CN114904290A - 一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法及精馏装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，采用预精馏塔、负压精馏塔、加压精馏塔、杂醇回收塔四塔热泵热耦合；负压精馏塔塔顶蒸汽经过压缩机一增压升温之后为负压精馏塔再沸器二供热，杂醇回收塔塔顶的部分蒸汽通过压缩机二增压升温之后为杂醇回收塔再沸器一供热；还提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，包括依次连接的预精馏塔、负压精馏塔、加压精馏塔、杂醇回收塔，本申请充分进行热耦合，并发挥热泵技术的节能优势，对甲醇进行提纯的同时，减少了废水处理工段的压力和难度，使每吨精甲醇平均蒸汽消耗低于行业最低的蒸汽消耗水平，节省了能耗，降低了能源的浪费，最大程度实现节能。

Description

一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法及精馏装置

技术领域

本申请涉及化工、煤化工技术领域，具体涉及一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置。

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，广大科研工作者和工程技术人员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 2417-3223.7MJ/吨精甲醇产品，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，节能型工艺成为行业的优先选择对象。

对现有装置，为降低甲醇精馏的能耗，目前有多种尝试的解决方案，例如增设高压塔，与目前的加压塔耦合，成为五塔三效精馏工艺，或者采用热泵技术；五塔精馏改造模式直接导致场地限制性因素、塔投资增加、安全间距不够等其他问题；对于单一热泵精馏也具有动设备投资增加和用电配电站扩容的工程问题；当前三塔三效技术和改进型的三塔三效技术，对于扩产型节能来讲，塔径偏小的厂家存在难以满足扩产和节能需要的情况，另外，由于负压工况下，甲醇与水，甲醇与乙醇的分离难度降低，可以明显减少能耗，因而具备工程上的优势。

综上所述，现有技术中对于甲醇精馏系统，目前主要采用多效精馏，如五塔三效，五塔四效，三塔三效，改进型三塔三效，四塔四效，个别案例中，也有采用热泵嵌套入到某一个环节的方案，采用热泵嵌套的方案每吨精甲醇平均能耗都在0.6-0.9吨蒸汽，在王东亮《热泵耦合甲醇多效精馏节能新工艺》文章中，通过热泵和多效的耦合，能耗得到进一步的降低，能耗降到了0.45-0.50吨蒸汽/吨精甲醇，每一个改良型的技术革新都在取得能耗的明显下降，基于全球气候变化的背景，，能源的价格也在不断上升，更好的节能工艺和手段，将逐步得到应用；本申请旨在与通过将四塔与热泵、多效的耦合的进行结合，从而形成一种新的技术方案。

发明内容

本申请提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，采用预精馏塔、负压精馏塔、加压精馏塔、杂醇回收塔四塔热泵热耦合；

负压精馏塔塔顶蒸汽经过压缩机一增压升温之后对负压精馏塔再沸器二进行供热；

预精馏塔塔顶采出的轻组分杂质，进入到火炬系统进行处理，预精馏塔塔釜经过脱除轻组分杂质的粗甲醇进入到负压精馏塔；

负压精馏塔的塔顶采出精甲醇产品，负压精馏塔的塔釜物料进入到加压精馏塔；

加压精馏塔塔顶采出精甲醇产品，加压精馏塔侧线采出物料进入到杂醇回收塔，加压精馏塔的塔釜采出废水；

杂醇回收塔的塔顶采出燃料甲醇，杂醇回收塔的塔釜采出废水。

作为一种优选方案，加压精馏塔塔顶的部分蒸汽用于对预精馏塔的预精馏塔再沸器一进行供热；

作为一种优选方案，杂醇回收塔塔顶的部分蒸汽通过压缩机二增压升温之后对杂醇回收塔再沸器一进行供热；

作为一种优选方案，预精馏塔塔顶的部分蒸汽用于对废水处理装置进行供热；

作为一种优选方案，加压精馏塔的塔釜采出的废水、杂醇回收塔的塔釜采出的废水通过废水蒸发器进行处理，加热器为废水蒸发器提供热量。

作为一种优选方案，预精馏塔的操作压力为110-130KPa，塔顶温度为 68-72℃，塔釜温度为72-76℃。

作为一种优选方案，负压精馏塔的操作压力为60-95KPa，塔顶温度为50-65℃，塔釜温度为60-70℃。

作为一种优选方案，加压精馏塔的操作压力为190-300KPa，塔顶温度为 85-93℃，塔釜温度为105-125℃。

作为一种优选方案，杂醇回收塔的操作压力为101-130KPa，塔顶温度为 65-75℃，塔釜温度为102-108℃。

本申请提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，包括依次连接的预精馏塔、负压精馏塔、加压精馏塔、杂醇回收塔，所述负压精馏塔的底部连接有负压精馏塔再沸器一、负压精馏塔再沸器二，所述负压精馏塔的顶部通过换热管线五与所述负压精馏塔再沸器二连接，所述换热管线五上设有压缩机一。

作为一种优选方案，所述压缩机一为至少并联的两个压缩机组，每个压缩机组至少包括一台压缩机。

作为一种优选方案，所述杂醇回收塔的底部连接有杂醇回收塔再沸器一和杂醇回收塔再沸器二，所述杂醇回收塔再沸器一与杂醇立式缓冲罐连接，所述杂醇立式缓冲罐通过换热管线三、杂醇塔顶部管线与杂醇回收塔的顶部连接，所述换热管线三上设有压缩机二，所述杂醇立式缓冲罐还通过换热管线四与甲醇气体处理装置连接，所述换热管线四上设有粗甲醇循环泵。

作为一种优选方案，所述压缩机二为至少并联的两个压缩机组，每个压缩机组至少包括一台压缩机。

作为一种优选方案，所述甲醇气体处理装置包括与杂醇塔顶部管线、换热管线三连接的杂醇冷却器，所述杂醇冷却器一通过杂醇回收塔管线一与杂醇回水塔回流槽连接，杂醇回收塔管线一与所述换热管线四连接，杂醇回水塔回流槽与精甲醇冷却器一连接，所述杂醇回水塔回流槽还通过杂醇回收塔管线二与精甲醇冷却器二连接，所述杂醇回收塔管线二上设有杂醇回流泵，所述杂醇回收塔管线二通过杂醇回收塔管线三与杂醇回收塔的上部连接。

作为一种优选方案，所述加压精馏塔的底部、杂醇回收塔的底部与废水处理装置连接。

作为一种优选方案，所述废水处理装置包括废水蒸发器，所述废水蒸发器通过废水管线与加压精馏塔的底部连接，所述废水管线上设有废水泵，所述废水蒸发器的顶部连接有出水管线，所述出水管线上设有冷凝冷却器，所述废水蒸发器的底部设有出水管线一，所述废水蒸发器还连接有加热器，所述加热器通过换热管线一与预精馏塔的顶部连接，所述加热器通过换热管线二与所述预精馏塔气体处理装置连接；所述废水蒸发器通过采出管线与杂醇回收塔的底部连接。

作为一种优选方案，所述废水管线连接有废水管线一，所述废水管线一上设有废水冷却器。

作为一种优选方案，所述出水管线还与冷凝水回流管线连接，所述冷凝水回流管线与预精馏塔顶部连接的预精馏塔气体处理装置连接。

作为一种优选方案，杂醇回收塔通过杂醇回收管线与加压精馏塔连接，加压精馏塔、杂醇回收塔之间的杂醇回收管线上依次设有杂醇冷却器、杂醇缓冲罐、杂醇采出泵，所述杂醇回收塔的顶部连接有甲醇气体处理装置，所述杂醇回收塔的下部通过采出管线与废水处理装置连接，所述采出管线上设有杂醇回收塔塔釜泵。

作为一种优选方案，多个并联的压缩机一的公共端总线通过管线与负压精馏塔液体处理装置连接。

作为一种优选方案，所述预精馏塔气体处理装置包括预精馏塔第一冷凝器，所述预精馏塔第一冷凝器通过预精馏塔管线一与预精馏塔第二冷凝器连接，预精馏塔第二冷凝器通过预精馏塔管线二与预气液分离器连接，预气液分离器通过预精馏塔管线三与预回流槽连接，所述预回流槽通过预精馏塔回流管线与预精馏塔的顶部连接，所述预精馏塔回流管线上设有预塔回流泵；所述预回流槽的顶部通过预精馏塔管线四与预精馏塔第一冷凝器连接；所述预回流槽通过所述冷凝水回流管线与出水管线连接。

作为一种优选方案，所述负压精馏塔再沸器二通过换热管线六与负压精馏塔液体处理装置，所述负压精馏塔液体处理装置包括与换热管线六连接的负压回流罐，负压回流罐通过负压蒸馏塔管线一、负压蒸馏塔管线二与负压精馏塔的上部连接，所述负压回流罐通过负压蒸馏塔管线一、负压蒸馏塔管线三与精甲醇罐区连接，所述负压回流罐、精甲醇罐区之间的负压蒸馏塔管线三上依次设有负压塔第一冷却器、负压塔第二冷却器；所述负压蒸馏塔管线二、负压蒸馏塔管线三上均设有负压回流泵；所述负压回流罐通过所述管线与所述公共端总线连接，所述负压回流罐上连接有液体回收管线，液体回收管线与真空系统连接，所述液体回收管线上设有冷凝器。

作为一种优选方案，所述加压精馏塔的顶部设有加压精馏塔气体处理装置，所述加压精馏塔气体处理装置包括加压塔冷却器，所述加压塔冷却器通过加压精馏塔管线一与加压精馏塔顶部连接，所述加压塔冷却器通过加压精馏塔管线二与精甲醇罐区连接，所述加压塔冷却器、精甲醇罐区之间的加压精馏塔管线二上依次设有加压塔回流罐、加压塔回流泵、精甲醇冷却器，所述加压塔回流罐与预精馏塔再沸器连接。

作为一种优选方案，所述加压精馏塔管线二与负压蒸馏塔管线三连接。

作为一种优选方案，所述预精馏塔再沸器包括预精馏塔再沸器一和预精馏塔再沸器二，所述预精馏塔再沸器一的前部设有预塔立式缓冲罐，所述塔立式缓冲罐通过换热管线七与加压精馏塔管线一连接，所述塔立式缓冲罐还通过换热管线八与加压塔回流罐连接；所述换热管线八上设有预塔换热循环泵。

作为一种优选方案，所述加压精馏塔的底部还连接有加压精馏塔再沸器，所述预精馏塔再沸器二、加压精馏塔再沸器、负压精馏塔再沸器一、杂醇回收塔再沸器二通过外接设备进行供热。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：

(1)本发明采用热泵精馏技术，通过设置负压塔，可以使塔的回流比大大降低，节省了能耗；

(2)本发明的负压塔塔釜留存了一部分甲醇，使得塔釜物料的泡点足够低，塔顶增压幅度控制在150KPa以内，进而获取了较低的温差，压缩机一的选型更为容易，其实际功耗较低，该热泵系统的COP值在9.65左右；

(3)本发明设有加压塔，该塔的操作压力为180-300Kpa，塔顶温度80-97℃，可以满足预精馏塔塔釜再沸器一的加热热源之所需，实现了双效精馏的目的，降低了一次蒸汽消耗40％以上；

(4)本发明的杂醇回收塔采用热泵精馏技术，塔顶蒸汽经过压缩机二增压提温后，给塔釜的杂醇回收塔再沸器一供热，使塔顶的热负荷得到再利用，该杂醇回收塔的热泵系统的COP值在4.91左右；

(5)本发明的每吨精甲醇的综合蒸汽单耗在0.25-0.36吨，目前每吨精甲醇平均蒸汽消耗都在0.81-1.15吨之间，接近行业最低的蒸汽消耗水平。

(6)负压精馏塔的塔顶热量，经过热泵回收为低压蒸汽，降低了能源的浪费，最大程度实现节能。

附图说明

图1是本申请的结构示意图；

图2是本申请的预精馏塔、负压精馏塔、加压精馏塔连接的结构示意图；

图3是本申请废水处理装置、杂醇处理装置的结构示意图；

1、预精馏塔 2、管线一 3、负压精馏塔 4、管线二

5、加压精馏塔 6、精甲醇罐区 7、废水蒸发器 8、废水管线

9、废水泵 10、废水冷却器 11、出水管线 12、冷凝冷却器

13、出水管线一 14、加热器 15、换热管线一 16、换热管线二

17、回流泵 18、杂醇回收塔 19、杂醇回收管线 20、杂醇冷却器

21、杂醇缓冲罐 22、杂醇采出泵 23、采出管线 24、杂醇回收塔塔釜泵

25、杂醇回收塔再沸器一 26、杂醇回收塔再沸器二 27、杂醇立式缓冲罐

28、换热管线三 29、压缩机二 30、换热管线四

31、粗甲醇循环泵 32、杂醇冷却器一 33、杂醇回收塔管线一

34、杂醇回水塔回流槽 35、精甲醇冷却器一 36、杂醇回收塔管线二

37、精甲醇冷却器二 38、杂醇回流泵 39、杂醇回收塔管线三

40、预精馏塔第一冷凝器 41、预精馏塔管线一 42、预精馏塔第二冷凝器

43、预精馏塔管线二 44、预气液分离器 45、预精馏塔管线三

46、预回流槽 47、预精馏塔回流管线 48、预塔回流泵

49、预精馏塔管线四 50、负压精馏塔再沸器一 51、负压精馏塔再沸器二

52、换热管线五 53、换热管线六 54、负压回流罐

55、负压蒸馏塔管线一 56、负压蒸馏塔管线二 57、负压蒸馏塔管线三

58、负压塔第一冷却器 59、负压塔第二冷却器 60、连锁控制装置

61、负压回流泵 62、加压塔冷却器 63、加压精馏塔管线一

64、加压精馏塔管线二 65、加压塔回流罐 66、加压塔回流泵

67、精甲醇冷却器 68、预精馏塔再沸器一 69、预精馏塔再沸器二70、预塔立式缓冲罐 71、换热管线七 72、换热管线八

73、预塔换热循环泵 74、加压精馏塔再沸器 75、压缩机一

76、塔釜循环泵 77、预精馏塔冷却器 78、冷凝水回流管线

79、废水管线一 80、公共端总线 81、管线 82、液体回收管线

83、冷凝器 84、回流管线 85、杂醇塔顶部管线

86、预精馏塔预热器。

具体实施方式

以下结合附图1—附图3对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一：

本发明提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，采用预精馏塔1、负压精馏塔3、加压精馏塔5、杂醇回收塔18四塔热泵热耦合；预精馏塔1的底部通过管线一2与负压精馏塔3的进料口连接，预精馏塔1和负压精馏塔3之间的管线一2上依次设有塔釜循环泵76、预精馏塔冷却器77，负压精馏塔3的底部通过管线二4与加压精馏塔5的进料口连接，负压精馏塔5的底部连接有负压精馏塔再沸器一50、负压精馏塔再沸器二51，所述负压精馏塔5的顶部通过换热管线五52与所述负压精馏塔再沸器二51连接，所述换热管线五52上设有压缩机一75，优选地，为了提高稳定性、可靠性，所述压缩机一75为至少两个并联的压缩机组，每个压缩机组至少包括一台压缩机，其中一个压缩机组出现问题时，不会导致设备无法正常工作，提高了安全性，更优选地，所述压缩机组的数量为3个；负压精馏塔5通过杂醇回收管线19与杂醇回收塔18连接。

预精馏塔1塔顶的部分蒸汽用于对废水处理装置进行供热，更具体地，预精馏塔1塔顶的部分蒸汽用于对加热器14进行供热，加热器14用于对废水蒸发器7进行加热；负压精馏塔3塔顶蒸汽经过压缩机一75增压升温之后对负压精馏塔再沸器二51进行供热，加压精馏塔5塔顶的部分蒸汽用于对预精馏塔1 的预精馏塔再沸器一68进行供热，杂醇回收塔18塔顶的部分蒸汽通过压缩机二29增压升温之后对杂醇回收塔再沸器一68进行供热；负压精馏塔3和杂醇回收塔18通过设置压缩机实现热泵精馏，加压精馏塔5的塔顶热量供给预精馏塔再沸器一68使用，进行了组合式创新；优选地，所述压缩机二29为至少并联的两个压缩机组，每个压缩机组至少包括一台压缩机；实际工作时，负压精馏塔3塔釜留存一部分甲醇，使得塔釜物料的泡点足够低，塔顶增压幅度控制在150KPa以内，进而获取了较低的温差，使压缩机一75的选型更为容易，压缩机一75实际功耗较低，使该热泵压缩机系统的COP值为8-12，更优选为9.65；

预精馏塔1塔顶采出的轻组分杂质，进入到火炬系统进行处理，预精馏塔1 塔釜经过脱除轻组分杂质的粗甲醇进入到负压精馏塔3；

负压精馏塔3的塔顶采出精甲醇产品，负压精馏塔3的塔釜物料进入到加压精馏塔5；

加压精馏塔5塔顶采出精甲醇产品，加压精馏塔5侧线采出物料进入到杂醇回收塔18，加压精馏塔5的塔釜采出废水；

杂醇回收塔18的塔顶采出燃料甲醇，杂醇回收塔18的塔釜采出废水。

优选地，所述加压精馏塔5的塔釜采出的废水、杂醇回收塔18的塔釜采出的废水进入到废水处理装置内进行进一步处理，更具体为通过废水蒸发器7进行处理，加热器14为废水蒸发器7提供热量。

作为一种优选方案，预精馏塔的操作压力为110-130KPa，塔顶温度为 68-72℃，塔釜温度为72-76℃。

作为一种优选方案，负压精馏塔的操作压力为60-95KPa，塔顶温度为50-65℃，塔釜温度为60-70℃。

作为一种优选方案，加压精馏塔的操作压力为190-300KPa，塔顶温度为 85-93℃，塔釜温度为105-125℃。

作为一种优选方案，杂醇回收塔的操作压力为101-130KPa，塔顶温度为 65-75℃，塔釜温度为102-108℃。

本实施例中，预精馏塔1、负压精馏塔3、加压精馏塔5、杂醇回收塔18的的具体控制参数可以采用如表1所示：

设备	理论塔板数	塔顶温度℃	塔顶压力MPaA	回流比	塔底温度℃	塔底压力MPaA
							预精馏塔	39	72	0.130	16.5	75.2	0.150
负压精馏塔	55	51.7	0.060	1.5	63.5	0.065
							加压精馏塔	58	85	0.205	2.2	111.6	0.235
杂醇回收塔	40	71.5	0.130	4.9	105.3	0.133

表1

本实施例对粗甲醇的提纯进行示意性说明，甲醇的一般组成包括：甲醇： 80％～96％，轻组分含量0.8％～2.5％，水含量2.0％～13.0％，所述预精馏塔1 塔顶采出的气相物料中甲醇含量为2.5-5.5w％，预精馏塔1塔底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为80-85w％；所述负压精馏塔3塔顶采出的精甲醇产品的含量为99.9995-99.9999w％，负压精馏塔3塔底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为 50-65w％；所述加压精馏塔5塔顶采出的气相物料中甲醇含量为 99.998-99.999w％，加压精馏塔5塔底采出的含水甲醇溶液中甲醇含量为12-15 w％，加压精馏塔5侧线采出的杂醇中的甲醇含量15-20％，杂醇回收塔18塔顶采出的气相物料中甲醇含量为90-96w％，杂醇回收塔18塔底采出的含甲醇水溶液中甲醇含量为50-100ppm。

实施例二：

本实施例提供了一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，包括依次连接的预精馏塔1、负压精馏塔3、加压精馏塔5、杂醇回收塔18，更具体为预精馏塔1的底部通过管线一2与负压精馏塔3的进料口连接，所述预精馏塔1和负压精馏塔3 之间的管线一2上依次设有塔釜循环泵76、预精馏塔冷却器77，所述负压精馏塔3的底部通过管线二4与加压精馏塔5的进料口连接，所述负压精馏塔5的底部连接有负压精馏塔再沸器一50、负压精馏塔再沸器二51，所述负压精馏塔 5的顶部通过换热管线五52与所述负压精馏塔再沸器二51连接，所述换热管线五52上设有压缩机一75，优选地，为了提高稳定性、可靠性，所述压缩机一 75为至少两个并联的压缩机组，每个压缩机组包括至少一台压缩机，其中一个压缩机组出现问题时，不会导致设备无法正常工作，提高了安全性。

本实施例中负压精馏塔3采用热泵精馏技术(也可以称为热泵压缩机精馏技术，为了便于描述，以下统称为热泵精馏技术)，塔顶蒸汽经过压缩机一75 增压提温后，给负压精馏塔再沸器二51供热，使塔顶的热负荷得到再利用，该负压精馏塔3的热泵系统的COP值为8-12，更优选为9.65；负压精馏塔再沸器一50可以采用常规外接蒸汽进行加热，可以在设备开车时或者运行不稳定等特殊情况时提供充足的热能供应，负压精馏塔再沸器二51采用负压精馏塔3塔顶采出的蒸汽进行加热，换热后入到负压回流罐54中。

所述预精馏塔1的顶部连接有预精馏塔气体处理装置，所述预精馏塔1的下部设有预精馏塔再沸器，所述负压精馏塔再沸器二51通过换热管线六53与负压精馏塔液体处理装置连接，所述加压精馏塔5的顶部设有加压精馏塔气体处理装置，所述加压精馏塔气体处理装置与精甲醇罐区6连接，所述精甲醇罐区6还连接有所述负压精馏塔液体处理装置；所述加压精馏塔5的下部还设有加压精馏塔再沸器74，加压精馏塔再沸器74采用常规外接蒸汽进行加热，提供热能供应。

更具体地：所述预精馏塔气体处理装置包括预精馏塔第一冷凝器40，所述预精馏塔第一冷凝器40通过预精馏塔管线一41与预精馏塔第二冷凝器42连接，预精馏塔第二冷凝器42通过预精馏塔管线二43与预气液分离器44连接，预气液分离器44通过预精馏塔管线三45与预回流槽46连接，所述预回流槽46通过预精馏塔回流管线47与预精馏塔1的顶部连接，所述预精馏塔回流管线47 上设有预塔回流泵48；所述预回流槽46的顶部通过预精馏塔管线四49与预精馏塔第一冷凝器40连接；粗甲醇通过预精馏塔1塔内高效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自塔顶采出，依次接入预精馏塔第一冷凝器40、预精馏塔第二冷凝器42的气相入口以及预气液分离器44，预精馏塔第二冷凝器42和预气液分离器44的不凝气出口 (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，预精馏塔第一冷凝器40和预气液分离器44的冷凝液出口连接进入预回流槽46，通过预塔回流泵48增压后，进入到预精馏塔1的顶部塔板进行回流，预精馏塔1塔顶分别与火炬系统、预精馏塔第二冷凝器42、预气液分离器44设有连锁控制装置60，从而控制甲醇的带出量；优选的，预精馏塔第一冷凝器40、预精馏塔第二冷凝器42之间的预精馏塔管线一41还与预回流槽46连接，以释放预回流槽46的多余不凝气体。

所述负压精馏塔液体处理装置包括与换热管线六53连接的负压回流罐54，负压回流罐54通过负压蒸馏塔管线一55、负压蒸馏塔管线二56与负压精馏塔 3的上部连接，所述负压回流罐54通过负压蒸馏塔管线一55、负压蒸馏塔管线三57与精甲醇罐区6连接，所述负压回流罐54、精甲醇罐区6之间的负压蒸馏塔管线三57上依次设有负压塔第一冷却器58、负压塔第二冷却器59；所述负压蒸馏塔管线二56、负压蒸馏塔管线三57上均设有负压回流泵61；所述负压回流罐54通过管线81与压缩机一75并联的公共端总线80连接，所述负压回流罐54上连接有液体回收管线82，液体回收管线82与真空系统连接，所述液体回收管线82上设有冷凝器83；优选地，所述液体回收管线82与换热管线五 52之间设有连锁控制装置60，用于控制负压精馏塔3顶部回流量；预精馏塔1 脱除轻组分后，塔釜采出含水甲醇溶液，进入负压精馏塔3，在负压精馏塔3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，塔顶气相通过换热管线五52进入到负压精馏塔再沸器二51，为负压精馏塔再沸器二51进行供热，换热后的液相流入到负压回流罐54中，不凝气进入负压塔负压塔第一冷却器58、负压塔第二冷却器59进行进一步的冷凝后进入到精甲醇罐区6存储；负压回流罐54中的液体通过负压回流泵61增压后，一股回到负压精馏塔3塔顶作为回流液，另外一股冷却后输送至精甲醇罐区6。

所述加压精馏塔气体处理装置包括加压塔冷却器62，所述加压塔冷却器62 通过加压精馏塔管线一63与加压精馏塔5顶部连接，所述加压塔冷却器62通过加压精馏塔管线二64与精甲醇罐区6连接，所述加压塔冷却器62、精甲醇罐区6之间的加压精馏塔管线二64上依次设有加压塔回流罐65、加压塔回流泵 66、精甲醇冷却器67；优选地，所述精甲醇冷却器67后段的加压精馏塔管线二64与负压蒸馏塔管线三57连接，加压精馏塔5顶部冷凝后形成的精甲醇与负压精馏塔3上部冷凝后的精甲醇共同输送至精甲醇罐区6；所述加压塔回流泵66、精甲醇冷却器67之间的加压精馏塔管线二64通过回流管线84与负压精馏塔5 的塔顶连接。

所述预精馏塔再沸器包括预精馏塔再沸器一68和预精馏塔再沸器二69，所述预精馏塔再沸器一68的前部设有预塔立式缓冲罐70，所述预塔立式缓冲罐 70通过换热管线七71与加压精馏塔管线一63连接，所述塔立式缓冲罐70还通过换热管线八72与加压塔回流罐65连接；所述换热管线八72上设有预塔换热循环泵73；加压精馏塔3顶部的一部分蒸汽进入到预塔立式缓冲罐70，再经预塔换热循环泵73流出，通过换热管线八75进入到加压塔回流罐65中；通过预塔立式缓冲罐70与预精馏塔再沸器一68进行间接换热提高了增压后蒸汽换热的安全性以及换热热量的稳定性；预塔立式缓冲罐70和换热管线八72之间设有连锁控制装置60，从而控制换热流通的物料流量；预精馏塔再沸器二69可以采用常规外接蒸汽进行加热，可以在设备开车时或者运行不稳定等特殊情况时提供充足的热能供应。

所述加压精馏塔5的底部还连接有加压精馏塔再沸器74，所述预精馏塔再沸器二69、加压精馏塔再沸器74、负压精馏塔再沸器一50、杂醇回收塔再沸器二26通过外接加热设备进行供热，可以通过一台外接加热设备进行供热，也可以分别供热，技术人员根据具体情况进行相应的选择即可，本申请不做具体限定。

本实施例中，采用的总工艺路线为预精馏塔1、负压精馏塔3、加压精馏塔 5、杂醇回收塔18的顺序，对甲醇进行提纯，结合废水余热蒸发、凝结水回用，充分进行进行热耦合，并发挥热泵技术的节能优势，对甲醇进行提纯的同时，减少了废水处理工段的压力和难度，使每吨精甲醇平均蒸汽消耗低于行业最低的蒸汽消耗水平，节省了能耗，降低了能源的浪费，最大程度实现节能；本装置每吨精甲醇的综合蒸汽单耗在0.25-0.36吨，目前每吨精甲醇平均蒸汽消耗都在0.81-1.15吨之间，通过本设备的设置，使每吨精甲醇平均蒸汽消耗低于行业最低的蒸汽消耗水平。

实施例三：

本实施例中，加压精馏塔5的测线连接有杂醇回收塔18，用于对加压精馏塔5采出的杂醇进行处理，具体地：

杂醇回收塔18通过杂醇回收管线19与加压精馏塔5连接，加压精馏塔5、杂醇回收塔18之间的杂醇回收管线19上依次设有杂醇冷却器20、杂醇缓冲罐 21、杂醇采出泵22，所述杂醇回收塔18的顶部连接有甲醇气体处理装置，所述杂醇回收塔18的下部通过采出管线23与废水处理装置连接，所述采出管线23 上设有杂醇回收塔塔釜泵24；所述杂醇回收塔18的底部还连接有杂醇回收塔再沸器一25和杂醇回收塔再沸器二26，所述杂醇回收塔再沸器一25与杂醇立式缓冲罐27连接，所述杂醇立式缓冲罐27通过换热管线三28、杂醇塔顶部管线 85与杂醇回收塔18的顶部连接，所述换热管线三28上设有压缩机二29，所述杂醇立式缓冲罐27还通过换热管线四30与甲醇气体处理装置连接，所述换热管线四30上设有粗甲醇循环泵31；优选地，所述压缩机二29为至少两个并联的压缩机组，每个压缩机组包括至少一台压缩机。

加压精馏塔5侧线口采出的杂醇通过杂醇冷却器20、杂醇缓冲罐21、杂醇采出泵22进入到到杂醇回收塔18中进行精馏提纯，顶部采出的气体一部分用于对杂醇回收塔再沸器一25进行供热，一部分通过甲醇气体处理装置进行处理，侧线采出的杂醇液体中含甲醇30-40％，打入杂醇回收塔18后，回收其中的甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等有机物，可作为燃料，即得到燃料甲醇；杂醇回收塔再沸器二26通过外接常规蒸汽设备等对其进行加热，可以在设备开车时或者运行不稳定等特殊情况时提供充足的热能供应。

本实施例中杂醇回收塔18采用热泵精馏技术，塔顶蒸汽经过压缩机二29 增压提温后，给杂醇回收塔再沸器一25供热，使塔顶的热负荷得到再利用，该杂醇回收塔18的热泵系统的COP值在4.91左右；通过杂醇立式缓冲罐27与杂醇回收塔再沸器一25进行间接换热，提高了增压后蒸汽换热的安全性以及换热热量的稳定性。

实施例四：

本实施例对甲醇气体处理装置进行描述，具体地：

所述甲醇气体处理装置包括与杂醇塔顶部管线85连接的杂醇冷却器一32，所述杂醇冷却器一32通过杂醇回收塔管线一33与杂醇回水塔回流槽34连接，杂醇回收塔管线一33与所述换热管线四30连接，杂醇回水塔回流槽34与精甲醇冷却器一35连接，所述杂醇回水塔回流槽34还通过杂醇回收塔管线二36与精甲醇冷却器二37连接，所述杂醇回收塔管线二36上设有杂醇回流泵38，所述回收塔管线二36通过回收塔管线三39与杂醇回收塔18的上部连接。

杂醇回收塔18顶部的气相，通过杂醇冷却器一32、回水塔回流槽34、精甲醇冷却器37，回收其中的甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等有机物，可作为燃料，即得到燃料甲醇。

实施例五：

本实施例对废水处理装置进行描述，具体地：

所述加压精馏塔5的底部连接有废水处理装置，所述废水处理装置包括废水蒸发器7，所述废水蒸发器7与所述采出管线23连接，所述废水蒸发器7通过废水管线8与加压精馏塔5的底部连接，所述废水管线8上设有废水泵9，所述废水蒸发器7的顶部连接有出水管线11，所述出水管线11上设有冷凝冷却器 12；所述废水蒸发器7的底部设有出水管线一13；加压精馏塔5底部的液体进入到废水蒸发器7内，进行加热蒸发后，气相通过冷凝冷却器12冷却后，形成纯水，进行收集，未蒸发的部分通过出水管线一13将废水输送至污水处理厂生化治理；所述废水蒸发器7还连接有加热器14，加热器14用于对废水蒸发器7 进行供热，所述加热器14通过换热管线一15与预精馏塔1的顶部连接，预精馏塔1塔顶的气相对加热器14进行供热，从而对废水蒸发器7进行加热；所述加热器14通过换热管线二16与所述预精馏塔气体处理装置连接，更具体为加热器14通过换热管线二16与预精馏塔管线四49连接，换热管线二16上设有回流泵17；更具体为：废水蒸发后的凝液，通过管线二16、预精馏塔管线四49 加入到预精馏塔的预回流槽46中，作为萃取水使用。

废水蒸发器7出来的成分中，大部分会是水份，但是会含有少量的甲醇以及异丙醇、丁醇等杂醇，冷凝后回到预精馏塔回流槽46，一方面回收的甲醇和杂醇，减少了有用物料的损失，另一方面，降低污水处理的难度和成本，更加有益的效果是降低了软水的消耗，实现了水资源的节约。

优选地，所述废水管线8还连接有废水管线一79，所述废水管线一79上设有废水冷却器10，废水经过废水冷却器10冷却后，通过废水管线一79流出至生化系统中进行处理。

优选地，所述出水管线11还与冷凝水回流管线78连接，所述冷凝水回流管线78与预精馏塔顶部1连接的预精馏塔气体处理装置连接，更具体为与冷凝水回流管线78与预回流槽46连接，蒸发后的冷凝水，一部分回到预回流槽46 内作为萃取水使用。

本实施例对加压精馏塔5底部产生的液体进行处理，得到纯水；且负压预精馏塔3的塔顶热量，经过负压精馏塔再沸器二51回收为低压蒸汽，降低了能源的浪费，最大程度实现节能。

本发明的具体工作原理为：粗甲醇经过预精馏塔预热器86进入到预精馏塔 1内，通过塔内高效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自预精馏塔1的塔顶采出，一部分气态依次接入预精馏塔第一冷凝器40、预精馏塔第二冷凝器42的气相入口以及预气液分离器44，预精馏塔第二冷凝器42和预气液分离器44的不凝气出口(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，预精馏塔第一冷凝器40和预气液分离器44的冷凝液出口连接进入预回流槽46，通过预塔回流泵48增压后，进入到预精馏塔1 的顶部塔板进行回流，预精馏塔1塔顶与火炬系统之间设有连锁控制装置60；一部分气态通过换热管线一15为加热器14提供热源；粗甲醇经过预精馏塔1 脱除丙酮、二甲醚等轻组分杂质后，通过管线一2进入到负压精馏塔3，负压精馏塔3塔顶的蒸汽通过压缩机一75增压后，通过自身甲醇喷入饱和化后，再进入到负压精馏塔再沸器二51，为负压精馏塔再沸器二51提供热源，换热后的液相流入到负压回流罐54中，其中一部分不凝气进入负压塔负压塔第一冷却器58、负压塔第一冷却器59进行进一步的冷凝后进入到精甲醇罐区6存储，另一部分不凝气通过冷凝器83冷却后进入到真空系统中；负压回流罐54中的液体通过负压回流泵61增压后，回到负压精馏塔3塔顶作为回流液；加压精馏塔5底部的液体进入到废水蒸发器7内，进行加热蒸发后，气相通过冷凝冷却器12冷却后，形成纯水，进行收集，未蒸发的部分通过出水管线一13将废水输送至污水处理厂生化治理；加压精馏塔5底部的液体也可以直接通过废水管线一79上的废水冷却器10进行冷却后进入到生化系统进行处理；废水蒸发器7连接的加热器14用于对废水蒸发器7进行供热，预精馏塔1顶部产生的气体对加热器14 提供热源，从而对废水蒸发器7进行加热，加压精馏塔5侧线口采出的杂醇通过杂醇冷却器20、杂醇缓冲罐21、杂醇采出泵22进入到到杂醇回收塔18中进行精馏提纯，顶部采出的气体一部分用于对杂醇回收塔再沸器二26进行供热，一部分通过甲醇气体处理装置进行处理，侧线采出的杂醇液体中含甲醇30-40％，打入杂醇回收塔18后，回收其中的甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等有机物，可作为燃料。

本实施例一至四中，可以直接对现有技术传统的三塔顺流双效工艺进行改进：

如：在某甲醇工厂，采用传统的三塔顺流双效工艺，进料量是71.1t/h，操作参数达到最佳时，能耗为1.25吨蒸汽/精甲醇。

为了降低甲醇蒸汽消耗，采用本申请所述的四塔热泵热耦合精馏路线，新增一台负压精馏塔3，加压精馏塔5塔塔顶甲醇蒸汽给预精馏塔再沸器一68提供热源，负压精馏塔3的负压精馏塔再沸器一50采用自身塔顶甲醇蒸汽，通过压缩机一75增压升温后，自身实现再利用，节约蒸汽能耗68t/h，考虑压缩机一75电能消耗4550kw，该热泵的COP值达到了8.6左右；预精馏塔1的正常蒸汽消耗为17.14吨/h，开车调试过程中，加压精馏塔5的塔顶气相精甲醇蒸汽为新增的预精馏塔再沸器一68供热，逐渐减小预精馏塔1水蒸汽的加入量，最终把预精馏塔1水蒸汽消耗量降至零，塔顶可以产出高品质精甲醇，占总精甲醇的比例约为17.44％；

杂醇回收塔18采用热泵精馏模式，压缩电耗为350Kw，不消耗蒸汽，精甲醇的综合水蒸汽消耗量为0.31～0.35t/吨精甲醇，电耗按照电费0.6元/kw.h，蒸汽价格按照200元/吨，每吨精甲醇折合蒸汽用量为0.24吨蒸汽，综合消耗为 0.55-0.59吨蒸汽/吨精甲醇。随着碳交易价格的提升，蒸汽价格还会进一步上升，新能源的技术发展，电价进一步下降，该工艺的综合效益会更加明显。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和积极效果：

(1)本发明采用热泵精馏技术，通过设置负压塔，可以使塔的回流比大大降低，节省了能耗；

(2)本发明的负压塔塔釜留存了一部分甲醇，使得塔釜物料的泡点足够低，塔顶增压幅度控制在150KPa以内，进而获取了较低的温差，压缩机一的选型更为容易，其实际功耗较低，该热泵系统的COP值在9.65左右；

(3)本发明设有加压塔，该塔的操作压力为180-300Kpa，塔顶温度80-97℃，可以满足预精馏塔塔釜再沸器一的加热热源之所需，实现了双效精馏的目的，降低了一次蒸汽消耗40％以上；

(4)本发明的杂醇回收塔采用热泵精馏技术，塔顶蒸汽经过压缩机二增压提温后，给塔釜的杂醇回收塔再沸器一供热，使塔顶的热负荷得到再利用，该杂醇回收塔的热泵系统的COP值在4.91左右；

(5)本发明的每吨精甲醇的综合蒸汽单耗在0.25-0.36吨，目前每吨精甲醇平均蒸汽消耗都在0.81-1.15吨之间，接近行业最低的蒸汽消耗水平；

(6)负压精馏塔的塔顶热量，经过热泵回收为低压蒸汽，降低了能源的浪费，，最大程度实现节能。

上述未具体描述的装置、连接关系等均属于现有技术，本发明在此不做具体的赘述。

以上结合附图详细描述了本申请的优选方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，申请其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (10)

1.一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，采用预精馏塔(1)、负压精馏塔(3)、加压精馏塔(5)、杂醇回收塔(18)四塔热泵热耦合；

负压精馏塔(3)塔顶蒸汽经过压缩机一(75)增压升温之后对负压精馏塔再沸器二(51)进行供热；

预精馏塔(1)塔顶采出的轻组分杂质进入到火炬系统进行处理，预精馏塔(1)塔釜经过脱除轻组分杂质的粗甲醇进入到负压精馏塔(3)；

负压精馏塔(3)的塔顶采出精甲醇产品，负压精馏塔(3)塔釜的物料进入到加压精馏塔(5)；

加压精馏塔(5)塔顶采出精甲醇产品，加压精馏塔(5)侧线采出的物料进入到杂醇回收塔(18)，加压精馏塔(5)的塔釜采出废水；

杂醇回收塔(18)的塔顶采出燃料甲醇，杂醇回收塔(18)的塔釜采出废水。

2.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，加压精馏塔(5)塔顶的部分蒸汽用于对预精馏塔(1)的预精馏塔再沸器一(68)的进行供热。

3.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，杂醇回收塔(18)塔顶的部分蒸汽通过压缩机二(29)增压升温之后对杂醇回收塔再沸器一(25)进行供热。

4.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，预精馏塔(1)塔顶的部分蒸汽用于对废水处理装置进行供热。

5.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，负压精馏塔(3)的操作压力为60-95Kpa，塔顶温度为50-65℃，塔釜温度为60-70℃。

6.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，加压精馏塔(5)的操作压力为190-300Kpa，塔顶温度为85-93℃，塔釜温度为105-125℃。

7.根据权利要求1所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏方法，其特征在于，杂醇回收塔(18)的操作压力为101-130KPa，塔顶温度为65-75℃，塔釜温度为102-108℃。

8.一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，其特征在于，包括依次连接的预精馏塔(1)、负压精馏塔(3)、加压精馏塔(5)、杂醇回收塔(18)，所述负压精馏塔(3)的底部连接有负压精馏塔再沸器一(50)、负压精馏塔再沸器二(51)，所述负压精馏塔(3)的顶部通过换热管线五(52)与所述负压精馏塔再沸器二(51)连接，所述换热管线五(52)上设有压缩机一(75)。

9.根据权利要求8所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，其特征在于，所述杂醇回收塔(18)的底部连接有杂醇回收塔再沸器一(25)和杂醇回收塔再沸器二(26)，所述杂醇回收塔再沸器一(25)与杂醇立式缓冲罐(27)连接，所述杂醇立式缓冲罐(27)通过换热管线三(28)、杂醇塔顶部管线(85)与杂醇回收塔(18)的顶部连接，所述换热管线三(28)上设有压缩机二(29)，所述杂醇立式缓冲罐(27)还通过换热管线四(30)与甲醇气体处理装置连接，所述换热管线四(30)上设有粗甲醇循环泵(31)。

10.根据权利要求9所述的一种四塔热泵热耦合甲醇精馏装置，其特征在于，所述压缩机一(75)、压缩机二(29)为至少并联的两个压缩机组，每个压缩机组至少包括一台压缩机。

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