CN101786940A - 一种甲醇热泵精馏工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种甲醇热泵精馏工艺,粗甲醇原料预热后进入预塔初步精馏,轻组分杂质从预塔塔顶排出,脱除轻组分的粗甲醇进入常压塔A段进行精馏,塔顶精甲醇气体经压缩机增压升温,压缩后精甲醇气体作为塔釜的再沸热源,再沸器排出精甲醇先后经过粗甲醇预热器和精甲醇水冷器进行冷却,冷却后精甲醇分为两部分,一部分为精甲醇产品,一部分为常压塔A段回流液,常压塔A段塔釜排出液体进入常压塔B段顶部精馏,常压塔B段塔顶气体进入常压塔A段底部,常压塔B段侧线采出杂醇,塔釜排出废水。本发明采用分割式热泵精馏工艺,将压缩后精甲醇气体作为常压塔A段塔釜再沸器的热源,综合能耗比现有三塔精馏技术降低约52%,具有显著的经济效益。

Description

一种甲醇热泵精馏工艺
技术领域
本发明涉及化工产品纯化技术领域,尤其是涉及一种甲醇热泵精馏工艺。
背景技术
甲醇是一种重要的基础化工原料,甲醇精馏的任务是脱除粗甲醇中的二甲醚等轻组分及水、乙醇等杂质,生产符合产品要求的精甲醇。在合成甲醇工业化生产过程中,粗甲醇的精制不仅是保证甲醇产品质量的重要操作单元,而且精制过程的能耗也是影响甲醇生产成本的关键因素之一,所以甲醇精馏过程的节能降耗问题越来越受到人们的重视。
图1是一种目前广泛采用的三塔甲醇精馏(顺流双效精馏)工艺,即粗甲醇顺序通过预塔、加压塔、常压塔进行精馏分离。由预塔脱除粗甲醇中的轻组分,预后粗甲醇经过加压塔和常压塔精馏后,在加压塔塔顶出料和常压塔塔顶出料分别获得甲醇产品,利用加压塔塔顶甲醇蒸汽的冷凝潜热作为常压塔再沸热源,杂醇从常压塔侧线采出,废水从常压塔塔底排出。这种方法虽然技术成熟,但是生产能耗较高,并且随着装置规模日益增大,能耗总量也显著增加。
甲醇精馏节能的相关专利有CN101503337A(2009),CN101492346A(2009),CN101357879A(2008),CN101012150A(2007),CN101130484A(2007),CN100378051C(2006),CN1328232(2006),CN1817835A(2006),CN1317248C(2005)等。这些专利公开的甲醇精馏工艺都是多效即双效或双效以上精馏流程,其节能基本原理是精馏系统由若干操作压力不同的精馏塔构成,操作压力高的塔顶甲醇蒸汽作为操作压力低的塔再沸器热源,也就是说,除操作压力最低的塔之外,其余各塔塔顶甲醇蒸汽的冷凝潜热均被精馏系统自身回收利用,从而使精馏过程的能耗降低。
通过研究分析,发现上述甲醇多效精馏工艺存在以下不足:
A.能耗高。多效精馏工艺通过设置若干操作压力不同的精馏塔,梯级利用各塔塔顶的甲醇蒸汽,虽然综合能耗比单效精馏低,但是,操作压力最低的精馏塔塔顶甲醇蒸汽还是需要用大量冷公用工程来冷却,与此同时必须消耗大量的热公用工程来加热操作压力最高的精馏塔塔釜液体,造成了冷、热公用工程的双重消耗。随着甲醇装置规模的不断扩大,即使采用多效精馏工艺,其能耗总量也是非常巨大的。热泵精馏工艺直接压缩精馏塔顶精甲醇气体,提高塔顶精甲醇气体的压力和冷凝温度,作为精馏塔塔釜再沸器或中间再沸器的热源,充分利用了精甲醇气体的冷凝潜热,从而减少了塔釜热公用工程和塔顶冷公用工程消耗。
B.温度差损失大。多效精馏是采用预塔和多个操作压力不同的精馏塔进行甲醇精制,各塔塔釜的操作温度随着操作压力的升高而升高,预塔和高压精馏塔的操作温差大,需要多个等级的新鲜蒸汽(如0.3MPa,1.0MPa)。热泵精馏只需少量消耗一种较低级别的新鲜蒸汽(如0.3MPa),同时节省大量高等级新鲜蒸汽(如1.0MPa)。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低能耗的甲醇热泵精馏工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,该工艺包括以下步骤:粗甲醇(16)经过粗甲醇预热器(12)后进入预塔(1)进行初步精馏加工,脱除轻组分的粗甲醇(18)进入常压塔A段(4)进行精馏,常压塔A段(4)塔顶精甲醇气体(24)经过甲醇气体压缩机(15)增压升温,压缩后精甲醇气体(25)作为常压塔A段(4)的再沸器(11)的热源,再沸器(11)排出精甲醇(26)先后经过粗甲醇预热器(12)和精甲醇水冷器(13)进行冷却,冷却后精甲醇分为两部分,一部分作为精甲醇产品(28),另一部分作为常压塔A段(4)的回流液(27),常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)进入常压塔B段(5)顶部进行精馏,常压塔B段(5)的塔顶气体(30)进入常压塔A段(4)底部,常压塔B段(5)的侧线采出杂醇(21),常压塔B段(5)的塔釜排出废水(22)。
所述的常压塔A段(4)及常压塔B段(5)的操作压力为100~180KPa,操作温度为337~390K,回流比为1.8~3.0。
所述的常压塔A段(4)的塔顶精甲醇气体(24)操作压力为100~160KPa,操作温度为337~350K。
所述的甲醇气体压缩机(15)操作压缩比为1.5~3.5。
所述的压缩后精甲醇气体(25)操作压力为150~560KPa,操作温度为337~433K。
所述的常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)中甲醇的质量百分比浓度为55.0~99.9%(wt%),操作压力为100~180KPa,操作温度为337~363K。
所述的常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)中甲醇的质量百分比浓度优选70.0~90.0%(wt%)。
所述的常压塔B段(5)的塔顶气体(30)中甲醇的质量百分比浓度为55.0~99.9%(wt%),操作压力为100~180KPa,操作温度为337~363K。
与现有技术相比,本发明采用热泵技术进行精馏,节能效果显著。热泵精馏是通过压缩精馏塔顶甲醇气体,直接作为精馏塔塔釜再沸器或中间再沸器的热源,降低了塔釜热公用工程和塔顶冷公用工程消耗;多效精馏是采用预塔和多个操作压力不同的精馏塔进行甲醇精制,预塔和高压精馏塔的操作温度差别较大,需要多个等级的新鲜蒸汽(如0.3MPa,1.0MPa)。热泵精馏只需少量消耗一种较低级别的新鲜蒸汽(如0.3MPa),同时节省大量高等级新鲜蒸汽(如1.0MPa)。
附图说明
图1为现有甲醇三塔精馏(顺流双效精馏)工艺的流程示意图;
图2为本发明的流程示意图。
图中1为预塔、2为加压塔、3为常压塔、4为常压塔A段、5为常压塔B段、6为预塔再沸器、7为预塔冷凝器、8为加压塔再沸器、9为常压塔再沸器、10为常压塔冷凝器、11为常压塔A段再沸器、12为粗甲醇预热器、13为精甲醇水冷器、14为常压塔B段再沸器、15为甲醇气体压缩机、16为粗甲醇、17为轻组分杂质、18为脱除轻组分的粗甲醇、19为精甲醇产品、20为精甲醇产品、21为杂醇、22为废水、23为脱除轻组分的粗甲醇、24为精甲醇气体、25为压缩后的精甲醇气体、26为精甲醇、27为常压塔A段回流液、28为精甲醇产品、29为甲醇液体、30为塔顶气体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图2所示,一种甲醇热泵精馏工艺:本发明以45万吨甲醇/年精馏装置的流程模拟计算结果为例进行叙述。
计算基础参数说明:
精甲醇产品要求:满足美国联邦工业甲醇标准“AA”级指标(主要杂质质量含量指标:乙醇≤10ppm,水分≤0.1%)
年操作时间8000小时;
粗甲醇处理量为59.21吨/小时,粗甲醇组成见表1;
表1粗甲醇组成(质量百分比)
预塔1操作压力210KPa,塔顶温度355K,塔釜温度359K,甲醇气化率0.8;
常压塔A段4操作压力110KPa,塔顶温度340K,塔釜温度346K;
常压塔B段5操作压力120KPa,塔顶温度346K,塔釜温度378K。
工艺流程说明:
粗甲醇16(313K,400KPa)经过粗甲醇预热器12预热至345K,然后进入预塔1进行初步精馏加工,轻组分杂质17经过预塔冷凝器7冷却至313K后排出,脱除轻组分的粗甲醇18(359K)进入常压塔A段4进行精馏,常压塔A段塔顶精甲醇气体24(340K,110KPa)经过甲醇气体压缩机15增压升温,操作压缩比为1.8,压缩后精甲醇气体25(377K,198KPa)作为常压塔A段再沸器11的热源,再沸器排出精甲醇26(356K)先后经过粗甲醇预热器12和精甲醇水冷器13冷却至313K,冷却后精甲醇分为两部分,一部分作为精甲醇产品28(55744kg/h,313K),另一部分作为常压塔A段回流液27(139360kg/h,313K),回流比为2.5,常压塔A段塔釜排出甲醇液体29(346K,甲醇浓度80wt%)进入常压塔B段5顶部进行精馏,常压塔B段塔顶气体30(346K,117KPa)进入常压塔A段4底部,常压塔B段侧线采出杂醇21(855kg/h,352K,118KPa),常压塔B段塔釜排出废水22(1952kg/h,378K,120KPa)。
为了比较三塔精馏和本发明热泵精馏流程的设计能耗,两种流程计算采用的粗甲醇指标和总量以及精甲醇产品指标和总量完全相同,其中压缩机的效率以75%计,并且按照SH/T3110-2001《石油化工设计能量消耗计算方法》对电力及耗能工质进行了能量折算,折算值见表2,两种工艺流程的设计能耗比较见表3。
三塔精馏流程计算参数如下:
预塔1操作压力210KPa,塔顶温度355K,塔釜温度359K,甲醇气化率0.8;
常压塔2操作压力110KPa,塔顶温度340K,塔釜温度378K,回流比2.5;
加压塔3操作压力800KPa,塔顶温度401K,塔釜温度404K,回流比3.0。
表2电力及耗能工质能量折算值
Figure GSA00000051862700051
表3两种流程设计能耗比较(单位时间:小时)
Figure GSA00000051862700052
Figure GSA00000051862700061
如表3数据所示,热泵精馏通过压缩精馏塔顶甲醇气体,提高塔顶甲醇气体的压力和冷凝温度,直接作为精馏塔的再沸热源,充分利用了精甲醇气体的冷凝潜热,与三塔精馏相比综合能耗降低52.05%。
虽然热泵精馏比三塔精馏多消耗0.3MPa蒸汽7.33t,但是节约了1.0MPa蒸汽69.45t,即热泵精馏至少节约蒸汽69.45-7.33=62.12t;而且热泵精馏的循环水消耗比三塔精馏节省2715t。按每吨循环水运行成本0.2元,每吨1.0MPa蒸汽价值100元,电力价格为0.5元/KWh,年操作时间为8000小时进行计算,扣除压缩机运行电费,每年可以节省操作费用3844万元。
图1是一种目前广泛采用的三塔甲醇精馏(顺流双效精馏)工艺,即粗甲醇16顺序通过预塔1、加压塔2、常压塔3进行精馏分离。由预塔1脱除粗甲醇中的轻组分17,预后粗甲醇18经过加压塔2和常压塔3精馏后,在加压塔2塔顶出料和常压塔3塔顶出料分别获得精甲醇产品19、20,利用加压塔2的塔顶甲醇蒸汽的冷凝潜热作为常压塔2的再沸热源,杂醇21从常压塔3侧线采出,废水22从常压塔3的塔底排出。这种方法虽然技术成熟,但是生产能耗较高,并且随着装置规模日益增大,能耗总量也显著增加。
实施例2
一种甲醇热泵精馏工艺,该工艺包括以下步骤:
粗甲醇经过粗甲醇预热器后进入预塔进行初步精馏加工,脱除轻组分的粗甲醇进入常压塔A段进行精馏,该段的操作压力为100KPa,操作温度为337K,回流比为1.8,塔顶精甲醇气体操作压力为100KPa,操作温度为337K,常压塔A段塔顶精甲醇气体经过甲醇气体压缩机增压升温,压缩后精甲醇气体作为常压塔A段的再沸器的热源,甲醇气体压缩机的操作压缩比为1.5,压缩后精甲醇气体的操作压力为150KPa,操作温度为337K,再沸器排出精甲醇先后经过粗甲醇预热器和精甲醇水冷器进行冷却,冷却后精甲醇分为两部分,一部分作为精甲醇产品,甲醇的质量百分比浓度为55.0%(wt%),操作压力为100KPa,操作温度为337K,另一部分作为常压塔A段的回流液,常压塔A段的塔釜排出甲醇液体进入常压塔B段顶部进行精馏,常压塔B段的塔顶气体进入常压塔A段底部,常压塔B段的侧线采出杂醇,常压塔B段的塔釜排出废水,塔顶得到的甲醇的质量百分比浓度为55.0%(wt%),操作压力为100KPa,操作温度为337K。
实施例3
一种甲醇热泵精馏工艺,该工艺包括以下步骤:
粗甲醇经过粗甲醇预热器后进入预塔进行初步精馏加工,脱除轻组分的粗甲醇进入常压塔A段进行精馏,该段的操作压力为180KPa,操作温度为390K,回流比为3.0,塔顶精甲醇气体操作压力为160KPa,操作温度为350K,常压塔A段塔顶精甲醇气体经过甲醇气体压缩机增压升温,压缩后精甲醇气体作为常压塔A段的再沸器的热源,甲醇气体压缩机的操作压缩比为3.5,压缩后精甲醇气体的操作压力为560KPa,操作温度为433K,再沸器排出精甲醇先后经过粗甲醇预热器和精甲醇水冷器进行冷却,冷却后精甲醇分为两部分,一部分作为精甲醇产品,甲醇的质量百分比浓度为99.9%(wt%),操作压力为180KPa,操作温度为363K,另一部分作为常压塔A段的回流液,常压塔A段的塔釜排出甲醇液体进入常压塔B段顶部进行精馏,常压塔B段的塔顶气体进入常压塔A段底部,常压塔B段的侧线采出杂醇,常压塔B段的塔釜排出废水,塔顶得到的甲醇的质量百分比浓度为99.9%(wt%),操作压力为180KPa,操作温度为363K。
本发明提供了一种甲醇热泵精馏工艺,具有极其显著的经济效益。结合实施例加以具体说明,相关领域的人员完全可以根据本发明提供的方法进行适当改动或变更与组合,来实现该技术。需要特别说明的是,所有这些通过对本发明提供的工艺流程进行相类似的改动或变更与重新组合,对本领域技术人员来说是显而易见的,都被视为在本发明的精神、范围和内容中。

Claims (8)

1.一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,该工艺包括以下步骤:粗甲醇(16)经过粗甲醇预热器(12)后进入预塔(1)进行初步精馏加工,脱除轻组分的粗甲醇(18)进入常压塔A段(4)进行精馏,常压塔A段(4)塔顶精甲醇气体(24)经过甲醇气体压缩机(15)增压升温,压缩后精甲醇气体(25)作为常压塔A段(4)的再沸器(11)的热源,再沸器(11)排出精甲醇(26)先后经过粗甲醇预热器(12)和精甲醇水冷器(13)进行冷却,冷却后精甲醇分为两部分,一部分作为精甲醇产品(28),另一部分作为常压塔A段(4)的回流液(27),常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)进入常压塔B段(5)顶部进行精馏,常压塔B段(5)的塔顶气体(30)进入常压塔A段(4)底部,常压塔B段(5)的侧线采出杂醇(21),常压塔B段(5)的塔釜排出废水(22)。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的常压塔A段(4)及常压塔B段(5)的操作压力为100~180KPa,操作温度为337~390K,回流比为1.8~3.0。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的常压塔A段(4)的塔顶精甲醇气体(24)操作压力为100~160KPa,操作温度为337~350K。
4.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的甲醇气体压缩机(15)的操作压缩比为1.5~3.5。
5.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的压缩后精甲醇气体(25)的操作压力为150~560KPa,操作温度为337~433K。
6.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)中甲醇的质量百分比浓度为55.0~99.9%(wt%),操作压力为100~180KPa,操作温度为337~363K。
7.根据权利要求6所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的常压塔A段(4)的塔釜排出甲醇液体(29)中甲醇的质量百分比浓度优选70.0~90.0%(wt%)。
8.根据权利要求1所述的一种甲醇热泵精馏工艺,其特征在于,所述的常压塔B段(5)的塔顶气体(30)中甲醇的质量百分比浓度为55.0~99.9%(wt%),操作压力为100~180KPa,操作温度为337~363K。
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