CN112608232A - 甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法，包括热回收换热器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器；脱水塔塔底、成品塔塔底和提馏塔塔底均依次安装预热再沸器与塔底再沸器；热回收换热器的管程进口与动力循环泵的出口连接，动力循环泵的进口与反应釜的反应液出口连接，热回收换热器的管程出口与反应釜的反应液进口连接，热回收换热器的壳程进口与锅炉水出口连接，热回收换热器的壳程出口连接再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、预热再沸器，热回收换热器的壳程出口的管线安装背压阀。本发明能够将合成醋酸反应过程中反应热应用到甲醇低压羰基合成醋酸工艺中，降低反应热的浪费，降低能耗。

Description

甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法
技术领域
本发明涉及甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
醋酸是重要的化学中间体和化学反应用溶剂，在目前投用的醋酸合成的工艺中，最常用的一种是甲醇低压羰基合成工艺，该工艺由美国孟山都公司在70年代首创，经过几十年的革新发展，生产工艺有了重大突破：如BP公司的Cativa工艺、Celanese公司的低水含量工艺、UOP/Chiyoda的Acetica工艺、Haldor Topsoe的甲醇/二甲醚生产醋酸新工艺，以及中国西南化工研究设计院开发的蒸发流程等。
甲醇低压羰基合成醋酸主要生产过程可以概述为：原料一氧化碳从反应釜底进入反应釜，原料甲醇与来自精馏工段的稀醋酸及碘甲烷混合后进入反应釜，各股物料在催化剂及助催化剂的作用下，通过控制一定的温度(188～195℃)和压力(2.75～2.95MPa)发生反应生成醋酸，反应方程式为：CH3OH+CO→CH3COOHΔH＝－2265kJ/kg，该过程为放热反应。经过发明人研究发现，合成醋酸反应过程中释放出的大量反应热，一部分通过母液闪蒸循环方式移除，另外一部分通过循环水换热器移除，造成大量反应热浪费。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法，能够将合成醋酸反应过程中反应热应用到甲醇低压羰基合成醋酸工艺中，降低反应热的浪费，同时降低甲醇低压羰基合成醋酸工艺对1MPa以上高品位蒸汽的需求，从而降低能耗。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，包括热回收换热器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器；
按照脱水塔塔底循环液相流向，脱水塔预热再沸器与脱水塔的塔底再沸器依次串联；按照成品塔塔底循环液相流向，成品塔预热再沸器与成品塔的塔底再沸器依次串联；按照提馏塔塔底循环液相流向，提馏塔预热再沸器与提馏塔的塔底再沸器依次串联；脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器连接锅炉蒸汽源；
所述热回收换热器为壳管式换热器，热回收换热器的管程进口与动力循环泵的出口连接，动力循环泵的进口与反应釜的反应液出口连接，热回收换热器的管程出口与反应釜的反应液进口连接，热回收换热器的壳程进口与锅炉水出口连接，热回收换热器的壳程出口连接再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器，热回收换热器的壳程出口的管线安装背压阀。
另一方面，一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，提供上述系统，动力循环泵将反应釜中不低于190℃的反应液加压后输送至热回收换热器，对锅炉水进行加热，同时通过背压阀，形成0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽，采用0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽对再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器进行加热，采用来自锅炉的1.2～1.4MPa的蒸汽对脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器进行加热。
本发明经过研究发现，甲醇低压羰基合成醋酸工艺中的精馏塔(脱轻塔、脱水塔、成品塔、提馏塔等)对于温度的要求均不相同，合成醋酸反应过程中的回收热难以同时满足这些精馏塔的温度要求，通过进一步研究发现，当将合成醋酸反应过程中回收热量的蒸汽控制在0.6～0.8MPa(G)时，能够满足脱轻塔、脱烷塔、再生塔的温度需求，但是仍然无法满足部分高温精馏塔(如脱水塔、成品塔、提馏塔等)的温度需求。因而本发明在这部分高温精馏塔的塔底串联两个再沸器，目的在于采用回收热量的蒸汽进行预热，然后采用1.2～1.4MPa的蒸汽进行再加热，能够大大降低1.2～1.4MPa的蒸汽的消耗。为了使得合成醋酸反应过程中回收热量的蒸汽控制在0.6～0.8MPa(G)，本发明采用锅炉水对反应釜中的反应液中的热量进行回收，锅炉水本身具有一定的热量，再采用热回收换热器的壳程为锅炉水、管程为反应釜中的反应液，增加锅炉水的吸热效果，采用动力循环泵对反应釜中的反应液进行加压，同时增加背压阀，对蒸汽压力进行调节，实现利用合成醋酸反应过程中的反应热产生0.6～0.8MPa(G)的饱和蒸汽，从而利用合成醋酸反应过程中的反应热对甲醇低压羰基合成醋酸工艺中的所有精馏塔提供热量，以降低甲醇低压羰基合成醋酸工艺中对原1.2～1.4MPa的蒸汽的消耗。
本发明的有益效果为：
本发明通过增加热回收换热器、对换热流体的选择、对换热流体路径的选择、动力循环泵和背压阀的添加，从而利用合成醋酸反应过程中的反应热生产0.6～0.8MPa(G)的饱和蒸汽，该回收了蒸汽能够对工艺中所有的精馏塔提供热量，而且能够对其中部分精馏塔(脱轻塔、脱烷塔、再生塔等)提供全部热量，大大降低了原工艺对蒸汽总量的消耗，降低甲醇低压羰基合成醋酸工艺的能耗，减少能源的浪费。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统的结构示意图；
其中，1、反应釜，2、蒸发器，3、脱轻塔，4、脱水塔，5、成品塔，6、提馏塔，7、分层器，8、脱烷塔，9、低压吸收塔，10、高压吸收塔，11、再生塔，12、热回收换热器，13、再生塔再沸器，14、脱轻塔再沸器，15、脱烷塔再沸器，16、脱水塔的塔底再沸器，17、脱水塔预热再沸器，18、成品塔的塔底再沸器，19、成品塔预热再沸器，20、提馏塔的塔底再沸器，21、提馏塔预热再沸器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有甲醇低压羰基合成醋酸工艺难以利用反应热对工艺中的所有精馏塔同时进行供能，本发明提出了甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统及方法。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，包括热回收换热器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器；
按照脱水塔塔底循环液相流向，脱水塔预热再沸器与脱水塔的塔底再沸器依次串联；按照成品塔塔底循环液相流向，成品塔预热再沸器与成品塔的塔底再沸器依次串联；按照提馏塔塔底循环液相流向，提馏塔预热再沸器与提馏塔的塔底再沸器依次串联；脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器连接锅炉蒸汽源；
所述热回收换热器为壳管式换热器，热回收换热器的管程进口与动力循环泵的出口连接，动力循环泵的进口与反应釜的反应液出口连接，热回收换热器的管程出口与反应釜的反应液进口连接，热回收换热器的壳程进口与锅炉水出口连接，热回收换热器的壳程出口连接再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器，热回收换热器的壳程出口的管线安装背压阀。
本发明采用锅炉水对反应釜中的反应液中的热量进行回收，锅炉水本身具有一定的热量，再采用热回收换热器的壳程为锅炉水、管程为反应釜中的反应液，增加锅炉水的吸热效果，采用动力循环泵对反应釜中的反应液进行加压，同时增加背压阀，对蒸汽压力进行调节，实现利用合成醋酸反应过程中的反应热产生0.6～0.8MPa(G)的饱和蒸汽，从而利用合成醋酸反应过程中的反应热对甲醇低压羰基合成醋酸工艺中的所有精馏塔提供热量。
本发明在这部分高温精馏塔的塔底串联两个再沸器，目的在于采用回收热量的蒸汽进行预热，然后采用1.2～1.4MPa的蒸汽进行再加热，能够大大降低1.2～1.4MPa的蒸汽的消耗。
该实施方式的一些实施例中，反应釜的液相产品出口连接蒸发器的物料进口，蒸发器的气相出口连接脱轻塔，脱轻塔的气相出口连接脱烷塔，脱轻塔的产品出口连接脱水塔的物料进口，脱水塔的塔底产品出口连接成品塔的物料进口，成品塔的塔底液相物料出口连接提馏塔的物料进口，反应釜的气相出口连接再生塔。
在一种或多种实施例中，脱轻塔的气相出口连接脱轻塔塔顶冷凝器的进口，脱轻塔塔顶冷凝器的出口连接脱烷塔。
在一种或多种实施例中，脱轻塔塔顶冷凝器的出口连接分层器，分层器的底部出口连接脱烷塔。
在一种或多种实施例中，分层器的顶部出口连接低压吸收塔，低压吸收塔的出口连接再生塔。
在一种或多种实施例中，分层器的中部出口连接脱轻塔上部进口。
在一种或多种实施例中，反应釜的气相出口连接高压吸收塔进口，高压吸收塔出口连接再生塔。
该实施方式的一些实施例中，蒸发器的底部物料出口连接反应釜的物料进口。
该实施方式的一些实施例中，脱轻塔底部液相物料出口连接蒸发器。
本发明的另一种实施方式，提供了一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，提供上述系统，动力循环泵将反应釜中不低于190℃的反应液加压后输送至热回收换热器，对锅炉水进行加热，同时通过背压阀，形成0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽，采用0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽对再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器进行加热，采用来自锅炉的1.2～1.4MPa的蒸汽对脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器进行加热。
该实施方式的一些实施例中，脱轻塔塔底的温度为128～134℃。
该实施方式的一些实施例中，脱烷塔塔底的温度为138～145℃。
该实施方式的一些实施例中，再生塔塔底的温度为90～92℃。
该实施方式的一些实施例中，脱水塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过脱水塔的塔底再沸器将温度升至156～159℃。
该实施方式的一些实施例中，成品塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过成品塔的塔底再沸器将温度升至145～150℃。
该实施方式的一些实施例中，提馏塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过提馏塔的塔底再沸器将温度升至156～158℃。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，如图1所示，包括甲醇低压羰基合成醋酸系统、热回收换热器12、脱水塔预热再沸器17、成品塔预热再沸器19和提馏塔预热再沸器21。
甲醇低压羰基合成醋酸系统包括反应釜1、蒸发器2、脱轻塔3、脱水塔4、成品塔5。反应釜的液相产品出口连接蒸发器2的物料进口，蒸发器2的气相出口连接脱轻塔，脱轻塔3的产品出口连接脱水塔4的物料进口，脱水塔4的塔底产品出口连接成品塔5的物料进口，成品塔5的产品出口连接产品冷凝器。成品塔5的塔底液相物料出口连接提馏塔6的物料进口。
脱轻塔3的气相出口连接脱轻塔塔顶冷凝器的进口，脱轻塔塔顶冷凝器的出口连接分层器7，分层器7的底部出口连接脱烷塔8，分层器7的顶部出口连接低压吸收塔9，低压吸收塔9的出口连接再生塔11。分层器7的中部出口连接脱轻塔3上部进口。脱轻塔3底部液相物料出口连接蒸发器2。
反应釜1的气相出口连接高压吸收塔10进口，高压吸收塔10出口连接再生塔11。
蒸发器2的底部物料出口连接反应釜1的物料进口。
脱水塔4塔底，按照循环液相流向依次安装脱水塔预热再沸器17与脱水塔的塔底再沸器16。
成品塔5塔底，按照循环液相流向依次安装成品塔预热再沸器19与成品塔的塔底再沸器18。
提馏塔6塔底，按照循环液相流向依次安装提馏塔预热再沸器21与提馏塔的塔底再沸器20。
热回收换热器12为壳管式换热器，热回收换热器12的管程进口与动力循环泵的出口连接，动力循环泵的进口与反应釜1的反应液出口连接，热回收换热器12的管程出口与反应釜1的反应液进口连接，热回收换热器12的壳程进口与锅炉水出口连接，热回收换热器12的壳程出口连接再生塔再沸器13、脱轻塔再沸器14、脱烷塔再沸器15、脱水塔预热再沸器17、成品塔预热再沸器19、提馏塔预热再沸器21，热回收换热器12的壳程出口的管线安装背压阀。
脱水塔的塔底再沸器16、成品塔的塔底再沸器18、提馏塔的塔底再沸器20连接锅炉蒸汽源(1.3MPa)。
甲醇低压羰基合成醋酸工艺原料甲醇和一氧化碳在反应釜中，在催化剂的作用下，通过控制一定条件发生反应生成醋酸；反应后的气相物流进入高压吸收塔，利用甲醇吸收尾气中助催化剂碘甲烷等组分，反应后的液相物流进入蒸发器中闪蒸分离；闪蒸后的液相主要包含醋酸、主催化剂等物流返回反应釜继续参加反应，闪蒸后的气相主要包含醋酸、醋酸甲酯、水、助催化剂等物流进入脱轻塔中。经过脱轻塔精馏操作，脱除助催化剂碘甲烷等轻组分，并通过脱烷塔脱除系统中的多碳烷烃；脱轻塔尾气进入低压吸收塔，利用甲醇吸收尾气中助催化剂碘甲烷等组分，脱轻塔分离后的粗醋酸进入脱水塔中进行脱水操作；经脱水后的干燥醋酸从脱水塔塔釜采出后，进入成品塔中进行提纯精馏，并配合提馏塔一并脱除系统中丙酸杂质。再生塔的作用是对碘甲烷进行再生。
热量产生过程为：原料甲醇和一氧化碳在反应釜内，在催化剂及助催化剂的作用下，通过控制一定的压力和温度，发生反应生成醋酸，反应过程中释放出热量。
反应热热量回收过程为：192℃的高温反应液从反应釜中部流出，通过动力循环泵加压后进入热回收换热器，热回收换热器壳程为高温锅炉水，管程为高温反应液，两股物料间壁换热，高温锅炉水部分汽化变成0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽，蒸汽温度158～175℃，回收应用于各精馏塔加热蒸汽或用于发电装置，高温反应液温度降低后从反应釜上部返回反应釜继续参加反应。由于高温反应液初始温度及副产蒸汽的压力限制，因此高温反应液流量决定了反应热回收的效率，针对小反应釜可以设置一套热量回收装置，针对大反应釜，在生产负荷较高的情况下，可以设置两套及以上热量回收装置，热能回收效率更高，可利用的蒸汽品位越广泛。
回收热量利用过程为：脱轻塔、脱烷塔、再生塔釜温控制较低，可以直接使用通过反应热副产的0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽，温控指标为：脱轻塔釜温度指标128～134℃，脱烷塔釜温度指标138～145℃，再生塔釜温度指标90～92℃。发电装置也直接利用该副产蒸汽发电。脱水塔、成品塔、提馏塔釜温控制较高，该副产蒸汽无法满足精馏分离要求，需串联两台再沸器，首先通过第一再沸器利用该副产蒸汽首先将温度提升至125～145℃，然后通过第二再沸器利用1.3MPa蒸汽继续加热至合适温度，温控指标为：脱水塔釜温度指标156～159℃，成品塔釜温度指标145～150℃，提馏塔釜温度指标156～158℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，其特征是，包括热回收换热器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器；
按照脱水塔塔底循环液相流向，脱水塔预热再沸器与脱水塔的塔底再沸器依次串联；按照成品塔塔底循环液相流向，成品塔预热再沸器与成品塔的塔底再沸器依次串联；按照提馏塔塔底循环液相流向，提馏塔预热再沸器与提馏塔的塔底再沸器依次串联；脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器连接锅炉蒸汽源；
所述热回收换热器为壳管式换热器，热回收换热器的管程进口与动力循环泵的出口连接，动力循环泵的进口与反应釜的反应液出口连接，热回收换热器的管程出口与反应釜的反应液进口连接，热回收换热器的壳程进口与锅炉水出口连接，热回收换热器的壳程出口连接再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器，热回收换热器的壳程出口的管线安装背压阀。
2.如权利要求1所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，其特征是，反应釜的液相产品出口连接蒸发器的物料进口，蒸发器的气相出口连接脱轻塔，脱轻塔的气相出口连接脱烷塔，脱轻塔的产品出口连接脱水塔的物料进口，脱水塔的塔底产品出口连接成品塔的物料进口，成品塔的塔底液相物料出口连接提馏塔的物料进口，反应釜的气相出口连接再生塔。
3.如权利要求2所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，其特征是，脱轻塔的气相出口连接脱轻塔塔顶冷凝器的进口，脱轻塔塔顶冷凝器的出口连接脱烷塔；
优选的，脱轻塔塔顶冷凝器的出口连接分层器，分层器的底部出口连接脱烷塔；
进一步优选的，分层器的顶部出口连接低压吸收塔，低压吸收塔的出口连接再生塔；
进一步优选的，分层器的中部出口连接脱轻塔上部进口；
优选的，反应釜的气相出口连接高压吸收塔进口，高压吸收塔出口连接再生塔。
4.如权利要求2所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，其特征是，蒸发器的底部物料出口连接反应釜的物料进口。
5.如权利要求2所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的系统，其特征是，脱轻塔底部液相物料出口连接蒸发器。
6.一种甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，其特征是，提供权利要求1～5任一所述的系统，动力循环泵将反应釜中不低于190℃的反应液加压后输送至热回收换热器，对锅炉水进行加热，同时通过背压阀，形成0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽，采用0.6～0.8MPa(G)饱和蒸汽对再生塔再沸器、脱轻塔再沸器、脱烷塔再沸器、脱水塔预热再沸器、成品塔预热再沸器、提馏塔预热再沸器进行加热，采用来自锅炉的1.2～1.4MPa的蒸汽对脱水塔的塔底再沸器、成品塔的塔底再沸器、提馏塔的塔底再沸器进行加热。
7.如权利要求6所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，其特征是，脱轻塔塔底的温度为128～134℃。
8.如权利要求6所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，其特征是，脱烷塔塔底的温度为138～145℃。
9.如权利要求6所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，其特征是，再生塔塔底的温度为90～92℃。
10.如权利要求6所述的甲醇低压羰基合成醋酸工艺反应热回收利用的方法，其特征是，脱水塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过脱水塔的塔底再沸器将温度升至156～159℃；
或，成品塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过成品塔的塔底再沸器将温度升至145～150℃；
或，提馏塔预热再沸器先将温度升至125～145℃，然后通过提馏塔的塔底再沸器将温度升至156～158℃。
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