～80t/t精甲醇。
甲醇四塔精馏工艺是国内普遍使用的流程，实际上是精馏预塔、精馏压塔之外，增加了一个精馏回收塔，其余与三塔精馏工艺相同。
近年来，随着国内外对煤化工业的日益重视，在煤制甲醇的原料气制备、净化、合成工艺及设备、控制等诸多方面的技术进步十分迅速，使产品能耗不断下降，显著提高了能源利用效率。甲醇装置中甲醇精馏工序的能耗一般占总能耗的10％～20％，且实际能耗相对稳定，故随着甲醇生产总能耗的下降，甲醇精馏部分的能耗所占比例反而上升。因此，如何进一步降低甲醇三塔精馏工艺和四塔精馏工艺过程的单位产品能耗，已成为甲醇精馏过程技术发展的重要方向。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能耗低、生产过程更稳定、产品质量更易控制、甲醇回收率更高的甲醇多效精馏工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先，由粗甲醇进料泵将含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷、二甲醚、甲酸甲酯、丙酮、乙醇、水、多元醇和烷烃等杂质的粗甲醇打入粗甲醇进料预热器，使粗甲醇预热至65～80℃后进入预精馏塔；
2)其次，粗甲醇经预精馏塔精馏后，从塔顶离开的轻组分蒸气依次经预塔塔顶一级冷凝器和二级冷凝器分别将其冷至65℃和38～45℃，凝液经管路送至预塔塔顶回流罐作回流，不凝气体进入洗涤塔，经洗涤塔洗涤后的不凝气去加热炉作燃料或去火炬，洗涤液则送至预精馏塔塔顶回流罐；
3)预精馏塔处理后的甲醇由预精馏塔底部经预后粗甲醇泵升压、预后粗甲醇换热器换热至130～140℃后进入第一加压塔下部，第一加压塔塔顶的甲醇蒸汽经第二加压塔底再沸器冷凝后，一部分作为第一加压塔的塔顶回流，其余部分经粗甲醇进料预热器及精甲醇冷却器换热后送入精甲醇产品罐；其中第一加压塔的塔底采用0.5MPaG或1.0MPaG饱和蒸汽作为热源；
4)第一加压塔塔底的甲醇溶液自流入第二加压塔的下部，第二加压塔塔顶甲醇蒸汽经常压塔塔底再沸器冷凝后，一部分作为第二加压塔塔顶回流，其余部分经粗甲醇进料预热器及精甲醇冷却器换热后去精甲醇产品罐；
5)第二加压塔底部的甲醇溶液自流入常压塔的下部，常压塔塔顶甲醇蒸汽经常压塔塔顶空冷器冷凝后，一部分送至常压塔塔顶作回流，其余部分经精甲醇冷却器换热后去精甲醇产品罐；
6)常压塔底部的甲醇溶液经泵升压后送至回收塔的中下部，回收塔塔顶的甲醇蒸汽经预精馏塔塔底再沸器冷凝后，一部分作为回收塔塔顶回流，其余部分去精甲醇产品罐，回收塔中的杂醇油由回收塔下部侧线采出，回收塔塔底排出的废水经换热后一部分作为预精馏塔的工艺萃取水送至不凝气洗涤塔，其余部分由废水泵送至污水处理装置或直接排放，回收塔塔底采用0.5MPaG饱和蒸汽作为热源。
本发明预精馏塔、常压塔和洗涤塔三个塔在略高于1个大气压的压力下操作；第一加压塔、第二加压塔和回收塔在压力下操作，且第一加压塔的操作压力高于第二加压塔；预精馏塔、常压塔和洗涤塔的操作压力为0～0.05MPaG；所说的第一加压塔的操作压力为0.7～1.1MPaG，第二加压塔的操作压力为0.3～0.6MPaG，回收塔的操作压力为0.2～0.5MPaG；第二加压塔塔底再沸器采用第一加压塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源；常压塔塔底再沸器采用第二加压塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源；预精馏塔塔底再沸器采用回收塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源；精甲醇产品分别从第一加压塔、第二加压塔、常压塔和回收塔塔顶以约(23～28)∶(27～32)∶(32～37)∶(5～15)的比例采出；预塔塔顶一级冷凝器为水冷器或空冷器，二级冷凝器为水冷器；常压塔塔顶蒸汽冷凝器为水冷器或空冷器。
本发明的上述甲醇多效精馏工艺与现有的甲醇三塔和四塔精馏工艺相比，其主要区别在于：(1)增加了一个加压塔，使第一加压塔、第二加压塔和常压塔三塔热集成；(2)提高了回收塔的操作压力，加大回收塔塔顶精甲醇采出量，使回收塔和预精馏塔两塔热集成。这种新工艺的优点是：(1)在同等的生产条件下，降低了现有工艺中两个主精馏塔(即原加压塔和常压塔)的负荷，并且流程中的两组热集成使整个流程中只有第一加压塔和回收塔的塔底需要饱和水蒸汽来加热重沸，只有常压塔和预精馏塔的塔顶气体需要水冷器或空冷器来冷凝。因此，在充分利用工艺流程中热物流的热量来加热粗甲醇进料及预塔塔底釜液、合理安排换热流程的基础上，在处理能力相同的情况下，与现有工艺相比，蒸汽耗量可由原1.1～1.5t/t精甲醇下降至0.7t/t精甲醇以下，可节约蒸汽约36％，节约冷却水约36％。(2)精甲醇分别从第一加压塔、第二加压塔、常压塔和回收塔塔顶采出(比例约为26∶30∶35∶9)，使常压塔塔底釜液中甲醇含量较现有工艺的常压塔大大提高，故第一加压塔、第二加压塔和常压塔三塔塔顶精甲醇产品质量更易控制。另外，由于第一加压塔和常压塔的负荷较现有工艺大大降低，其塔径也大大减小，故本发明的装置投资增加相对较少，而本发明特别突出的节能效果，使其操作费用的大幅降低。
附图说明
图1是本发明的甲醇多效精馏工艺原理流程图。
其中：1、预精馏塔，2、预塔塔顶一级冷凝器、3预塔塔顶二级冷凝器4、预塔塔顶回流罐，5、预精馏塔塔底再沸器，6、预后粗甲醇泵，7a、7b、粗甲醇换热器，8、第一加压塔，9、第一加压塔塔顶回流罐，10、第一加压塔回流泵，11、第一加压塔塔底再沸器，12、第二加压塔，13、第二加压塔塔顶回流罐，14、第二加压塔回流泵，15、第二加压塔塔底再沸器，16、常压塔，17、常压塔塔顶空冷器，18、常压塔塔顶回流罐，19、常压塔回流泵，20、常压塔塔底再沸器，21、回收塔，22、回收塔塔顶回流罐，23、回收塔回流泵，24、回收塔塔底再沸器，25、粗甲醇进料泵，26a、26b、粗甲醇进料预热器，27、精甲醇冷却器，28杂醇油冷却器，29、废水冷却器，30、洗涤塔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，本发明的工艺过程如下：
(1)首先，用粗甲醇进料泵25将含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷、二甲醚、甲酸甲酯、丙酮、乙醇、水、多元醇和烷烃等杂质的粗甲醇打入粗甲醇换热器26，分别与回收塔21的废水、第一加压塔8和第二加压塔12顶回流罐9、13来的甲醇产品换热至65～80℃后进入预精馏塔1；
(2)预精馏塔1塔顶蒸气经预塔塔顶一级冷凝器2冷至约65℃，大部分甲醇、水和少量有机杂质被冷凝下来，送至预塔塔顶回流罐4作回流，经预塔塔顶一级冷凝器2一冷的不凝气体进入预塔塔顶二级冷凝器3被冷却到38～45℃，二冷凝液经预塔塔顶回流罐4回流至预精馏塔顶。二冷不凝气体再进入洗涤塔30，用脱盐水(也可增加部分回收塔塔底废水)洗涤二冷不凝气以提高甲醇回收率，洗涤后的不凝气去加热炉作燃料或去火炬，洗涤塔30中的洗涤液则送至预精馏塔塔顶回流罐4。在预精馏塔塔顶回流罐4的气液分界面附近设有采出口，可不定期将浮在回流罐4中液面上的不溶性轻烃及轻组分采出，从而控制精甲醇产品中的各种轻组分含量。为防止粗甲醇对设备的腐蚀，在预精馏塔1的下部高温区加入一定量的稀碱液，使预后甲醇的pH值保持在8左右。预精馏塔的塔底再沸器5采用回收塔塔顶甲醇蒸汽作为热源。
(3)由预精馏塔1塔底来的预后甲醇，经第一加压塔8进料泵升压后，粗甲醇泵6升压、预后粗甲醇换热器7a、7b换热至130～140℃后进入第一加压塔8下部，第一加压塔8塔顶甲醇蒸汽进入第二加压塔塔底再沸器15，被冷凝的甲醇进入第一加压塔塔顶回流罐9，再经第一加压塔8回流泵10泵送，一部分至第一加压塔8塔顶作回流，其余部分(约占精甲醇总产量的23％～28％)其余部分经粗甲醇进料预热器26及精甲醇冷却器27换热后送入精甲醇产品罐；第一加压塔塔底再沸器11采用0.5MPaG或1.0MPaG饱和蒸汽作为热源。
(4)由第一加压塔8塔底来的甲醇溶液经预后甲醇换热器7后自流进入第二加压塔12的下部。第二加压塔12塔顶甲醇蒸汽进入常压塔塔底再沸器20，被冷凝的甲醇进入第二加压塔塔顶回流罐13，再经第二加压塔回流泵14泵送，一部分至第二加压塔12塔顶作回流，其余部分(约占精甲醇总产量的27％～32％)粗甲醇进料预热器26及精甲醇冷却器27换热后送入精甲醇产品罐；
(5)由第二加压塔12塔底来的甲醇溶液自流进入常压塔16的下部。从常压塔16塔顶出来的甲醇蒸汽经常压塔顶空冷器17冷凝后进入常压塔顶回流罐18，再经常压塔回流泵19加压，一部分送至常压塔塔顶作回流，其余部分(约占精甲醇总产量的32％～37％)经精甲醇冷却器27冷却至约40℃后去精甲醇产品罐。常压塔塔底再沸器20采用第二加压塔塔顶甲醇蒸汽作为热源。
(6)由常压塔16底来的甲醇溶液经回收塔进料泵升压后，送至回收塔21的中下部。回收塔塔顶甲醇蒸汽进入预精馏塔塔底再沸器5，被冷凝的甲醇进入回收塔塔顶回流罐22，再经回收塔回流泵23加压，一部分送至回收塔塔顶作回流，其余部分(约占精甲醇总产量的5％～15％)经换热器回收热量，再经水冷器冷至约40℃后去精甲醇产品罐或粗甲醇罐。回收塔中下部设3～6个杂醇油侧线采出口，采出后的杂醇油经杂醇油冷却器28冷至约40℃后去杂醇油罐。回收塔21底排出的废水经与粗甲醇进料预热器26换热、再经废水冷却器29水冷降温至40℃后一部分可以作为预精馏塔的工艺萃取水送至不凝气洗涤塔，其余部分由废水泵送至污水处理装置或直接排放。回收塔塔底再沸器24采用0.5MPaG饱和蒸汽作为热源。
实施例2.一套60万吨/年的甲醇精馏装置，采用实施例1中的甲醇多效精馏工艺流程，预精馏塔、洗涤塔、加压塔I和加压塔II全部采用规整填料，常压塔和回收塔下部采用浮阀塔盘，其余部分采用规整填料。在精甲醇产品达到美标AA级标准、出装置废水中甲醇含量小于50mg/kg的情况下，装置的甲醇回收率可达99.8％以上，蒸汽总耗量约0.699t/t精甲醇，冷却水总耗量约3.1t/t精甲醇。预精馏塔、加压塔I、加压塔II、常压塔和回收塔的塔径与塔高分别为：φ2800×23m、φ2800×32m、φ2800×32m、φ3400×32m和φ2200×39m。在相同的情况下，如采用四塔精馏工艺，则装置的甲醇回收率约99.75％，蒸汽总耗量约1.1t/t精甲醇，冷却水总耗量约4.2t/t精甲醇。预精馏塔、加压塔、常压塔和回收塔的塔径与塔高分别为：φ2800×23m、φ2800×32m、φ3600×32m、φ4400×45m和φ1400×39m。

Claims (8)

1、一种甲醇多效精馏工艺，其特征在于：
1)首先，由粗甲醇进料泵(25)将含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷、二甲醚、甲酸甲酯、丙酮、乙醇、水、多元醇和烷烃等杂质的粗甲醇打入粗甲醇进料预热器(26a、26b)，使粗甲醇预热至65～80℃后进入预精馏塔(1)；
2)其次，粗甲醇经预精馏塔(1)精馏后，从塔顶离开的轻组分蒸气依次经预塔塔顶一级冷凝器(2)和二级冷凝器(3)分别将其冷至65℃和38～45℃，凝液经管路送至预塔塔顶回流罐(4)作回流，不凝气体进入洗涤塔(30)，经洗涤塔(30)洗涤后的不凝气去加热炉作燃料或去火炬，洗涤液则送至预精馏塔塔顶回流罐(4)；
3)预精馏塔(1)处理后的甲醇由预精馏塔(1)底部经预后粗甲醇泵(6)升压、预后粗甲醇换热器(7a、7b)换热至130～140℃后进入第一加压塔(8)下部，第一加压塔(8)塔顶的甲醇蒸汽经第二加压塔底再沸器(15)冷凝后，一部分作为第一加压塔(8)的塔顶回流，其余部分经粗甲醇进料预热器(26)及精甲醇冷却器(27)换热后送入精甲醇产品罐；其中第一加压塔(8)的塔底采用0.5MPaG或1.0MPaG饱和蒸汽作为热源；
4)第一加压塔(8)塔底的甲醇溶液自流入第二加压塔(12)的下部，第二加压塔(12)塔顶甲醇蒸汽经常压塔塔底再沸器(20)冷凝后，一部分作为第二加压塔(12)塔顶回流，其余部分经粗甲醇进料预热器(26)及精甲醇冷却器(27)换热后去精甲醇产品罐；
5)第二加压塔(12)底部的甲醇溶液自流入常压塔(16)的下部，常压塔(16)塔顶甲醇蒸汽经常压塔塔顶空冷器(17)冷凝后，一部分送至常压塔(16)塔顶作回流，其余部分经精甲醇冷却器(27)换热后去精甲醇产品罐；
6)常压塔(16)底部的甲醇溶液经泵升压后送至回收塔(21)的中下部，回收塔(21)塔顶的甲醇蒸汽经预精馏塔塔底再沸器(5)冷凝后，一部分作为回收塔(21)塔顶回流，其余部分去精甲醇产品罐，回收塔(21)中的杂醇油由回收塔(21)下部侧线采出，回收塔(21)塔底排出的废水经换热后一部分作为预精馏塔的工艺萃取水送至不凝气洗涤塔，其余部分由废水泵送至污水处理装置或直接排放，回收塔塔底采用0.5MPaG饱和蒸汽作为热源。
2、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：预精馏塔(1)、常压塔(16)和洗涤塔(30)三个塔高于1个大气压的压力下操作；第一加压塔(8)、第二加压塔(12)和回收塔(21)在压力下操作，且第一加压塔的操作压力高于第二加压塔。
3、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：所说的预精馏塔(1)、常压塔(16)和洗涤塔(30)的操作压力为0～0.05MPaG；所说的第一加压塔(8)的操作压力为0.7～1.1MPaG，第二加压塔(12)的操作压力为0.3～0.6MPaG，回收塔的操作压力为0.2～0.5MPaG。
4、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：第二加压塔塔底再沸器(15)采用第一加压塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源；常压塔塔底再沸器(20)采用第二加压塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源。
5、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：预精馏塔塔底再沸器(5)采用回收塔塔顶的甲醇蒸汽作为热源。
6、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：精甲醇产品分别从第一加压塔、第二加压塔、常压塔和回收塔塔顶以约(23～28)∶(27～32)∶(32～37)∶(5～15)的比例采出。
7、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：所说的预塔塔顶一级冷凝器(2)为水冷器或空冷器，二级冷凝器(3)为水冷器。
8、根据权利要求1所述的甲醇多效精馏工艺，其特征在于：所说的常压塔塔顶蒸汽冷凝器(17)为水冷器或空冷器。
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