CN105503530A - 碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置和工艺方法 - Google Patents

Abstract

碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置和工艺方法。其特征在于：该装置由依次排列的连续式溶解沉降系统、反应精馏系统、多效热耦合甲醇精馏系统构成，其中连续式溶解沉降系统包括有多台沉降罐配合一台溶碱罐及多个附属换热器、原料泵，多效热耦合甲醇精馏系统包括有低压精馏塔、中压精馏塔、高压精馏塔及相关附属设备。本发明设计了能够实现连续操作的甲碱液溶解沉降系统，通过反应精馏塔，使得甲醇钠产品溶液中游离碱NaOH含量大幅降低，精馏系统通过热耦合操作及换热网络，能耗大为降低，极大程度的降低了甲醇钠溶液的生产成本。本发明既特别适用于现有甲醇钠生产装置的节能减排改造，又适用于新建的甲醇钠生产装置。

Description

碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置和工艺方法

技术领域

本发明涉及一种碱法液体甲醇钠制备及节能分离技术与工艺，特别涉及一种碱法液体甲醇钠提纯的多效热耦合精馏生产装置和工艺方法，属于节能技术领域。

背景技术

甲醇钠又名甲氧基钠，分子式CH ₃ ONa，可溶于甲醇、乙醇，具有较强的碱性。甲醇钠有液体和固体两种类型，液体产品颜色为乳白色或黄色，粘稠状，为甲醇钠含量约为27.5%～31%的甲醇溶液；固体产品为白色粉末，甲醇钠含量约为95%～97%。甲醇钠主要用于生产维生素A、维生素B、长效磺胺、磺胺嘧啶、甲氧苄氨嘧啶等药品，也可用于农药等工业，还可用作食用催化剂和分析试剂等。

目前国内外生产主要有两种方法：分别是金属钠法和固碱法（片碱法）。碱法甲醇钠是由甲醇与氢氧化钠作用而得，金属钠法则是以金属钠和甲醇为原料，采用间歇生产工艺进行化学反应，生产甲醇钠甲醇溶液。用钠法比用碱法获得的甲醇钠含量高而且稳定可靠，游离碱低，钠法甲醇钠在反应中，能大量脱去钠中的“醇”等杂质，用钠法比用碱法获得的甲醇钠中的Na2CO3含量低，能提高用户的产品质量和收率。但碱法生产甲醇钠的生产成本则远低于金属钠法，因此，该法为工业甲醇钠制备主流方法。

传统碱法甲醇钠生产主要包含溶碱、沉淀、反应、精馏四工序，其中溶碱、沉淀一般间歇进行，反应则在反应塔（一般为筛板塔）中进行，反应塔顶生成含水甲醇蒸气，进入提纯精馏塔分离得到无水甲醇循环使用和达到排放标准的废水；反应塔塔釜得到甲醇钠产品。传统碱法甲醇钠生产工艺存在以下问题：1）难以实现连续稳定生产；2）能耗高；3）产品甲醇钠溶液中游离碱含量高，一般为1%左右，难以满足某些特殊医药产品对甲醇钠溶液游离碱含量的要求。

发明内容

本发明目的就在于针对现有技术存在的上述问题，经过反复研究和大量试验后，给出一种能够连续、节能降耗生产甲醇钠溶液的生产工艺方法及设备。本发明以甲醇和片碱为原料，通过连续式溶解沉降、反应精馏、多效热耦合技术生产甲醇钠产品，本发明反应彻底，产品中NaOH含量明显降低（0.05～0.2%以下），生产能耗显著降低，约为现有甲醇钠生产技术能耗的30%，而且实现了完全连续化生产，产品质量稳定。

本发明给出的技术方案如下。

一种碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置，其特点是：该方法由依次排列的连续式溶解沉降系统、反应精馏系统、多效热耦合甲醇精馏系统，其中：连续式溶解沉降系统包含溶碱罐及多个沉降罐，以保证溶解沉降系统能够连续出料；溶碱罐上方及内部分别设有U形管冷凝器、U形管冷却器以控制溶碱罐内温度，使得溶碱过程中放热挥发的甲醇能够冷凝直流进入溶碱罐，溶碱罐的循环溶碱时间以片碱全部溶解为溶碱结束；合格甲碱溶液于沉降罐中沉降澄清24小时备用；上述溶碱沉降系统中，每有一沉降罐放空后，就应重新溶好一罐甲碱液打入。沉降澄清后的甲碱溶液由甲碱泵送入二级甲碱进料预热器，经两次换热后进入反应汽提塔顶部。

反应精馏系统中包括反应汽提塔，反应汽提塔内部设条阀塔盘，塔顶设除雾器，塔釜采用再沸器适当补充热量以保证塔釜甲醇钠溶液质量；反应汽提塔塔顶气相出料（约含水2%的甲醇蒸气）进入后续多效热耦合精馏工段的低压精馏塔塔釜；反应汽提塔塔釜出料为甲醇钠产品溶液，经产品冷却器冷却后出装置。

多效热耦合甲醇精馏系统包括有多效热耦合精馏工段，多效热耦合精馏工段由低压精馏塔、中压精馏塔及高压精馏塔组成；低压精馏塔塔釜进料为来自反应汽提塔的塔顶气相出料，该塔内部设置填料及内件，塔顶设冷凝器，塔顶出料部分冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气返回反应精馏塔，塔釜设再沸器，塔釜液体经低压釜液泵升压换热后进入高压塔塔釜；高压塔塔釜进料为来自低压精馏塔塔釜经升压、换热后甲醇溶液，该塔内部设填料及内件，塔顶气相采出作为中压塔再沸器热源，经换热后，气相凝液部分回流，部分作中压塔塔顶进料，塔釜出料自压流入中压精馏塔中部；中压精馏塔塔顶及塔中分别接受来自高压精馏塔两股进料，该塔内部设填料及内件，并设置再沸器，再沸器为热耦合再沸器，热源为加压精馏塔塔顶气相采出，塔顶设置冷凝器，塔顶气相采出部分经冷凝器冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气返回反应精馏塔塔釜，中压精馏塔釜液废水为甲碱进料预热器热源，与其换热后出装置。

利用所述“碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置”的生产方法，包含以下过程：

1）连续式溶解沉降系统采用多台沉降罐配合一台溶碱罐使用，以保证溶解沉降系统能够连续出料，溶碱罐上方及内部设有U形管冷凝器、U形管冷却器以控制溶碱罐内温度，使得溶碱过程中放热挥发的甲醇能够冷凝直流进入溶碱罐，溶碱罐的循环溶碱时间以片碱全部溶解为溶碱结束，合格甲碱溶液于沉降罐中沉降澄清24小时备用；上述溶碱沉降系统中，每有一沉降罐放空后，就应重新溶好一罐甲碱液打入；沉降澄清后的甲碱溶液由甲碱泵送入二级甲碱进料预热器（即第一甲碱进料预热器和第二甲碱进料预热器），经两次换热后进入反应汽提塔顶部；

2）反应精馏塔取汽提塔模式，塔釜气相进料为工艺精馏工段塔顶气相采出的高纯甲醇蒸气，反应精馏塔塔釜仅需补充少量热源即可保证反应精馏塔正常操作；

3）工艺精馏工段，高压甲醇塔与中压甲醇塔实现热耦合操作，即中压甲醇塔再沸器同时也作为高压甲醇塔的塔顶冷凝器；

4）利用换热网络，实现系统内能量合理回收，具体包括：①采用蒸汽凝液三次换热，首先蒸汽凝液在高压塔进料预热器内与高压甲醇塔进料换热，接着蒸汽凝液又在第二甲碱进料预热器内与甲碱液换热，其后在溶碱罐夹套内为循环溶碱液保温（冬季时使用），最后出装置；②中压甲醇塔塔釜废水在第一甲碱进料预热器与甲碱液换热，以提高甲碱液进料温度，同时也降低废水出装置温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

实现了甲碱液溶解沉降系统的连续操作，系统停留时间长，杂质脱除干净，二次污染小。

通过反应精馏塔塔独特内部结构设计与合理操作条件，实现反应精馏塔连续稳态操作，保证了甲醇钠反应过程更为彻底，甲醇钠产品溶液中游离碱NaOH含量大幅降低（0.05～0.2%以下）。

精馏系统通过热耦合操作及换热网络，既保证了甲醇、水的高效彻底分离（循环甲醇蒸气中甲醇含量高于99.99%，出系统废水含醇量低于0.1%），又大幅降低了精馏系统能耗（该工艺反应、精馏系统能耗值低于1.8吨蒸汽/吨30%甲醇钠甲醇溶液产品，该能耗约为传统精馏工艺的30%左右），从而极大程度的降低了甲醇钠溶液的生产成本。

附图说明

图1为本发明“碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置”的设备连接示意图，其中：D-101连续式溶解沉降系统，E-101第一甲碱进料预热器，E-102第二甲碱进料预热器，C-101反应精馏塔，C-102低压精馏塔，C-103高压精馏塔，C-104中压精馏塔。

具体实施方式

参照附图1，详细说明本发明提供的碱法甲醇钠生产装置和方法。这种碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置包含有连续式溶解沉降系统D-101、反应精馏塔C-101、多效热耦合甲醇精馏系统，其中。

连续式溶解沉降系统D-101包含溶碱罐及多个沉降罐，溶碱罐上方及内部分别设有U形管冷凝器、U形管冷却器。

反应精馏塔C-101中的反应汽提塔内部设高效耐堵塔盘，塔顶设除液体脱除装置，塔釜采用再沸器适当补充热量以保证塔釜甲醇钠溶液质量，反应汽提塔塔顶气相出料进入后续多效热耦合精馏工段的低压精馏塔塔釜，反应汽提塔塔釜出料为甲醇钠产品溶液，经产品冷却器冷却后出装置。

多效热耦合甲醇精馏系统中的多效热耦合精馏工段由低压精馏塔C-102、中压精馏塔C-104及高压精馏塔C-103组成，其中:低压精馏塔C-102塔釜进料为来自反应汽提塔的塔顶气相出料，该塔内部设置填料及内件，塔顶设冷凝器，塔顶出料部分冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气返回反应精馏塔，塔釜设再沸器，塔釜液体经低压釜液泵升压换热后进入高压塔塔釜。

高压精馏塔C-103塔釜进料为来自低压精馏塔塔釜经升压、换热后甲醇溶液，该塔内部设填料及内件，塔顶气相采出作为中压塔再沸器热源，经换热后，气相凝液部分回流，部分作中压塔塔顶进料，塔釜出料自压流入中压精馏塔中部。

中压精馏塔C-104塔顶及塔中分别接受来自高压精馏塔两股进料，该塔内部设填料及内件，再沸器热源为加压精馏塔塔顶气相采出，塔顶设置冷凝器，塔顶气相采出部分经冷凝器冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气与返回反应精馏塔塔釜，中压精馏塔釜液废水为甲碱进料预热器热源，与其换热后出装置。

本发明的工作过程如下。

开启甲醇进料及溶碱循环泵，将合格甲醇加入至溶碱罐至预订液位（每次定量投入甲醇）；开启循环溶碱各阀门，循环罐内甲醇。

为防止冬季罐内甲醇温度过低，影响溶碱速度，在冬季，稍开蒸汽阀门，对罐内甲醇进行预热，预热温度为40℃；在其它季节，可不用预热罐内甲醇。

将片碱原料送至溶碱罐并均匀投入罐中；在投碱的同时，开启溶碱罐上方及内部的U形管冷凝器、U形管冷却器，控制溶碱罐内温度为65～68℃左右；以使在溶碱过程中放热挥发的甲醇冷凝后直流进入溶碱罐。

片碱全部投完后，继续循环溶碱约2小时，循环时间以片碱全部溶解为溶碱结束。

从取样口取样测量溶液中氢氧化钠含量为20.2±0.3%（wt），水份含量一般≤9.8%（wt），检验合格后，将合格甲碱溶液送入沉降罐中；沉淀24小时后备用。

上述溶碱沉降系统中，每有一沉降罐放空后，就应重新溶好一罐甲碱液打入；满负荷生产条件下，约间隔3.5小时批量操作一次。

沉降澄清后的甲碱溶液经甲碱泵在第一甲碱进料预热器与中压甲醇塔塔釜废水换热后进入第二甲碱进料预热器，与出加压塔进料预热器的蒸汽凝液换热；经两次换热后的甲碱溶液进入反应汽提塔顶部，与塔釜进入的混合无水甲醇循环蒸汽逆流传质传热进行反应，在反应汽提塔内进行的反应原理如下：CH ₃ OH+NaOH=CH ₃ ONa+H ₂ O+Q（热量），采用无水甲醇蒸汽将反应生成的水带出，有利于该反应向右进行，并于塔釜得到甲醇钠甲醇溶液产品；反应汽提塔塔顶气相（约含水2%的甲醇蒸汽）进入低压甲醇塔；反应汽提塔塔釜采用强制循环再沸器适当补充热量以保证塔釜甲醇钠溶液的质量，塔釜液经釜液循环泵采出甲醇钠甲醇溶液，经甲醇钠产品冷却器冷却后出装置。

来自反应汽提塔塔顶气相（约含水2%的甲醇蒸汽）进入低压甲醇塔塔釜，低压甲醇塔塔顶气相采出分为两股，一股经冷凝后由回流泵打入低压甲醇塔回流，低压甲醇塔回流泵备用采出管线至反应汽提塔塔釜，以适当补充塔釜甲醇含量；另一股气相采出返回反应精馏塔塔釜；低压甲醇塔塔釜液体经低压釜液泵升压换热后进入高压甲醇塔塔釜。

来自低压塔釜液经釜液泵升压后与系统内蒸汽凝液在加压塔进料预热器换热，后进入高压甲醇塔塔釜，换热后的蒸汽凝液去甲碱进料预热器（二）与甲碱液换热；高压甲醇塔塔顶气相作为中压甲醇塔塔中再沸器的热源，塔顶气相凝液进入高压甲醇塔回流罐，凝液经高压甲醇塔回流泵分别送至高压甲醇塔塔顶作为回流，及进料至中压甲醇塔顶部；塔釜采用加压塔釜再沸器蒸汽加热提供热源；釜液自压流入中压甲醇塔中部进料。

本发明甲醇钠生产装置，实现了甲碱液溶解沉降系统的连续操作，系统停留时间长，杂质脱除干净，二次污染小；通过反应精馏塔塔独特内部结构设计与合理操作条件，实现反应精馏塔连续稳态操作，保证了甲醇钠反应过程更为彻底，甲醇钠产品溶液中游离碱NaOH含量大幅降低（0.05～0.2%以下）；精馏系统通过热耦合操作及换热网络，既保证了甲醇、水的高效彻底分离，又大幅降低了精馏系统能耗，从而极大程度的降低了甲醇钠溶液的生产成本。

Claims (2)

1.碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置，其特征在于：包含有依次排列的连续式溶解沉降系统、反应精馏系统、多效热耦合甲醇精馏系统，其中：

所述的连续式溶解沉降系统包含溶碱罐及多个沉降罐，溶碱罐上方及内部分别设有U形管冷凝器、U形管冷却器，；

所述的反应精馏系统包括有反应汽提塔，反应汽提塔内部设高效耐堵塔盘，塔顶设除液体脱除装置，塔釜采用再沸器适当补充热量以保证塔釜甲醇钠溶液质量，反应汽提塔塔顶气相出料（约含水2%的甲醇蒸气）进入后续多效热耦合精馏工段的低压精馏塔塔釜，反应汽提塔塔釜出料为甲醇钠产品溶液，经产品冷却器冷却后出装置；

所述的多效热耦合甲醇精馏系统包括有多效热耦合精馏工段，多效热耦合精馏工段由低压精馏塔、中压精馏塔及高压精馏塔组成，其中

低压精馏塔塔釜进料为来自反应汽提塔的塔顶气相出料，该塔内部设置填料及内件，塔顶设冷凝器，塔顶出料部分冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气返回反应精馏塔，塔釜设再沸器，塔釜液体经低压釜液泵升压换热后进入高压塔塔釜；

高压塔塔釜进料为来自低压精馏塔塔釜经升压、换热后甲醇溶液，该塔内部设填料及内件，塔顶气相采出作为中压塔再沸器热源，经换热后，气相凝液部分回流，部分作中压塔塔顶进料，塔釜出料自压流入中压精馏塔中部；

中压精馏塔塔顶及塔中分别接受来自高压精馏塔两股进料，该塔内部设填料及内件，再沸器热源为加压精馏塔塔顶气相采出，塔顶设置冷凝器，塔顶气相采出部分经冷凝器冷凝回流，部分气相高纯度甲醇蒸气与返回反应精馏塔塔釜，中压精馏塔釜液废水为甲碱进料预热器热源，与其换热后出装置。

2.利用权利要求1所述碱法甲醇钠制备的多效热耦合精馏生产装置的工艺方法，其特征在于包含以下过程：

1）连续式溶解沉降系统采用多台沉降罐配合一台溶碱罐使用，以保证溶解沉降系统能够连续出料；溶碱罐上方及内部设有的U形管冷凝器、U形管冷却器以控制溶碱罐内温度，使得溶碱过程中放热挥发的甲醇能够冷凝直流进入溶碱罐；溶碱罐的循环溶碱时间以片碱全部溶解为溶碱结束，合格甲碱溶液于沉降罐中沉降澄清24小时备用；上述溶碱沉降系统中，每有一沉降罐放空后，就应重新溶好一罐甲碱液打入；沉降澄清后的甲碱溶液由甲碱泵送入二级甲碱进料预热器（即第一甲碱进料预热器和第二甲碱进料预热器），经两次换热后进入反应汽提塔顶部；

2）反应精馏塔取汽提塔模式，塔釜气相进料为工艺精馏工段低压塔及中压塔塔顶气相采出的高纯甲醇蒸气，反应精馏塔塔釜仅需补充少量热源即可保证反应精馏塔正低操作；

3）工艺精馏工段，高压甲醇塔与中压甲醇塔实现热耦合操作，即中压甲醇塔再沸器同时也作为高压甲醇塔的塔顶冷凝器；

4）利用换热网络，实现系统内能量合理回收，具体包括：

①采用蒸汽凝液三次换热，首先蒸汽凝液在高压塔进料预热器内与高压甲醇塔进料换热；接着蒸汽凝液又在第二甲碱进料预热器内与甲碱液换热，最后在溶碱罐夹套内为循环溶碱液保温（冬季时使用），最后出装置；

②中压甲醇塔塔釜废水在第一甲碱进料预热器与甲碱液换热，以提高甲碱液进料温度，同时也降低废水出装置温度。