CN110256202B - 一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，使第一加压塔精馏塔顶采出的精甲醇气相热量先满足第二加压精馏塔塔底再沸负荷，剩余精甲醇气相热量为常压精馏塔塔底再沸提供热量，第二加压精馏塔的塔顶甲醇气相热量作为预精馏塔塔底再沸器热源。本发明创造所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法的第一加压塔塔顶热量进行二路三次利用，形成四效的热能利用效果，能够使得加压精馏塔塔顶气相物料的热量得到最大化的合理分配和利用，有效降低甲醇精馏系统的能耗。
Description
技术领域
本发明创造属于化工领域，尤其是涉及一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法。
背景技术
甲醇是一种重要的基础有机化工原料和新型能源燃料，工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳加压催化加氢的方法，工艺过程包括造气、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等工序，甲醇精馏的主要任务是脱除易挥发组分如二甲醚，以及难挥发的乙醇、高碳醇和水，生产符合产品要求的精甲醇。随着煤化工行业的蓬勃发展，甲醇精馏装置的规模也越来越大，如何降低甲醇精制装置单吨精甲醇的能耗已成为企业生存和提高竞争力的关键，广大科研工作者以此为研究对象进行深入研究。
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精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔进行精馏分离，在加压塔塔顶出料和常压塔塔顶出料分别获得甲醇产品。分离顺序为由预精馏塔脱除粗甲醇中的轻组分，塔釜的预后粗甲醇进入加压精馏塔，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，实现顺流双效精馏，杂醇从常压塔侧线采出，废水从常压塔塔底排出。这种方法是常见的粗甲醇精制过程，甲醇精馏过程能耗约为3223.7MJ/吨甲醇产品，生产能耗较高，随着甲醇精制规模的扩大，总能量消耗也显著增加。
为降低甲醇精馏的能耗，现有技术具有多种尝试方案，例如增设为五塔精馏，或者采用热泵技术。但是五塔精馏直接导致了场地、塔投资、以及冷凝水需耗等其他问题，热泵精馏也具有设备投资和功率消耗的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，能够使得加压精馏塔塔顶气相物料的热量得到最大化的合理分配和利用，有效降低甲醇精馏系统的能耗。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，使第一加压塔精馏塔顶采出的精甲醇气相热量先满足第二加压精馏塔塔底再沸负荷，剩余精甲醇气相热量为常压精馏塔塔底再沸提供热量，第二加压精馏塔的塔顶甲醇气相热量作为预精馏塔塔底再沸器热源。
进一步，粗甲醇进入到预精馏塔中，轻组分和少部分甲醇以气态形式自预精馏塔塔顶采出，含水甲醇溶液自预精馏塔塔底采出并进入第一加压精馏塔；第一加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料分为两股：一股送至第二加压塔再沸器进行换热，另一股进入常压塔再沸器进行换热；第一加压精馏塔塔底采出的含水甲醇溶液进入第二加压精馏塔；第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料送到预精馏塔再沸器，为预精馏塔提供热源，经冷凝后的精甲醇冷凝液打入第二加压塔回流罐，然后分为两股：第一股回流进入第二加压精馏塔，第二股作为产品采出；第二加压精馏塔塔底物料进入常压精馏塔；常压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料分为两股：一股作为产品采出，另一股回流进入常压精馏塔；常压精馏塔塔底采出废水物料。
进一步，所述预精馏塔的理论塔板数为48-55层，塔顶采出的温度为65-73℃、压力为10-30kPa、回流比为1.5-2.2，塔底采出温度为81-85℃，压力为120-160kPa；所述第一加压精馏塔的塔板数为80-95层，塔顶采出的温度125-135℃、压力为630-730kPa、回流比为1.9-3.3，塔底采出温度为131℃，压力为649-740kPa；所述第二加压精馏塔的塔板数为80-95层，塔顶采出的温度为90-105℃、压力220-260kPa、回流比为1.9-2.4，塔底采出温度为110-115℃，压力为250-310kPa；所述常压精馏塔的塔板数为75-90层，塔顶采出的温度为70-75℃、压力为15-30kPa、回流比为1.5-2.2，塔底采出温度为117℃，压力为170-195kPa。
进一步，所述粗甲醇的进料组成为：甲醇含量85-95w％，轻组分杂质3-5w％，重组分杂质2-5w％，水份5-8w％。
进一步，所述预精馏塔塔顶采出的气相物料中甲醇含量为40-50w％，塔底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为87-92w％；第一加压精馏塔顶采出的精甲醇气相物料中甲醇含量为99.99w％，底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为75-85w％；第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料中甲醇含量为99.99w％。
进一步，所述的第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料经热量交换成为精甲醇凝液并合并后，一股作为第二加压精馏塔的回流，另外一股物料以液体形式与常压精馏塔塔顶采出的精甲醇物料合并采出。
一种四塔四效的粗甲醇精制工艺系统，包括预精馏塔、第一加压精馏塔、第二加压精馏塔、常压精馏塔，所述的预精馏塔、第一加压精馏塔、第二加压精馏塔、常压精馏塔的塔底均设置有至少一台再沸器，所述的预精馏塔的塔底采出口与所述的第一加压精馏塔的进料口连接；所述的第一加压精馏塔的塔顶采出口分出两条支路：一支接入所述的第二加压精馏塔塔底的再沸器，一支接入常压精馏塔底部的再沸器；所述的第一加压精馏塔塔底采出口与第二加压精馏塔相连，第二加压精馏塔气相出口与预精馏塔再沸器相连，所述的预精馏塔再沸器相连与第二加压塔冷凝回流罐相连，所述的第二加压塔冷凝回流罐分出两条支路：一支与第二加压精馏塔相连，一支与产品采出装置相连；第二加压精馏塔塔底与所述的常压精馏塔相连；常压精馏塔塔顶采出口分出两条支路：一支与产品采出装置相连，一支与常压精馏塔回流口相连。
进一步，所述的预精馏塔塔底设有三个再沸器，所述的第一加压精馏塔塔底设有两个再沸器，所述的第二加压精馏塔塔底设有1或2台再沸器，所述的常压精馏塔塔底设有1或2台再沸器。
进一步，所述的第二加压精馏塔再沸器与常压精馏塔再沸器分别与所述的第一加压精馏塔塔顶甲醇蒸汽口连接。
相对于现有技术，本发明创造所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法具有以下优势：
(1)本发明创造所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法中第一加压塔塔顶热量进行二路三次利用，形成四效的热能利用效果，能够使得加压精馏塔塔顶气相物料的热量得到最大化的合理分配和利用，有效降低甲醇精馏系统的能耗。
(2)本发明创造所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法中第二加压塔、常压塔的全部热源来自第一加压塔塔顶甲醇蒸汽，预塔再沸器的全部热源来源于第二加压塔，这部分热流被利用了三次，即第一加压塔、第二加压塔、预精馏塔，因而每吨精甲醇综合能耗可以降低到0.73吨蒸汽，相对于三塔三效精馏蒸汽消耗0.85-0.90吨蒸汽降低了23.28％。
(3)由于不同工厂的加压塔的增容能力不同，有些设备的塔径、再沸器换热面积收到限制，塔内件气液通量受限，三塔三效的改造方案实施难度较大；本发明创造所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法相比传统三塔顺流双效工艺和三塔三效精馏塔工艺，增加一台第二加压塔、一台预精馏塔再沸器，可以大大降低项目改造实施难度，有效提升现有工厂的节能水平。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，粗甲醇(40℃、0.5MPa、120m3/h)经过预精馏塔进料预热器E104进入到预精馏T101中，通过塔内52层高效DVST塔板或者若干段填料的气液充分接触，粗甲醇中的轻组分和一少部分甲醇以气态形式依次进入预塔第一冷凝器E105和预塔第二冷凝器E106，气液经过气液分离器V103，不凝气(CO、CO2、H2、N2、CH4、多碳烷烃、乙酸乙酯、二甲醚等40℃、0.12MPa(A)、3.0-50.0m3/h)进入后续后处理和火炬系统，冷凝液进入预塔回流罐V102，通过预塔回流泵P103增压后，进入到T101塔的顶部52层塔板进行回流，控制甲醇的带出量；在预塔的底部设置有三台再沸器，分别是E101、E102和E103，其中两台E102和E103是采用常规蒸汽进行加热，E101预精馏塔再沸器采用第二加压精馏塔塔顶蒸汽(约95℃，99.99％的甲醇,0.26Mpa)进行加热，在E101旁边设置有一台立式缓冲罐V101，精甲醇循环泵P101。
预精馏塔脱除轻组分后，经过预精馏塔塔釜泵P102采出含水甲醇溶液，经过凝结水热量回收换热器，即加压塔预热器预热后进入到第一加压塔T102的中下部塔板之上。第一加压塔塔底设置有2台再沸器，分别是第一加压塔第一再沸器E108、第一加压塔第二再沸器E109，通过蒸汽进行供热。第一加压塔内气液经过高效DVST塔板或填料进行气液传质、传热，塔顶出来的精甲醇通过管线M100分成两股，分别是M200和M300，M300管线(122℃，99.99％的甲醇，0.702Mpa)进入到E117第二加压塔再沸器的壳程进行换热，M200物料进入E112常压塔再沸器进行换热，精甲醇冷凝液回到V104第一加压塔回流罐。第二加压塔的塔顶甲醇蒸汽M400引导次高温、高压甲醇蒸汽进入到V101气液分离罐，然后进入的预精馏塔的热耦合再沸E101中，提供热量给T101，进而降低或取代E102的水蒸气消耗，达到节能降耗的目的。
M200管线(122℃，99.99％的甲醇,0.702Mpa)引导一部分高温、高压甲醇蒸汽进入到常压塔再沸器E112中，提供该再沸器所需的热量。
从第一加压塔T102塔底采出的含水甲醇溶液，通过液位控制系统LICA-003进入到第二加压塔T103中。在第二压塔T103中，气液通过高效塔盘或者填料进行气液传热、传质，甲醇中的水分、乙醇、杂醇等充分脱除，塔顶气相(物料名称M400，96℃，99.994％的甲醇，0.26Mpa)进入到E101进行冷凝、冷却，进入到第二加压塔回流罐V107中，其中的液体通过第二加压塔回流泵P107增压后，一股(82℃，99.994％的甲醇，0.13Mpa)回到第一加压塔塔顶，另外一股的流量与回流罐液位进行连锁控制，进入到精甲醇冷却器E119，被循环水降温后，与主管线合并输送至精甲醇罐区。
从第二加压塔塔底出来的物料，通过泵P108打入常压塔T104中，气液通过高效塔盘进行气液传热、传质，甲醇中的水分充分脱除，塔顶气相(72℃，99.99％的甲醇，0.13Mpa)进入到E115进行冷凝、冷却，进入到常压塔回流罐中，其中的液体通过常压塔回流泵P106增压后，一股(72℃，99.99％的甲醇，0.13Mpa)回到常压塔塔顶，另外一股的流量与回流罐液位进行连锁控制，进入到精甲醇冷却器E116，被循环水降温后，与主管线合并输送至精甲醇罐区。塔中下部设有杂醇采出口，富集的乙醇等杂醇，通过杂醇冷却器E114和杂醇缓冲罐V105后(40℃，70％的水，0.167Mpa)，利用P106杂醇采出泵，输送到杂醇罐区。T104塔底的废水通过常压废水泵P105增压后，利用废水冷却器E113的循环水降温冷却，甲醇含量将至0.1％以下，COD达到200以下，经化验合格后，利用废水冷却器E113的循环水降温冷却，输送到污水处理厂生化治理。
在某甲醇工厂，采用传统的三塔二效工艺，进料量是60m3/h,操作参数达到最佳时，能耗为1.2吨蒸汽/精甲醇，进行节能改造核算时，发现第一加压精馏塔的塔径不能满足给预精馏塔热耦合状态下的气液处理能力要求，采用所述的四塔四效精馏路线，新增一台第二加压精馏塔，给预精馏塔再沸器提供热源，第二加压精馏塔的再沸器采用第一加压塔的塔顶甲醇蒸汽，预精馏塔的正常蒸汽消耗为13吨/h，开车调试过程中采用第二加压精馏塔的甲醇蒸汽为新增预精馏塔的再沸器供热，逐渐减小预精馏塔水蒸汽的加入量，最终把预精馏塔水蒸汽消耗量降至零。精甲醇的最终综合水蒸汽消耗量为0.85t/吨精甲醇。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，其特征在于：使第一加压塔精馏塔顶采出的精甲醇气相热量先满足第二加压精馏塔塔底再沸负荷，剩余精甲醇气相热量为常压精馏塔塔底再沸提供热量，第二加压精馏塔的塔顶甲醇气相热量作为预精馏塔塔底再沸器热源，
粗甲醇进入到预精馏塔中，轻组分和少部分甲醇以气态形式自预精馏塔塔顶采出，含水甲醇溶液自预精馏塔塔底采出并进入第一加压精馏塔；第一加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料分为两股：一股送至第二加压塔再沸器进行换热，另一股进入常压塔再沸器进行换热；第一加压精馏塔塔底采出的含水甲醇溶液进入第二加压精馏塔；第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料送到预精馏塔再沸器，为预精馏塔提供热源，经冷凝后的精甲醇冷凝液打入第二加压塔回流罐，然后分为两股：第一股回流进入第二加压精馏塔，第二股作为产品采出；第二加压精馏塔塔底物料进入常压精馏塔；常压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料分为两股：一股作为产品采出，另一股回流进入常压精馏塔；常压精馏塔塔底采出废水物料，
所述预精馏塔的理论塔板数为48-55层，塔顶采出的温度为65-73℃、压力为10-30kPa、回流比为1.5-2.2，塔底采出温度为81-85℃，压力为120-160kPa；所述第一加压精馏塔的塔板数为80-95层，塔顶采出的温度125-135℃、压力为630-730kPa、回流比为1.9-3.3，塔底采出温度为131℃，压力为649-740kPa；所述第二加压精馏塔的塔板数为80-95层，塔顶采出的温度为90-105℃、压力220-260kPa、回流比为1.9-2.4，塔底采出温度为110-115℃，压力为250-310kPa；所述常压精馏塔的塔板数为75-90层，塔顶采出的温度为70-75℃、压力为15-30kPa、回流比为1.5-2.2，塔底采出温度为117℃，压力为170-195kPa。
2.根据权利要求1所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，其特征在于：所述粗甲醇的进料组成为：甲醇含量85-95w％，轻组分杂质3-5w％，重组分杂质2-5w％，水份5-8w％。
3.根据权利要求1所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，其特征在于：所述预精馏塔塔顶采出的气相物料中甲醇含量为40-50w％，塔底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为87-92w％；第一加压精馏塔顶采出的精甲醇气相物料中甲醇含量为99.99w％，底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为75-85w％；第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料中甲醇含量为99.99w％。
4.根据权利要求1所述的四塔四效的粗甲醇精制工艺方法，其特征在于：所述的第二加压精馏塔塔顶采出的精甲醇气相物料经热量交换成为精甲醇凝液并合并后，一股作为第二加压精馏塔的回流，另外一股物料以液体形式与常压精馏塔塔顶采出的精甲醇物料合并采出。
5.一种四塔四效的粗甲醇精制工艺系统，其特征在于：包括预精馏塔、第一加压精馏塔、第二加压精馏塔、常压精馏塔，所述的预精馏塔、第一加压精馏塔、第二加压精馏塔、常压精馏塔的塔底均设置有至少一台再沸器，所述的预精馏塔的塔底采出口与所述的第一加压精馏塔的进料口连接；所述的第一加压精馏塔的塔顶采出口分出两条支路：一支接入所述的第二加压精馏塔塔底的再沸器，一支接入常压精馏塔底部的再沸器；所述的第一加压精馏塔塔底采出口与第二加压精馏塔相连，第二加压精馏塔气相出口与预精馏塔再沸器相连，所述的预精馏塔再沸器与第二加压塔冷凝回流罐相连，所述的第二加压塔冷凝回流罐分出两条支路：一支与第二加压精馏塔相连，一支与产品采出装置相连；第二加压精馏塔塔底与所述的常压精馏塔相连；常压精馏塔塔顶采出口分出两条支路：一支与产品采出装置相连，一支与常压精馏塔回流口相连；所述的预精馏塔塔底设有三个再沸器，所述的第一加压精馏塔塔底设有两个再沸器，所述的第二加压精馏塔塔底设有1或2台再沸器，所述的常压精馏塔塔底设有1或2台再沸器；
所述的第二加压精馏塔再沸器与常压精馏塔再沸器分别与所述的第一加压精馏塔塔顶甲醇蒸汽口连接。
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