CN108079610B - 节能型甲醇精馏装置及其精馏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能型甲醇精馏装置，包括通过管路依次连接的加热装置、精馏塔、压缩机、第二再沸器和冷凝器，所述加热装置上设有蒸汽进口和凝结水出口，所述精馏塔上连接进料泵用于泵入粗甲醇，所述冷凝器上设有循环冷却水的进出口，所述冷凝器的出口还设有出料泵用于将精甲醇泵出，所述加热装置和精馏塔之间形成循环回路用于装置刚启动时塔釜循环液的循环，所述精馏塔与第二再沸器之间形成循环回路用于运行过程中塔釜循环液的循环。本发明取消了运行过程中新鲜蒸汽消耗，大大减少了循环冷却水消耗量，具有非常显著的节能效果和经济效益，同时达到了环境保护的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及精馏装置，具体涉及一种节能型甲醇精馏装置及其精馏方法。
背景技术
甲醇精馏属于甲醇生产过程的重要环节，其能耗高低直接影响产品的生产成本，另外能否对过程中的能量进行充分利用决定了整体工艺的先进性。
甲醇精馏主要在精馏塔完成，传统的精馏工艺(如图1所示)是采用新鲜的高温水蒸汽在再沸器(旧)内对塔釜液进行加热，塔釜液采用虹吸作用进行循环，加热后的塔釜液进入精馏塔实现精馏，产生甲醇蒸汽，甲醇蒸气从精馏塔顶部引出后进入冷凝器降温降压，其相变热完全被循环冷却水带走，没有得到有效利用，甲醇蒸气凝结成甲醇液，即形成高纯度的甲醇产品。
在传统生产过程中会消耗大量的新鲜高温水蒸气和大量的循环冷却水，甲醇蒸气的相变热没有得到有效利用，虹吸作用导致塔釜液循环效率低。以单个精馏塔系统为例，每生产一吨甲醇液，需要消耗新鲜水蒸汽约400公斤，消耗循环冷却水(32℃，0.4MPaG)约9吨。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种节能型甲醇精馏装置，该装置在运行过程中减少了新鲜蒸汽和循环冷却水的消耗量，同时增强塔釜液循环强度，从而达到高效节能的效果。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种节能型甲醇精馏装置，包括通过管路依次连接的加热装置、精馏塔、压缩机、第二再沸器和冷凝器，所述加热装置上设有蒸汽进口和凝结水出口，所述精馏塔上连接进料泵用于泵入粗甲醇，所述冷凝器上设有循环冷却水的进出口，所述冷凝器的出口还设有出料泵用于将精甲醇泵出，所述加热装置和精馏塔之间形成循环回路用于装置刚启动时塔釜循环液的循环，所述精馏塔与第二再沸器之间形成循环回路用于运行过程中塔釜循环液的循环。
优选地，在第二再沸器和冷凝器之间设有凝液泵用于将换热后的甲醇泵入冷凝器内。
优选地，所述凝液泵通过管路与压缩机相连，所述凝液泵和压缩机之间设有节流孔板。
优选地，所述冷凝器与出料泵之间还设有储液罐。
优选地，所述加热装置为第一再沸器或电加热器。
优选地，所述第一再沸器和第二再沸器为板式换热器或者强制循环换热器或者降膜式换热器。
优选地，所述精馏塔与第二再沸器的循环回路上设有循环泵和阀门。
优选地，所述精馏塔为板式精馏塔或填料精馏塔，所述压缩机为罗茨式或离心式或双螺杆式。
本发明还提供一种采用节能型甲醇精馏装置的精馏方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：启动时，将精馏塔中的塔釜循环液泵入加热装置，加热后的塔釜循环液再回到精馏塔内，并将粗甲醇通过进料泵泵入精馏塔，通过塔釜循环液对甲醇加热成甲醇蒸气；
步骤二：精馏塔顶部产生的甲醇蒸气进入压缩机，压缩机对甲醇蒸气做功，使得甲醇焓值提高，提焓后的甲醇蒸气进入第二再沸器；
步骤三：将精馏塔中冷却后的塔釜循环液通过循环泵泵入第二再沸器，使得塔釜循环液与甲醇蒸气在第二再沸器内进行换热，甲醇蒸气释放相变潜热将热量传至塔釜循环液，甲醇蒸气凝结为液态甲醇；
步骤四：液态甲醇通过凝液泵被泵入冷凝器，被加热后的塔釜循环液被泵入精馏塔对粗甲醇进行持续蒸发；
步骤五：甲醇在冷凝器中被进一步降压降温后，进入储液罐，最终被出料泵泵出，得到甲醇产品。
优选地，在步骤四中，液态甲醇通过凝液泵被泵入冷凝器前，通过可调的节流孔板分流一部分至压缩机，用于对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态。
本发明的有益效果是：本发明主要包括加热装置、精馏塔、压缩机、第二再沸器和冷凝器，开机时，在加热装置内通过外部的新鲜蒸汽对塔釜循环液进行加热，加热后的塔釜循环液进入精馏塔对粗甲醇进行加热，在精馏塔顶部产生甲醇蒸气，甲醇蒸气依次通过压缩机和第二再沸器，压缩机对甲醇蒸气进行提焓，提焓后的甲醇蒸气在第二再沸器内与塔釜循环液进行换热，甲醇蒸气本身被冷凝为液体，释放其相变热给塔釜循环液，加热后的塔釜循环液回到精馏塔中对精馏塔的粗甲醇进行持续地加热，充分回收了甲醇蒸气的相变热，取消了运行过程中新鲜蒸汽消耗，大大减少了循环冷却水消耗，具有非常显著的节能效果和经济效益，同时达到环境保护的社会效益；完全凝结后的甲醇液体在进入冷凝器前，通过一个可调的节流孔板分流一部分至压缩机，对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态，从而有利于在第二再沸器内的高效换热。
附图说明
图1为现有技术中甲醇精馏装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图中：10-加热装置，20-精馏塔，21-进料泵，22-循环泵，23-阀门，30-压缩机，40-第二再沸器，41-凝液泵，42-节流孔板，50-冷凝器，51-出料泵，52-储液罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：附图中的箭头方向为物料的传输方向，如图2所示，一种节能型甲醇精馏装置，包括通过管路依次连接的加热装置10、精馏塔20、压缩机30、第二再沸器40和冷凝器50，所述加热装置10上设有蒸汽进口和凝结水出口，所述精馏塔20上连接进料泵21用于泵入粗甲醇，所述冷凝器50上设有循环冷却水的进出口，所述冷凝器50的出口还设有出料泵51用于将精甲醇泵出，所述加热装置10和精馏塔20之间形成循环回路用于装置刚启动时塔釜循环液的循环，所述精馏塔20与第二再沸器40之间形成循环回路用于运行过程中塔釜循环液的循环，所述冷凝器50与出料泵51之间还设有储液罐52，所述精馏塔20与第二再沸器40的循环回路上设有循环泵22和阀门23，所述精馏塔20为板式精馏塔或填料精馏塔，所述压缩机30为罗茨式或离心式或双螺杆式。本实施例中的加热装置10采用第一再沸器，本发明主要包括第一再沸器、精馏塔20、压缩机30、第二再沸器40和冷凝器50，开机时，在第一再沸器内通过外部的新鲜蒸汽对塔釜循环液进行加热，加热后的塔釜循环液进入精馏塔对粗甲醇进行加热，在精馏塔顶部产生甲醇蒸气，甲醇蒸气依次通过压缩机和第二再沸器，压缩机对甲醇蒸气进行提焓，提焓后的甲醇蒸气在第二再沸器内与塔釜循环液进行换热，甲醇蒸气本身被冷凝为液体，释放其相变热给塔釜循环液，加热后的塔釜循环液回到精馏塔中对精馏塔的粗甲醇进行持续地加热，充分回收了甲醇蒸气的相变热，取消了运行过程中新鲜蒸汽消耗，大大减少了循环冷却水消耗，具有非常显著的节能效果和经济效益，同时达到了环境保护的社会效益。
作为本发明的改进，在第二再沸器40和冷凝器50之间设有凝液泵41用于将换热后的甲醇泵入冷凝器内，所述凝液泵41通过管路与压缩机30相连，所述凝液泵41和压缩机30之间设有节流孔板42，完全凝结后的甲醇液体在进入冷凝器前，通过一个可调的节流孔板42分流一部分至压缩机30，对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态，从而有利于在第二再沸器内的高效换热。
实施例2：如图3所示，本实施例中唯一与实施例1不同的是加热装置10采用了电加热器，通过电加热器对塔釜循环液进行加热，使之满足精馏塔精馏的需求，当然也可采用其他加热或换热设备对塔釜循环液进行加热。所述第一再沸器和第二再沸器为板式换热器或者强制循环换热器或者降膜式换热器。
本发明的操作过程：步骤如下：
步骤一：启动时，将精馏塔20中的塔釜循环液泵入加热装置10，加热后的塔釜循环液再回到精馏塔内，并将粗甲醇通过进料泵21泵入精馏塔，通过塔釜循环液对甲醇加热成甲醇蒸气；
步骤二：精馏塔顶部产生的甲醇蒸气进入压缩机30，压缩机对甲醇蒸气做功，使得甲醇焓值提高，提焓后的甲醇蒸气进入第二再沸器40；
步骤三：将精馏塔20中冷却后的塔釜循环液通过循环泵22泵入第二再沸器40，使得塔釜循环液与甲醇蒸气在第二再沸器内进行换热，甲醇蒸气释放相变潜热将热量传至塔釜循环液，甲醇蒸气凝结为液态甲醇；
步骤四：液态甲醇通过凝液泵41被泵入冷凝器50，被加热后的塔釜循环液被泵入精馏塔20对粗甲醇进行持续蒸发；液态甲醇通过凝液泵41被泵入冷凝器50前，通过可调的节流孔板42分流一部分至压缩机30，用于对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态；
步骤五：甲醇在冷凝器50中被进一步降压降温后，进入储液罐52，最终被出料泵51泵出，得到甲醇产品。在本发明中，压缩机根据具体精馏工艺进行设计，确保被压缩后的甲醇蒸气的温度满足第二再沸器的换热要求，同时，也要保证塔釜循环液被加热后的温度能够满足精馏要求。因此，在整个过程中，仅在开机时用到外部加热装置对塔釜循环液进行加热，当精馏塔产生甲醇蒸气且压缩机正常运行后就可以利用甲醇蒸气对塔釜循环液进行加热，外部的加热装置就可以停止运行，从而降低了能量的消耗；因为甲醇蒸气在进入冷凝器之前通过第二再沸器已经进行了相变潜热的释放，所以在冷凝器再次进行降压降温时不存在相变热，从而大大降低了循环冷却水的消耗量；完全凝结后的甲醇液体在进入冷凝器前，通过一个可调的节流孔板42分流一部分至压缩机30，对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态，从而有利于在第二再沸器内的高效换热。
能耗比较：例如某甲醇生产企业，通过甲醇精馏工艺，生产吨甲醇产品的蒸汽消耗量为0.4吨(蒸汽压力为0.5MPaG)，吨甲醇产品的冷却水(32℃，0.4MPaG)消耗量为9吨；按照当地蒸汽价格150元/吨，循环冷却水价格为0.2元/吨，则吨甲醇产品的能耗费用为61.8元；
利用本发明系统，增加压缩机和循环泵、凝液泵的电耗，吨甲醇产品耗电量为32kW，吨甲醇产品的冷却水消耗量为1.2吨；按照当地电价0.7元/kWh，循环冷却水价格为0.2元/吨，则吨甲醇产品的能耗费用为22.6元，由于启机阶段时间短，所以该阶段的蒸汽消耗/电加热器消耗可以忽略。
因此，采用本发明后，吨甲醇产品节约能耗63％。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种节能型甲醇精馏装置，其特征在于：包括通过管路依次连接的加热装置(10)、精馏塔(20)、压缩机(30)、第二再沸器(40)和冷凝器(50)，所述加热装置(10)上设有蒸汽进口和凝结水出口，所述精馏塔(20)上连接进料泵(21)用于泵入粗甲醇，所述冷凝器(50)上设有循环冷却水的进出口，所述冷凝器(50)的出口还设有出料泵(51)用于将精甲醇泵出，所述加热装置(10)和精馏塔(20)之间形成循环回路用于装置刚启动时塔釜循环液的循环，所述精馏塔(20)与第二再沸器(40)之间形成循环回路用于运行过程中塔釜循环液的循环；所述冷凝器(50)与出料泵(51)之间还设有储液罐(52)，所述加热装置(10)为第一再沸器，
在第一再沸器内通过外部的新鲜蒸汽对塔釜循环液进行加热，加热后的塔釜循环液进入精馏塔对粗甲醇进行加热；
在第二再沸器(40)和冷凝器(50)之间设有凝液泵(41)用于将换热后的甲醇泵入冷凝器内，所述凝液泵(41)通过管路与压缩机(30)相连，所述凝液泵(41)和压缩机(30)之间设有节流孔板(42)，所述精馏塔(20)与第二再沸器(40)的循环回路上设有循环泵(22)和阀门(23)；
所述节能型甲醇精馏装置的精馏方法，步骤如下：
步骤一：启动时，将精馏塔(20)中的塔釜循环液泵入加热装置(10)，加热后的塔釜循环液再回到精馏塔内，并将粗甲醇通过进料泵(21)泵入精馏塔，通过塔釜循环液将甲醇加热成甲醇蒸气；
步骤二：精馏塔顶部产生的甲醇蒸气进入压缩机(30)，压缩机对甲醇蒸气做功，使得甲醇焓值提高，提焓后的甲醇蒸气进入第二再沸器(40)；
步骤三：将精馏塔(20)中冷却后的塔釜循环液通过循环泵(22)泵入第二再沸器(40)，使得塔釜循环液与甲醇蒸气在第二再沸器内进行换热，甲醇蒸气释放相变潜热将热量传至塔釜循环液，甲醇蒸气凝结为液态甲醇；
步骤四：液态甲醇通过凝液泵(41)被泵入冷凝器(50)，被加热后的塔釜循环液被泵入精馏塔(20)对粗甲醇进行持续蒸发；
步骤五：甲醇在冷凝器(50)中被进一步降压降温后，进入储液罐(52)，最终被出料泵(51)泵出，得到甲醇产品。
2.根据权利要求1所述的节能型甲醇精馏装置，其特征在于：所述第一再沸器和第二再沸器为板式换热器或者强制循环换热器或者降膜式换热器。
3.根据权利要求1所述的节能型甲醇精馏装置，其特征在于：所述精馏塔(20)为板式精馏塔或填料精馏塔，所述压缩机(30)为罗茨式或离心式或双螺杆式。
4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的节能型甲醇精馏装置的精馏方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：启动时，将精馏塔(20)中的塔釜循环液泵入加热装置(10)，加热后的塔釜循环液再回到精馏塔内，并将粗甲醇通过进料泵(21)泵入精馏塔，通过塔釜循环液将甲醇加热成甲醇蒸气；
步骤二：精馏塔顶部产生的甲醇蒸气进入压缩机(30)，压缩机对甲醇蒸气做功，使得甲醇焓值提高，提焓后的甲醇蒸气进入第二再沸器(40)；
步骤三：将精馏塔(20)中冷却后的塔釜循环液通过循环泵(22)泵入第二再沸器(40)，使得塔釜循环液与甲醇蒸气在第二再沸器内进行换热，甲醇蒸气释放相变潜热将热量传至塔釜循环液，甲醇蒸气凝结为液态甲醇；
步骤四：液态甲醇通过凝液泵(41)被泵入冷凝器(50)，被加热后的塔釜循环液被泵入精馏塔(20)对粗甲醇进行持续蒸发；
步骤五：甲醇在冷凝器(50)中被进一步降压降温后，进入储液罐(52)，最终被出料泵(51)泵出，得到甲醇产品。
5.根据权利要求4所述的节能型甲醇精馏装置的精馏方法，其特征在于：在步骤四中，液态甲醇通过凝液泵(41)被泵入冷凝器(50)前，通过可调的节流孔板(42)分流一部分至压缩机(30)，用于对压缩后的过热甲醇蒸气进行喷淋，使得甲醇蒸气成为饱和状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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