CN212152133U - 一种气态甲醇的精制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气态甲醇的精制装置，使用由甲醇塔、回收塔与热泵组成双塔热泵精馏系统，对含杂质的粗甲醇气体进行提纯、分离，压缩机对精甲醇气进行压缩，提升甲醇蒸汽品位后，向甲醇塔再沸器与回收塔再沸器供热。本实用新型通过压缩机的合理使用，并设置合理的分割点以及精馏塔操作压力，实现了热泵供热与甲醇气体增压的双功能，且同时具有压缩机的压缩比低、甲醇精制的热量消耗低等优点。

Description

一种气态甲醇的精制装置

技术领域

本实用新型属于甲醇精制领域，尤其是涉及一种气态甲醇的精制装置。

背景技术

甲醇是一种极其重要的基本有机化工原料，可直接参与反应合成下游化工品，也可作为汽提剂用于化工品的分离或精制。当甲醇作为汽提剂使用时，气体甲醇从液态化工品中将杂质汽提出来，杂质从液态化工品传递到气态甲醇中。这部分甲醇本身不被消耗，因此，汽提系统的下游需要配套甲醇精制系统，将汽提塔排出的粗甲醇气体进行分离、精制、回收，去除杂质，达到合格的纯度后，返回汽提系统循环使用。由于此过程是一个循环过程，必须在循环中引入动力才能保证循环的稳定进行，即需要对甲醇进行加压。

例如，甲醇钠的生产过程中采用了甲醇作为汽提剂，气相甲醇将合成反应的副产物水从反应体系中源源不断汽提出来，保证反应的顺利进行；汽提出来的粗甲醇气体经精制、加压后，返回上游循环使用。由于甲醇钠生产过程中的汽提甲醇用量大、纯度高，导致甲醇精制过程需要消耗大量能量，大幅提高了甲醇钠的生产成本。甲醇精制一般采用精馏的方法，如果采用普通精馏，需采出液态合格甲醇，然后用泵升压，最后加热汽化才能获得高压气体，精馏和汽化过程消耗大量热量；如果采用普通热泵精馏，则需要采用高压缩比的压缩机，同样增大建设成本与运营成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种气态甲醇的精制装置，在保证获得高压气态精甲醇的同时，大幅降低甲醇精制系统的热量输入，降低压缩机压缩比，从而降低甲醇精制的能耗，降低生产成本，节约能源，具有良好的经济效益和社会效益。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种气态甲醇的精制装置，包括甲醇塔、回收塔、压缩机、甲醇塔再沸器、回收塔再沸器、粗甲醇进料管线、精甲醇出料管线和废液排放管线，所述甲醇塔进料口与粗甲醇进料管线连通，所述甲醇塔的塔顶出料口与压缩机连通，该甲醇塔的塔釜出料口与回收塔连通，所述回收塔的塔顶出料口与甲醇塔连通，该回收塔的塔釜出料口与废液排放管线连通；

所述甲醇塔再沸器与甲醇塔连通且两者之间形成回路，所述回收塔再沸器与回收塔连通且两者之间形成回路，所述回收塔再沸器与甲醇塔再沸器构成串联或并联通路；

回收塔再沸器与甲醇塔再沸器构成串联通路，是指所述精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器热侧的进料口均与压缩机的出料口连通，所述回收塔再沸器热侧的进料口与甲醇塔再沸器热侧出料口连通，所述回收塔再沸器的热侧出料口与甲醇塔连通，构成串联供热通路；

回收塔再沸器与甲醇塔再沸器构成并联通路，是指所述精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器热侧的进料口、回收塔再沸器热侧的进料口均与压缩机的出料口连通，甲醇塔再沸器热侧的出料口、回收塔再沸器热侧的出料口均与甲醇塔连通，构成并联供热通路。

上述气态甲醇的精制装置，使用由甲醇塔、回收塔与压缩机组成的双塔精馏系统，对含杂质的粗甲醇气体进行提纯、分离，压缩机压缩得到的高温气体既给甲醇塔再沸器，又给回收塔再沸器供热。

使用上述装置进行甲醇精制时包括如下步骤：

粗甲醇气体首先送往甲醇塔进行分离，从甲醇塔的塔釜采出甲醇与杂质的混合液，从甲醇塔的塔顶采出精甲醇气体；

从甲醇塔的塔顶采出的精甲醇气体，经压缩机加压、提升蒸汽品位后得到高品位气体，高品位气体向甲醇塔再沸器与回收塔再沸器供热，同时自压缩机出口采出增压后的气态甲醇作为精甲醇产品送出甲醇精制系统；

从甲醇塔塔釜采出的甲醇与杂质的混合液送至回收塔进一步分离，回收塔塔顶采出气体经冷凝得到富甲醇液，富甲醇液经加压后一部分作为回流返回至回收塔中，一部分作为回收塔塔顶产品采出送回至甲醇塔，回收塔塔釜采出含杂质的合格废液，合格废液送出甲醇精制系统。

压缩机排出的气体以串联的形式先后送往甲醇塔再沸器、回收塔再沸器供热，或者以并联的形式同时送往甲醇塔再沸器、回收塔再沸器供热。冷凝得到的凝液全部作为回流送回甲醇塔的塔顶。通过该设计实现压缩机得到的高品位气体给甲醇塔再沸器、回收塔再沸器供热。

所述粗甲醇进料为气相进料，所述精甲醇出料为气相出料，所述精甲醇出料压力高于所述粗甲醇进料压力。

在使用上述甲醇精制系统进行甲醇精制操作的过程中，所述甲醇塔再沸器与所述回收塔再沸器所需的热量均由所述压缩机出口的高品位气体提供。所述回收塔的操作压力低于所述甲醇塔的操作压力，且在此操作压力下，回收塔釜液的温度低于压缩机出口气体的饱和温度。该条件满足传热温差的要求，使所述压缩机出口的高压高温气体能顺利向所述回收塔再沸器供热。

所述甲醇塔釜液的温度低于压缩机出口气体的饱和温度。甲醇塔的釜液组成，满足在该组成下甲醇塔釜液的温度低于压缩机出口气体的饱和温度，此时满足传热温差的要求，进而使所述压缩机出口的高压高温气体能向所述甲醇塔再沸器供热。

所述杂质的沸点高于同压力下甲醇的沸点，且杂质不与甲醇形成低共沸物。例如水等。所述回收塔釜液的泡点温度比压缩机出口气体的露点温度低 5℃至30℃。该温度差设计可保证使所述压缩机出口的高压高温气体能向所述回收塔再沸器供热。优选地，所述回收塔釜液的泡点温度比压缩机出口气体的露点温度低15℃、20℃。

进一步的，还包括换热器，所述换热器位于甲醇塔进料口与粗甲醇进料管线的连通通路上。换热器用于调节精甲醇气体产品的温度。

进一步的，所述换热器还位于压缩机出料口与精甲醇出料管线连通通路上。

进一步的，所述回收塔的塔顶出料口与甲醇塔的连通通路上设有回收塔冷凝器，所述回收塔冷凝器的进料口与回收塔塔顶连通，该回收塔冷凝器的出料口与甲醇塔连通。回收塔的塔顶气体冷凝后，经泵加压以液相的形式送回至所述甲醇塔中，而非以气相的形式直接送回所述甲醇塔中，使得所述回收塔的操作压力可以低于所述甲醇塔的操作压力，进而可以降低所述回收塔的塔釜温度。

进一步的，还包括回收塔真空泵，所述回收塔真空泵与回收塔冷凝器连通。

进一步的，所述回收塔冷凝器的出料口与甲醇塔的连通通路上设有回收塔塔顶泵，所述回收塔塔顶泵的出料口连接两个支路，其中一个支路与甲醇塔连通，另一个支路与回收塔连通。

进一步的，所述回收塔再沸器热侧的出料口与甲醇塔塔顶连通，所述回收塔再沸器热侧的出料口与甲醇塔塔顶的连接通路上设有甲醇塔塔顶泵。

进一步的，所述甲醇塔塔釜出料口与回收塔的连接通路上设有甲醇塔塔釜泵。

进一步的，所述回收塔的塔釜出料口与废液排放管线的连接通路上设有回收塔塔釜泵。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种气态甲醇的精制装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的一种气态甲醇的精制装置，使用由甲醇塔、回收塔与压缩机组成的双塔精馏系统，对含杂质的粗甲醇气体进行提纯、分离，压缩机压缩得到的高温气体既给甲醇塔再沸器供热，又给回收塔再沸器供热，热量消耗低，甚至可实现不需要外界提供热量，在保证获得高压气态精甲醇的同时，大幅降低甲醇精制系统的热量输入，降低压缩机压缩比，从而降低甲醇精制的能耗。

(2)本实用新型所述的一种气态甲醇的精制装置，压缩机的压缩比低，使用单级压缩机即可满足要求，造价低，耗电量低。

(3)本实用新型所述的一种气态甲醇的精制装置，通过压缩机的合理使用，并设置合理的分割点，并通过精馏塔操作压力、回收塔操作压力等操作条件的匹配，实现了热泵供热与甲醇气体增压的双功能，兼具压缩机的压缩比低、甲醇精制的热量消耗降低等的优点。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种气态甲醇的精制装置(串联供热) 示意图。

图2为本实用新型实施例所述的一种气态甲醇的精制装置(并联供热) 示意图。

附图标记说明：

1-甲醇塔；2-压缩机；3-甲醇塔再沸器；4-回收塔；5-回收塔再沸器； 6-回收塔冷凝器；7-回收塔真空泵；8-换热器；9-甲醇塔塔顶泵；10-甲醇塔塔釜泵；11-回收塔塔顶泵；12-回收塔塔釜泵；

a-粗甲醇；b-精甲醇；c-废液；d-废气。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1：

如图1所示，一种气态甲醇的精制装置，包括甲醇塔1、回收塔4、压缩机2、甲醇塔再沸器3、回收塔再沸器5、粗甲醇进料管线、精甲醇出料管线和废液排放管线，甲醇塔1进料口与粗甲醇进料管线连通，甲醇塔1的塔顶出料口与压缩机2连通，该甲醇塔1的塔釜出料口与回收塔4连通，回收塔4的塔顶出料口与甲醇塔1连通，该回收塔4的塔釜出料口与废液排放管线连通。压缩机为热泵压缩机。

甲醇塔再沸器3与甲醇塔1连通且两者之间形成回路，回收塔再沸器5 与回收塔4连通且两者之间形成回路，精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器3的进料口均与压缩机2的出料口连通，回收塔再沸器5的进料口与甲醇塔再沸器3连通，回收塔再沸器5的出料口与甲醇塔1连通。

还包括换热器8，换热器8位于甲醇塔1进料口与粗甲醇进料管线的连通通路上。换热器8还位于压缩机2出料口与精甲醇出料管线连通通路上。

优选地，回收塔4的塔顶出料口与甲醇塔1的连通通路上设有回收塔冷凝器6，回收塔冷凝器6的进料口与回收塔4塔顶连通，该回收塔冷凝器6 的出料口与甲醇塔1连通。

优选地，还包括回收塔真空泵7，回收塔真空泵7与回收塔冷凝器6连通。优选地，回收塔冷凝器6的出料口与甲醇塔1的连通通路上设有回收塔塔顶泵11，回收塔塔顶泵11的出料口连接两个支路，其中一个支路与甲醇塔1连通，另一个支路与回收塔4连通。优选地，回收塔再沸器5的出料口与甲醇塔1塔顶连通，回收塔再沸器5的出料口与甲醇塔1塔顶的连接通路上设有甲醇塔塔顶泵9。

优选地，甲醇塔1塔釜出料口与回收塔4的连接通路上设有甲醇塔塔釜泵10。优选地，回收塔4的塔釜出料口与废液排放管线的连接通路上设有回收塔塔釜泵12。

需要进行精制的粗甲醇气体的流量为32600kg/h，杂质为水，其中含水量为1.84％(质量分数，下同)，其余为甲醇，将其提纯为浓度不低于99.97％的精甲醇气体，压力不低于2barg(表压，下同)，同时排出废水，废水中甲醇含量不高于5％。

在上述条件下，使用如图1所示一种气态甲醇的精制装置进行气态甲醇精制的具体工艺流程描述如下：

(1)粗甲醇a进料在换热器8中换热升温后，进入甲醇塔1进行精馏分离，轻组分甲醇在塔顶富集，重组分水在塔釜富集，塔顶得到合格精甲醇气体，塔釜得到甲醇-水混合物；

(2)从甲醇塔1塔顶排出的精甲醇蒸汽经压缩机2压缩、提高品位后，操作压力、操作温度、饱和温度均上升，得到的高品位气体甲醇分为两路，一路去换热器8换热后作为精甲醇产品b排出甲醇精制装置，另一部分去甲醇塔再沸器3供热；

(3)从甲醇塔1塔釜采出甲醇-水混合液，经甲醇塔塔釜泵10加压后，送往回收塔2进一步精馏，回收其中的甲醇；在回收塔2中，水进一步在塔釜富集，甲醇在塔顶富集；

(4)甲醇塔再沸器3排出的未被冷凝的压缩气体送往回收塔再沸器5 中进一步冷凝，冷凝得到的凝液经甲醇塔塔顶泵9加压后全部送回甲醇塔1 的塔顶进行回流；

(5)从回收塔4的塔顶排出的富甲醇气体在回收塔冷凝器6中冷凝，所得冷凝液(富甲醇液)经回收塔塔顶泵11加压后分两股，一股作为塔顶回流返回回收塔4的塔顶；一股作为塔顶采出返回甲醇塔1的塔中，回收塔冷凝器6被回收塔真空泵7抽真空，维持回收塔4为真空操作，真空泵7将抽真空得到的废气d排出系统；

(6)从回收塔4的塔釜采出废液c(合格废水)，经回收塔塔釜泵12 加压后排出甲醇精制系统。

当系统运行稳定后，各流股的组成与温度、压力参数如表1～表3所示。

表1各精馏塔的相关操作参数

表2各换热器的相关操作参数

表3压缩机的相关操作参数

	入口	出口	压缩比	功率
					压缩机2	73.3℃，0.4barg	138.3℃，2barg	2.132	1635kW

甲醇精制工段分离得的精甲醇出料纯度为99.97％，压力为2barg，温度为125.3℃，可返回上游循环使用；废水的含水量为95％，可排往下游废水处理装置。甲醇塔1的塔顶气体从0.4barg加压至2barg后，温度达到138.3 ℃，饱和温度为95.1℃，将甲醇塔1塔釜中水的质量分数设定为17.95％，此时甲醇塔再沸器3传热温差为17.1℃，满足传热要求；在满足回收塔4 塔釜甲醇含量低于5％的前提条件下，将回收塔4的塔顶压力设定为 -0.5barg，此时回收塔再沸器5的换热温差为17.4℃，均满足传热要求。

甲醇塔再沸器3与回收塔再沸器5的热负荷合计为8441kW，二者的热量均由压缩机2的出口气体提供，不需要消耗外部提供的蒸汽，压缩机轴功率为1635kW，相当于使用1635kW的轴功率，不仅替代了8441kW的再沸器热量消耗，以及等量的用于将甲醇塔1的塔顶气体冷凝所需的冷量消耗，同时还提高了甲醇气体的压力，使之能顺利送回上游。回收塔冷凝器6热侧介质的冷凝温度为49℃，可采用全厂公用工程中的循环水进行冷凝。

压缩机2的压缩比(绝压比)仅为2.132，即甲醇塔塔顶气体的压力仅需升高2.132倍，就能够向甲醇塔再沸器与回收塔再沸器供热，使得该压缩机可以选用单级离心式压缩机，而不必选择多级压缩机，既能降低设备成本，又能降低运营成本。

实施例2：

如图2所示，一种气态甲醇的精制装置，包括甲醇塔1、回收塔4、压缩机2、甲醇塔再沸器3、回收塔再沸器5、粗甲醇进料管线、精甲醇出料管线和废液排放管线，甲醇塔1进料口与粗甲醇进料管线连通，甲醇塔1的塔顶出料口与压缩机2连通，该甲醇塔1的塔釜出料口与回收塔4连通，回收塔4的塔顶出料口与甲醇塔1连通，该回收塔4的塔釜出料口与废液排放管线连通。压缩机为热泵压缩机。

甲醇塔再沸器3与甲醇塔1连通且两者之间形成回路，回收塔再沸器5 与回收塔4连通且两者之间形成回路，回收塔再沸器5与甲醇塔再沸器3构成并联通路，即精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器3热侧的进料口、回收塔再沸器5热侧的进料口均与压缩机2的出料口连通，甲醇塔再沸器3热侧的出料口、回收塔再沸器5热侧的出料口均与甲醇塔连通，构成并联供热通路。

还包括换热器8，换热器8位于甲醇塔1进料口与粗甲醇进料管线的连通通路上。换热器8还位于压缩机2出料口与精甲醇出料管线连通通路上。

优选地，回收塔4的塔顶出料口与甲醇塔1的连通通路上设有回收塔冷凝器6，回收塔冷凝器6的进料口与回收塔4塔顶连通，该回收塔冷凝器6 的出料口与甲醇塔1连通。

优选地，还包括回收塔真空泵7，回收塔真空泵7与回收塔冷凝器6连通。优选地，回收塔冷凝器6的出料口与甲醇塔1的连通通路上设有回收塔塔顶泵11，回收塔塔顶泵11的出料口连接两个支路，其中一个支路与甲醇塔1连通，另一个支路与回收塔4连通。优选地，回收塔再沸器5的出料口与甲醇塔1塔顶连通，回收塔再沸器5的出料口与甲醇塔1塔顶的连接通路上设有甲醇塔塔顶泵9。

优选地，甲醇塔1塔釜出料口与回收塔4的连接通路上设有甲醇塔塔釜泵10。优选地，回收塔4的塔釜出料口与废液排放管线的连接通路上设有回收塔塔釜泵12。

需要进行精制的粗甲醇气体的流量为32600kg/h，杂质为水，其中含水量为1.84％(质量分数，下同)，其余为甲醇，将其提纯为浓度不低于99.97％的精甲醇气体，压力不低于2barg(表压，下同)，同时排出废水，废水中甲醇含量不高于5％。

在上述条件下，使用如图1所示一种气态甲醇的精制装置进行气态甲醇精制的具体工艺流程描述如下：

(1)粗甲醇a进料在换热器8中换热升温后，进入甲醇塔1进行精馏分离，轻组分甲醇在塔顶富集，重组分水在塔釜富集，塔顶得到合格精甲醇气体，塔釜得到甲醇-水混合物；

(2)从甲醇塔1塔顶排出的精甲醇蒸汽经压缩机2压缩、提高品位后，操作压力、操作温度、饱和温度均上升，得到的高品位气体甲醇分为两路，一路去换热器8换热后作为精甲醇产品b排出甲醇精制装置，另一路去给甲醇塔再沸器3和回收塔再沸器5分别供热；

(3)从甲醇塔1塔釜采出甲醇-水混合液，经甲醇塔塔釜泵10加压后，送往回收塔2进一步精馏，回收其中的甲醇；在回收塔2中，水进一步在塔釜富集，甲醇在塔顶富集；

(4)甲醇塔再沸器3排出的未被冷凝的压缩气体以及回收塔再沸器5 排出的未被冷凝的压缩气体均进入甲醇塔塔顶泵9，经甲醇塔塔顶泵9加压后全部送回甲醇塔1的塔顶进行回流；

(5)从回收塔4的塔顶排出的富甲醇气体在回收塔冷凝器6中冷凝，所得冷凝液(富甲醇液)经回收塔塔顶泵11加压后分两股，一股作为塔顶回流返回回收塔4的塔顶；一股作为塔顶采出返回甲醇塔1的塔中，回收塔冷凝器6被回收塔真空泵7抽真空，维持回收塔4为真空操作，真空泵7将抽真空得到的废气d排出系统；

(6)从回收塔4的塔釜采出废液c(合格废水)，经回收塔塔釜泵12 加压后排出甲醇精制系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气态甲醇的精制装置，包括甲醇塔(1)、回收塔(4)、压缩机(2)、甲醇塔再沸器(3)、回收塔再沸器(5)、粗甲醇进料管线、精甲醇出料管线和废液排放管线，其特征在于：所述甲醇塔(1)进料口与粗甲醇进料管线连通，所述甲醇塔(1)的塔顶出料口与压缩机(2)连通，该甲醇塔(1)的塔釜出料口与回收塔(4)连通，所述回收塔(4)的塔顶出料口与甲醇塔(1)连通，该回收塔(4)的塔釜出料口与废液排放管线连通；

所述甲醇塔再沸器(3)与甲醇塔(1)连通且两者之间形成回路，所述回收塔再沸器(5)与回收塔(4)连通且两者之间形成回路，所述回收塔再沸器(5)与甲醇塔再沸器(3)构成串联或并联通路；

回收塔再沸器(5)与甲醇塔再沸器(3)构成串联通路，是指所述精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器(3)热侧的进料口均与压缩机(2)的出料口连通，所述回收塔再沸器(5)热侧的进料口与甲醇塔再沸器(3)热侧出料口连通，所述回收塔再沸器(5)的热侧出料口与甲醇塔(1)连通，构成串联供热通路；

回收塔再沸器(5)与甲醇塔再沸器(3)构成并联通路，是指所述精甲醇出料管线、甲醇塔再沸器(3)热侧的进料口、回收塔再沸器(5)热侧的进料口均与压缩机(2)的出料口连通，甲醇塔再沸器(3)热侧的出料口、回收塔再沸器(5)热侧的出料口均与甲醇塔连通，构成并联供热通路。

2.根据权利要求1所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：还包括换热器(8)，所述换热器(8)位于甲醇塔(1)进料口与粗甲醇进料管线的连通通路上。

3.根据权利要求2所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述换热器(8)还位于压缩机(2)出料口与精甲醇出料管线连通通路上。

4.根据权利要求1所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述回收塔(4)的塔顶出料口与甲醇塔(1)的连通通路上设有回收塔冷凝器(6)，所述回收塔冷凝器(6)的进料口与回收塔(4)塔顶连通，该回收塔冷凝器(6)的出料口与甲醇塔(1)连通。

5.根据权利要求4所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：还包括回收塔真空泵(7)，所述回收塔真空泵(7)与回收塔冷凝器(6)连通。

6.根据权利要求4所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述回收塔冷凝器(6)的出料口与甲醇塔(1)的连通通路上设有回收塔塔顶泵(11)，所述回收塔塔顶泵(11)的出料口连接两个支路，其中一个支路与甲醇塔(1)连通，另一个支路与回收塔(4)连通。

7.根据权利要求1所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述回收塔再沸器(5)的出料口与甲醇塔(1)塔顶连通，所述回收塔再沸器(5)的出料口与甲醇塔(1)塔顶的连接通路上设有甲醇塔塔顶泵(9)。

8.根据权利要求1所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述甲醇塔(1)塔釜出料口与回收塔(4)的连接通路上设有甲醇塔塔釜泵(10)。

9.根据权利要求1所述的一种气态甲醇的精制装置，其特征在于：所述回收塔(4)的塔釜出料口与废液排放管线的连接通路上设有回收塔塔釜泵(12)。

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