CN109939456A - 一种煤制乙二醇的精馏系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤制乙二醇精馏系统和方法,脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔的塔顶均连接有蒸汽发生器,甲醇精馏塔A的甲醇精馏塔B的塔釜均设有再沸器,脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔的塔顶的出气口气体分别为各自塔顶的蒸汽发生器提供热源,脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔的塔顶的蒸汽发生器均产生低压蒸汽,且为甲醇精馏塔A的甲醇精馏塔B的塔釜的再沸器提供蒸汽。采用热耦合技术代替循环水取热,利用高温精馏塔顶的蒸汽发生器产生的低压蒸汽直接供低温精馏塔的塔釜的再沸器供热,实现了低位热能的升级利用,达到了降低综合能耗的目的。

Description

一种煤制乙二醇的精馏系统和方法
技术领域
本发明涉及一种煤制乙二醇的精馏系统和方法,尤其涉及一种热量耦合的煤制乙二醇精馏系统和方法。
背景技术
乙二醇是一种重要的有机化工原料,主要用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑剂、增塑剂、非离子表面活性剂以及炸药等领域,用途十分广泛。目前世界上乙二醇的生产方法主要有石油和非石油路线两大类。石油化工路线受原油价格影响,生产成本波动大。而基于煤化工工艺的合成气制乙二醇路线因其原料丰富、工艺流程短和经济效益高,成为研究热点。近年来,国内以煤化工工艺路线生产乙二醇的规模越来越大,2018年国内乙二醇产能1022万吨,煤制乙二醇在国内乙二醇产能中占比为41%,预计到2022年还将新增413万吨的煤制乙二醇。
精馏过程是化学工业中能耗最大的单元操作之一,当前精馏过程的节能问题已广泛引起人们的重视。煤制乙二醇工艺的主要蒸汽消耗在于乙二醇产品的精馏过程中,因为与传统石油路线相比,此路线引入了丙二醇、丁二醇和酯类等杂质,其中1,2-丁二醇与乙二醇沸点十分接近,从而大幅增加了乙二醇精馏系统的难度。目前国内外虽已有大量煤制乙二醇装置建成及运行,但是普遍存在综合能耗高的问题,因为系统中主要采用循环水取热。
发明内容
本发明的提供一种煤制乙二醇精馏系统和方法,其通过热量耦合达到降低综合能耗的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种煤制乙二醇的精馏系统,包括甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B,还包括与所述甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B连接的轻组分分离组件和重组分分离组件,所述重组分分离组件包括依次连接的脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔,脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔的塔顶均连接有蒸汽发生器,所述蒸汽发生器为甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B的塔釜的再沸器提供蒸汽。
优选地,所述重组分分离组件还包括脱重塔,所述脱重塔分别与所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔连接,所述脱重塔的塔顶连接有蒸汽发生器。
优选地,所述轻组分分离组件包括依次设置的轻组分回收塔和乙醇塔。所述轻组分回收塔和所述乙醇塔的塔釜也可以分别设有再沸器,所述蒸汽发生器为所述再沸器提供蒸汽。
优选地,所述脱醇塔、所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜设有再沸器。所述脱重塔的塔釜也可以设有再沸器。
优选地,所述甲醇精馏塔A、甲醇精馏塔B、所述轻组分分离组件和所述重组分分离组件均连接真空系统。
优选地,所述蒸汽发生器的壳体顶部为锥形并设置有出口气体管口,所述蒸汽发生器的底部均匀设有多个补充水入口。
本申请的第二方面涉及一种煤制乙二醇的精馏方法,包括以下步骤:粗原料加入甲醇精馏塔A,甲醇精馏塔A的塔釜的物料进入甲醇精馏塔B进一步分离;甲醇精馏塔B补入稀原料,甲醇精馏塔A的甲醇精馏塔B的塔顶蒸出甲醇;甲醇精馏塔A的塔釜的重组分进入脱醇塔;脱醇塔的塔釜的物料进入综合处理塔,综合处理塔的塔侧线采出物料进入乙二醇产品塔进行产品精制,乙二醇产品塔的塔顶的物料进入综合处理塔回蒸,乙二醇产品塔的塔侧线采出乙二醇产品。
优选地,所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜物料进入脱重塔。
优选地,所述脱醇塔、所述综合处理塔、所述乙二醇产品塔和所述脱重塔的塔顶物料进入乙二醇回收系统。
优选地,所述脱醇塔、所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜的温度在120-160℃。
优选地,所述甲醇精馏塔A和所述甲醇精馏塔B的塔釜的温度在50-90℃。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、本发明采用热网络对系统进行了节能优化,采用热量耦合技术,充分利用精馏塔顶气相中的热量,可大幅降低乙二醇产品精馏过程中的加热蒸汽和循环水用量,降低整体能耗,有效提高了能量利用效率,带来明显的经济效益;
2、针对大规模装置中,精馏塔顶气相管线管径大(例如,年产50万吨乙二醇装置规模下部分管径高达DN2500mm)的情况,本发明利用蒸汽发生器间接利用热量,相对于塔顶和塔釜介质直接进行热耦合的方式,大幅降低了塔顶气相管道的施工难度和管道材料费用;
3、本发明利用蒸汽发生器,使蒸汽作为中间热载体进行热量再分配的方式,提高了精馏操作的灵活性,同时设计和控制简单,应用性强。
附图说明
图1是实施例中的热量耦合的煤制乙二醇精馏系统的流程示意图。
图中:1、甲醇精馏塔A;11、再沸器;2、甲醇精馏塔B;21、再沸器;4、脱醇塔;41、再沸器;42、蒸汽发生器;5、综合处理塔;51、再沸器;52、蒸汽发生器;6、乙二醇产品塔;61、再沸器;62、蒸汽发生器;7、脱重塔;71、再沸器;72、蒸汽发生器;8、轻组分回收塔;81、再沸器;10、乙醇塔;101、再沸器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1示出了一种热量耦合的煤制乙二醇精馏系统的流程,该热量耦合的煤制己二醇精馏系统包括但不限于甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6、脱重塔7、轻组分回收塔8和乙醇塔10,粗乙二醇原料进入甲醇精馏塔A1和甲醇精馏塔B2,此二塔的塔顶蒸出高纯度的甲醇,此二塔的塔釜的物料经进一步脱除例如乙醇、水、醛醚等轻组分以及少量的多元醇等轻组分,轻组分进入包括轻组分回收塔8和乙醇塔10两塔的轻质二元醇分离系统,塔釜重组分进入脱醇塔4继续脱除例如丙二醇和丁二醇等与乙二醇沸点相近的组分,脱醇塔4的塔顶的物料进入乙二醇回收系统,脱醇塔4的塔釜的物料进入综合处理塔5;综合处理塔5的塔顶的轻组分进入乙二醇回收系统,综合处理塔5的塔釜的物料进入脱重塔7,综合处理塔5的塔侧采出物料进入乙二醇产品塔6进行产品精制,乙二醇产品塔6的塔顶的物料进入综合处理塔5回蒸;乙二醇产品塔6的塔侧线采出聚酯级的乙二醇产品,乙二醇产品塔6的塔釜的物料进入脱重塔7;脱重塔7的塔顶蒸出的乙二醇返回综合处理塔5,脱重塔7的塔釜的物料为重组分二元醇;轻组分回收塔8的塔侧采出乙醇进入乙醇塔10;乙醇塔10的塔釜的物料为一级品乙醇产品,轻组分回收塔8的乙醇塔10的塔顶均采出粗甲醇产品。所述甲醇精馏塔A和所述甲醇精馏塔B的体积比可以为0.1-10。
脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7由于塔内混合物料沸点接近,分类难度大,精馏温度要求较高,脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔釜的温度在120-160℃之间,脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔釜的再沸器41、51、61、71需外部提供中压蒸汽作为热源,因此脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔顶的出气口气体携带大量潜热。脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔顶分别连接有蒸汽发生器42、52、63、72,脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔顶的出气口气体的余热作为热源通过各自塔顶的蒸汽发生器42、52、62、72产生低压蒸汽。甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔8的塔釜分别设有再沸器11、21、81、101,脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔顶的蒸汽发生器42、52、62、72产生的低压蒸汽汇总后为甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔10的塔釜的再沸器提供低压蒸汽。甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔10由于塔内混合物料主要成分为甲醇,沸点低,分类难度小,因此精馏所需温度相对较低。甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔10的塔釜的温度在50-90℃之间,甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔10的塔釜的再沸器11、21、81、101利用脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔顶的蒸汽发生器42、52、62、72产生的低压蒸汽作为热源。本实施例中的各精馏塔通过合理的流程设计和热量衡算,在保证优异精馏效果,得到聚酯级乙二醇产品的同时,使外部供应的热量减至最低,从而降低综合能耗。脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6和脱重塔7的塔釜的蒸汽发生器42、52、62、72产生的蒸汽量分别为1-1.2、0.6-0.8、0.6-0.8、0.1-0.3吨/吨乙二醇,总计2.3-3.1吨/吨乙二醇;甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、轻组分回收塔8和乙醇塔10的塔釜的再沸器11、21、81、101所需蒸汽量分别为1.7-1.9、0.1-0.3、0.1-0.3、0-0.1吨/吨乙二醇,总计1.9-2.6吨/吨乙二醇。
本申请中的蒸汽发生器可以采用现有技术中已有的技术。作为优化的可选方案,本实施例中的蒸汽发生器42、52、62、72可以均为一种高通量冷凝器,其结合了换热器和废热锅炉的特点。蒸汽发生器42、52、62、72的壳体顶部均为锥形,锥形壳体顶部可大幅增大气相空间。在蒸汽发生器42、52、62、72的顶部正中间位置均设置出口气体管口,使产生的蒸汽充满整个壳层顶部空间并从该出口气体管口不断流走。蒸汽发生器42、52、62、72的底部都均匀设有多个补充水入口,水流在换热管之间喷射进入,避免局部过热。基于蒸汽发生器42、52、62、72的特殊结构形式,在保证充足气相空间的同时可消除流动的死区,使换热效率大大提供,可明显增加蒸汽的流通量。
如图1所示,基于本实施例中热量耦合的煤制乙二醇精馏系统的煤制乙二醇精馏方法,如下:
将55吨/小时,主要组成为乙二醇90%(摩尔百分比,下同)、7.5%甲醇、0.1%乙二醇、1%丁二醇、1.5%二乙二醇的粗原料加入甲醇精馏塔A1,甲醇精馏塔A1的塔釜的物料进入甲醇精馏塔B2进一步分离,同时甲醇精馏塔B2补入115吨/小时,含85%甲醇、12%乙二醇、0.2%丙二醇、0.1%丁二醇、0.2%二乙二醇的另一股稀原料(相对于以上的粗原料来说,乙二醇含量比较低),甲醇精馏塔A1和甲醇精馏塔B2的塔顶蒸出99.9%(纯度)的精甲醇;甲醇精馏塔A1和甲醇精馏塔B2的塔釜操作温度70℃,需要0.1MPaG蒸汽消耗量分别为110吨/小时和15吨/小时,甲醇精馏塔B2的塔釜物料中轻组分进入轻组分回收塔8和乙醇塔10两级分离采乙醇产品;乙醇塔10的塔釜的物料为95%的乙醇产品,轻组分回收塔8的乙醇塔10的塔顶采出粗甲醇产品;轻组分回收塔8的乙醇塔10的塔釜操作温度分别为90℃和80℃,需要0.1MPaG蒸汽消耗量分别为8吨/小时和1吨/小时;
甲醇精馏塔A1的塔釜的重组分进入脱醇塔4继续脱除丙二醇和丁二醇,脱醇塔4的塔釜的操作温度160℃,需要1.0MPaG蒸汽消耗量为75吨/小时,脱醇塔4的塔釜的蒸汽发生器产0.1MPaG蒸汽消耗量为75吨/小时;脱醇塔4的塔釜的物料进入综合处理塔5,综合处理塔5的塔釜的物料进入脱重塔,综合处理塔5的塔釜的操作温度150℃,需要1.0MPaG蒸汽消耗量为45吨/小时,综合处理塔5的塔釜的蒸汽发生器产0.1MPaG蒸汽消耗量为45吨/小时;综合处理塔5的塔侧线采出物料进入乙二醇产品塔6进行产品精制,乙二醇产品塔6的塔顶的物料进入综合处理塔5回蒸;乙二醇产品塔6的塔侧线采出99.99%纯度的乙二醇产品,乙二醇产品塔6的塔釜的操作温度140℃,需要1.0MPaG蒸汽消耗量为45吨/小时,乙二醇产品塔6的塔釜的蒸汽发生器产0.1MPaG蒸汽消耗量为45吨/小时;乙二醇产品塔6的塔釜的物料进入脱重塔7,脱重塔7的塔顶蒸出的乙二醇返回综合处理塔5,乙二醇产品塔6的塔釜的物料为重组分二元醇;脱重塔7的塔釜的操作温度155℃,需要1.5MPaG蒸汽消耗量为20吨/小时,脱重塔7的塔釜的蒸汽发生器产0.1MPaG蒸汽消耗量为10吨/小时。
综上,采用热耦合工艺代替循环水取热,利用高温精馏塔顶的蒸汽发生器42、52、62、72产生的低压蒸汽直接供低温精馏塔的塔釜的再沸器11、21、81、101供热,实现了低位热能的升级利用。对于年产50万吨乙二醇的系统,在保证乙二醇回收率不低于98.5%时,与普通精馏比降低蒸汽消耗135吨/小时,同等减少循环水(10℃温差)消耗7650吨/小时,无需增加电耗。
作为优化,甲醇精馏塔A1、甲醇精馏塔B2、脱醇塔4、综合处理塔5、乙二醇产品塔6、脱重塔7、轻组分回收塔8和乙醇塔10均连接真空系统,通过真空系统条件真空度,使各个精馏塔在较低的温度下进行,一方面可实现精馏工序对较低温度蒸汽的有效利用,更灵活地进行热量匹配,另一方面较低的精馏温度可避免乙二醇被反复加热,降低聚合物的生成和降低热量消耗。基于混合物料中杂质含量的变化和差异,可对各塔的真空值进行不同的设置和组合,本实施例中原料组成下,作为优化的,设置甲醇精馏塔A1压力-0.04MPaG,甲醇精馏塔B2压力-0.04MPaG,脱醇塔4压力-0.04MPaG、综合处理塔5压力-0.04MPaG、乙二醇产品塔6压力-0.04MPaG、脱重塔7压力-0.04MPaG、轻组分回收塔8压力-0.04MPaG,乙醇塔10压力-0.04MPaG。
以上具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对以上实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (13)

1.一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:包括甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B,还包括与所述甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B连接的轻组分分离组件和重组分分离组件,所述重组分分离组件包括依次连接的脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔,脱醇塔、综合处理塔和乙二醇产品塔的塔顶均连接有蒸汽发生器,所述蒸汽发生器为甲醇精馏塔A和甲醇精馏塔B的塔釜的再沸器提供蒸汽。
2.根据权利要求1所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述重组分分离组件还包括脱重塔,所述脱重塔分别与所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔连接,所述脱重塔的塔顶连接有蒸汽发生器。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述轻组分分离组件包括依次设置的轻组分回收塔和乙醇塔。
4.根据权利要求3所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述轻组分回收塔和所述乙醇塔的塔釜也分别设有再沸器,所述蒸汽发生器为所述再沸器提供蒸汽。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述脱醇塔、所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜设有再沸器。
6.根据权利要求2所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述脱重塔的塔釜设有再沸器。
7.根据权利要求1所述的一种煤制乙二醇精馏系统,其特征在于:所述甲醇精馏塔A、甲醇精馏塔B、所述轻组分分离组件和所述重组分分离组件均连接真空系统。
8.根据权利要求1或2所述的一种煤制乙二醇的精馏系统,其特征在于:所述蒸汽发生器的壳体顶部为锥形并设置有出口气体管口,所述蒸汽发生器的底部均匀设有多个补充水入口。
9.一种煤制乙二醇的精馏方法,其特征在于:包括以下步骤:粗原料加入甲醇精馏塔A,甲醇精馏塔A的塔釜的物料进入甲醇精馏塔B进一步分离;甲醇精馏塔B补入稀原料,甲醇精馏塔A的甲醇精馏塔B的塔顶蒸出甲醇;甲醇精馏塔A的塔釜的重组分进入脱醇塔;脱醇塔的塔釜的物料进入综合处理塔,综合处理塔的塔侧线采出物料进入乙二醇产品塔进行产品精制,乙二醇产品塔的塔顶的物料进入综合处理塔回蒸,乙二醇产品塔的塔侧线采出乙二醇产品。
10.根据权利要求9所述的一种煤制乙二醇的精馏方法,其特征在于:所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜物料进入脱重塔。
11.根据权利要求10所述的一种煤制乙二醇的精馏方法,其特征在于:所述脱醇塔、所述综合处理塔、所述乙二醇产品塔和所述脱重塔的塔顶物料进入乙二醇回收系统。
12.根据权利要求9或10所述的一种煤制乙二醇的精馏方法,其特征在于:所述脱醇塔、所述综合处理塔和所述乙二醇产品塔的塔釜的温度在120-160℃。
13.根据权利要求9或10所述的一种煤制乙二醇的精馏方法,其特征在于:所述甲醇精馏塔A和所述甲醇精馏塔B的塔釜的温度在50-90℃。
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