CN212269940U - 一种甲醇热泵精馏装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种甲醇热泵精馏装置，属于化工精馏技术领域。该装置涉及高压塔和低压塔，其中，高压塔精馏段和低压塔精馏段获得的精甲醇蒸汽经压缩机加压升温后分别进入高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧，以用作二者的热源。相较传统甲醇双效精馏，该装置不再使用生蒸汽供热，低压塔精馏段获得的精甲醇蒸汽也参与到供热当中，降低低压塔精甲醇蒸汽的冷凝负荷，节省循环冷却水，实现高压塔和低压塔双塔热泵精馏，替代传统双效精馏，将高压塔和低压塔精甲醇蒸汽的低品位热能转化为高品位热能，合理利用热量，节能减排效果显著。

Description

一种甲醇热泵精馏装置

技术领域

本实用新型属于化工精馏技术领域，涉及一种甲醇热泵精馏装置。

背景技术

甲醇是一种重要的有机化工原料、工业溶剂和新型能源燃料，在化工、轻工和清洁能源领域具有广泛的应用。现有合成工艺合成的粗甲醇中含有较多杂质，需作精制处理，精馏是当前粗甲醇精制的主要方法。随着煤化工行业的蓬勃发展，甲醇精馏的规模也越来越大，甲醇精馏过程的节能问题已成为企业生存和提高竞争力的关键。

现有甲醇精馏技术主要包括双塔精馏、三塔双效精馏和四塔双效精馏，双塔精馏已逐渐淘汰，三塔双效精馏包括预精馏塔、加压塔和常压塔，在三塔双效精馏的基础上增加回收塔进一步回收甲醇即形成了四塔双效精馏，四塔双效精馏已广泛应用。在三塔或者四塔双效精馏中，预精馏塔的塔顶脱除粗甲醇中的轻组分，塔底出料经加压塔和常压塔精馏后，在加压塔的塔顶和常压塔的塔顶出料分别获得精甲醇。加压塔的塔顶蒸汽作为常压塔再沸器的热源，形成双效精馏，具有一定节能效果，但加压塔再沸器要使用生蒸汽加热，常压塔的塔顶蒸汽需大量循环冷却水进行冷却，仍存在能耗较高的问题。

为了实现可持续发展，《中国制造2025》针对工业能耗和污染物排放，提出了绿色发展的4个指标，即规模以上单位工业增加值能耗2020年和2025年分别较“十二五”末降低18％和34％；单位工业增加值二氧化碳排放量分别下降22％和40％；单位工业增加值用水量分别降低23％和41％。而且，近年来，国内甲醇产量过剩，供大于求，对甲醇精馏装置的新建需求小。在此背景下，迫切需要对现有高耗能的甲醇精馏装置进行节能改造。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种甲醇热泵精馏装置，适用于对现有甲醇三塔或者四塔双效精馏装置的节能改造，利用双塔热泵精馏替代双效精馏，解决现有甲醇三塔或者四塔双效精馏装置面临的节能减排问题。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种甲醇热泵精馏装置，包括高压塔、高压塔再沸器、低压塔、低压塔再沸器，所述高压塔和低压塔均包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，高压塔的提馏段出料口与低压塔的料液进料口连通；高压塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通高压塔再沸器的冷侧，低压塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通低压塔再沸器的冷侧；低压塔的精馏段出料口依次连通有一级压缩机和二级压缩机，二级压缩机的进口端还与高压塔的精馏段出料口连通，二级压缩机的出口端分别与高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧连通；高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧设有回流通道分别与高压塔的回流液回流口及低压塔的回流液回流口连通，还设有产品采集通道以采出精甲醇产品。

需要说明的是，高压塔的压力高于低压塔，此处高压塔的“高压”和低压塔的“低压”是相对而言的，低压塔在实际应用场景中可以是常压塔。

进一步，所述低压塔的精馏段出料口还依次连通有低压塔冷凝器和低压塔回流罐，低压塔再沸器的热侧的回流通道经低压塔回流罐与低压塔的回流液回流口连通。

进一步，所述低压塔的提馏段侧线设有杂醇油采集口。

进一步，还包括预精馏塔、预精馏塔再沸器和粗甲醇预热器，所述预精馏塔包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，预精馏塔的提馏段出料口与高压塔的料液进料口连通；预精馏塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通预精馏塔再沸器的冷侧；预精馏塔的料液进料口连通粗甲醇预热器的冷侧。

进一步，所述预精馏塔的精馏段还设有回流液回流口；预精馏塔的精馏段出料口依次连通有预精馏塔一级冷凝器、预精馏塔二级冷凝器和不凝气分离器，预精馏塔一级冷凝器、预精馏塔二级冷凝器和不凝气分离器的出口端连通有预精馏塔回流罐，预精馏塔回流罐的出口端与预精馏塔的回流液回流口连通；不凝气分离器上还设有不凝气出口。

进一步，所述预精馏塔的精馏段还设有用于通入萃取水的进水口。

进一步，还包括回收塔和回收塔再沸器，所述回收塔包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，低压塔的提馏段出料口与回收塔的料液进料口连通；回收塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通回收塔再沸器的冷侧。

进一步，所述回收塔的精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，回收塔的精馏段出料口依次连通有回收塔冷凝器和回收塔回流罐，回收塔回流罐的出口端与回收塔的回流液回流口连通；回收塔回流罐的出口端还设有产品采集通道。

进一步，所述回收塔的提馏段侧线设有杂醇油采集口。

进一步，所述高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧的回流通道之间连通有精甲醇液混合通道。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型公开的甲醇热泵精馏装置，高压塔精馏段获得的精甲醇蒸汽与低压塔精馏段获得的并经过一级压缩机处理的精甲醇蒸汽一起进入二级压缩机进行加压升温，二级压缩机排出的精甲醇蒸汽分别用作高压塔再沸器和低压塔再沸器的热源，不再使用生蒸汽供热，低压塔精馏段的精甲醇蒸汽也参与到供热当中，降低低压塔冷凝负荷，节省循环冷却水，实现高压塔和低压塔双塔热泵精馏，替代传统双效精馏，将高压塔和低压塔精馏段获得的精甲醇蒸汽的低品位热能转化为高品位热能，合理利用热量，与现有三塔或者四塔双效精馏相比，单位甲醇精馏的综合能耗降低60％以上，二氧化碳排放量也下降60％以上，节能减排效果显著，符合绿色发展指标。

(2)本实用新型公开的甲醇热泵精馏装置，各塔的负荷与现有双效精馏的各塔的负荷相近，高压塔和低压塔的精甲醇出料量分别相较于现有双效精馏的加压塔和常压塔基本不变，可直接应用于现有双效精馏装置的节能改造，无需更换已有的塔设备。

(3)本实用新型公开的甲醇热泵精馏装置，由于高压塔再沸器和低压塔再沸器以加压后的精甲醇蒸汽为热源，不再采用双效精馏，不必如现有双效精馏，为给常压塔再沸器供热，确保加压塔精馏段获得的蒸汽与常压塔塔釜液具备足够的换热温差，而使加压塔保持较高的压力。本精馏装置可降低高压塔的操作压力，提高安全性。

(4)本实用新型公开的甲醇热泵精馏装置，低压塔精馏段的精甲醇蒸汽分成两部分，用作高压塔再沸器和低压塔再沸器热源的精甲醇蒸汽的流量，可通过低压塔精馏段获得的精甲醇蒸汽分配进行控制，以适应高压塔和低压塔的工况变化，提高工艺操作的灵活性。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型的流程示意图。

附图标记：预精馏塔1、高压塔2、低压塔3、回收塔4、粗甲醇预热器5、预精馏塔一级冷凝器6、预精馏塔回流罐7、预精馏塔二级冷凝器8、不凝气分离器9、预精馏塔再沸器10、二级压缩机11、高压塔再沸器12、一级压缩机13、低压塔冷凝器14、低压塔回流罐15、低压塔再沸器16、回收塔冷凝器17、回收塔回流罐18、回收塔再沸器19。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本实施例提供一种甲醇热泵精馏装置，具体为甲醇四塔热泵精馏装置，包括预精馏塔1、高压塔2、低压塔3和回收塔4。在其他实施例中，该甲醇热泵精馏装置也可为甲醇三塔热泵精馏装置，包括预精馏塔1、高压塔2和低压塔3。

预精馏塔1包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，预精馏塔1的提馏段出料口与高压塔2的料液进料口连通；预精馏塔1的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通预精馏塔再沸器10的冷侧；预精馏塔1的料液进料口连通粗甲醇预热器5的冷侧；预精馏塔1的精馏段出料口依次连通有预精馏塔一级冷凝器6、预精馏塔二级冷凝器8和不凝气分离器9，预精馏塔一级冷凝器6、预精馏塔二级冷凝器8和不凝气分离器9的出口端连通有预精馏塔回流罐7，预精馏塔回流罐7的出口端与预精馏塔1的回流液回流口连通；不凝气分离器9上还设有不凝气出口；预精馏塔1精馏段设有用于通入萃取水的进水口。

高压塔2和低压塔3均包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，高压塔2的提馏段出料口与低压塔3的料液进料口连通；高压塔2的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通高压塔再沸器12的冷侧，低压塔3的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通低压塔再沸器16的冷侧；低压塔3的精馏段出料口依次连通有一级压缩机13和二级压缩机11，二级压缩机11的进口端还与高压塔2的精馏段出料口连通，二级压缩机11的出口端分别与高压塔再沸器12和低压塔再沸器16的热侧连通；高压塔再沸器12和低压塔再沸器16的热侧设有回流通道分别与高压塔2的回流液回流口及低压塔3的回流液回流口连通，还设有产品采集通道以采出精甲醇产品。回流通道的设置方式可以有两种：一种如本实施例所示出，高压塔再沸器12的热侧的回流通道与高压塔2的回流液回流口连通，低压塔再沸器16的热侧的回流通道与低压塔3的回流液回流口连通，两回流通道相互独立；另一种为在两回流通道之间连通精甲醇液混合通道，将高压塔再沸器12的热侧和低压塔再沸器16的热侧流出的精甲醇液混合后，再分别向高压塔2和低压塔3回流。

此外，低压塔3的精馏段出料口还依次连通有低压塔冷凝器14和低压塔回流罐15。在没有设置低压塔冷凝器14和低压塔回流罐15的情况下，低压塔再沸器16的热侧的回流通道直接与低压塔3的回流液回流口连通，本实施例中低压塔再沸器16的热侧的回流通道则经由低压塔回流罐15与低压塔3的回流液回流口连通。

回收塔4包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，低压塔3的提馏段出料口与回收塔4的料液进料口连通；回收塔4的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通回收塔再沸器19的冷侧；回收塔4的精馏段出料口依次连通有回收塔冷凝器17和回收塔回流罐18，回收塔回流罐18的出口端与回收塔4的回流液回流口连通；回收塔回流罐18的出口端还设有产品采集通道；回收塔4的提馏段侧线设有杂醇油采集口。在甲醇三塔热泵精馏装置中，没有回收塔4，在低压塔3的提馏段侧线设置杂醇油采集口。

利用本实施例提供的甲醇热泵精馏装置进行甲醇热泵精馏的方法，包括以下步骤：

预精馏塔1初步精馏：将粗甲醇原料经粗甲醇预热器5预热后通入预精馏塔1，从预精馏塔1精馏段获得轻组分并进行冷凝与分离处理，将冷凝后形成的溶液作为精馏段回流液返回预精馏塔1，将未冷凝的不凝气分离并采出；从预精馏塔1提馏段获得甲醇水溶液分成两股，一股进入预精馏塔再沸器10冷侧，换热后形成蒸汽返回预精馏塔1，另一股进入高压塔2；在向预精馏塔1通入粗甲醇原料的同时从预精馏塔1精馏段通入萃取水；

高压塔2和低压塔3热泵精馏：脱除轻组分后的初始甲醇水溶液进入高压塔2，从高压塔2精馏段获得精甲醇蒸汽，与来自低压塔3精馏段并经一级压缩机13加压的精甲醇蒸汽一起进入二级压缩机11加压，经二级压缩机11加压的精甲醇蒸汽一部分作为热源进入高压塔再沸器12热侧，一部分作为热源进入低压塔再沸器16热侧，精甲醇蒸汽换热后冷凝形成精甲醇液，一部分作为高压塔2精馏段回流液返回高压塔2，一部分作为低压塔3精馏段回流液返回低压塔3，一部分作为精甲醇产品采出；从高压塔2提馏段获得甲醇水溶液，一部分进入高压塔再沸器12冷侧，换热后形成蒸汽返回高压塔2，一部分进入低压塔3；从低压塔3精馏段获得精甲醇蒸汽，分成两部分，一部分进入一级压缩机13，加压后与来自高压塔2精馏段的精甲醇蒸汽一起进入二级压缩机11，一部分经冷凝后形成精甲醇液，作为精馏段回流液返回低压塔3；从低压塔3提馏段获得甲醇水溶液，其甲醇浓度低于从高压塔2提馏段获得的甲醇水溶液的甲醇浓度，一部分进入低压塔再沸器16冷侧，换热后形成蒸汽返回低压塔3，一部分采出进入后继工序；

回收塔4再次精馏：从低压塔3提馏段采出的甲醇水溶液进入回收塔4；从回收塔4精馏段获得精甲醇蒸汽，经冷凝后形成的精甲醇液分成两股，一股作为精馏段回流液返回回收塔4，另一股作为精甲醇产品采出；从回收塔4提馏段获得甲醇水溶液分成两股，一股进入回收塔再沸器19冷侧，换热后形成蒸汽返回回收塔4，另一股作为废液采出；从回收塔4提馏段侧线获得杂醇油采出。在没有回收塔4，该甲醇热泵精馏装置为甲醇三塔热泵精馏装置的情况下，则从低压塔3提馏段侧线获得杂醇油并采出。

本实施例中，利用采出的精甲醇产品作为粗甲醇预热器5的热源。利用粗甲醇合成工序中的制氢装置产生的低变气作为预精馏塔再沸器10和回收塔再沸器19的热源。当经二级压缩机11加压的精甲醇蒸汽在满足高压塔再沸器12和低压塔再沸器16的负荷的情况下有富余时，也可分出一部分作为预精馏塔再沸器10的热源。

本实施例中，粗甲醇原料的进料量为9000kg/h，含有甲醇85.65％w，水12.54％w，乙醇0.05％w，正丁醇0.04％w，异丁醇0.03％w，二氧化碳1.38％w，二甲醚0.31％w。经过精馏处理后，得到的精甲醇产品7632.2kg/h，其中甲醇含量为99.99％w，水含量为0.01％w，甲醇回收率为99.0％。

本实施例中，预精馏塔1的操作温度为65～90℃，操作压力为130～180kpa(绝压)，回流比为1.0～2.8。高压塔2的操作温度为75～95℃，操作压力为180～240kpa(绝压)，回流比为2.0～3.5。低压塔3的操作温度为60～90℃，操作压力为110～140kpa(绝压)，回流比为1.5～2.5。回收塔4的操作温度为60～120℃，操作压力为110～160kpa(绝压)，回流比为6.5～8.5。

本实施例中，二级压缩机11排出的精甲醇蒸汽分别用作高压塔再沸器12和低压塔再沸器16的热源，不再使用生蒸汽供热，低压塔3精馏段的精甲醇蒸汽也参与到供热当中，降低低压塔3冷凝负荷，节省循环冷却水，实现高压塔2和低压塔3双塔热泵精馏，替代传统双效精馏，将高压塔2和低压塔3精馏段获得的精甲醇蒸汽的低品位热能转化为高品位热能，合理利用热量，与现有三塔或者四塔双效精馏相比，单位甲醇精馏的综合能耗降低60％以上，二氧化碳排放量也下降60％以上，节能减排效果显著。

各塔的负荷与现有双效精馏的各塔的负荷相近，高压塔2和低压塔3的精甲醇出料量分别相较于现有双效精馏的加压塔和常压塔基本不变，可直接应用于现有双效精馏装置的节能改造，无需更换已有的塔设备。

现有双效精馏为用加压塔的蒸汽给常压塔再沸器供热，加压塔需要保持较高的压力，才能使加压塔精馏段获得的蒸汽与常压塔塔釜液具备足够的换热温差；而本实用新型不采用双效精馏，改采热泵精馏，可降低高压塔2的压力，提高安全性。

低压塔3精馏段获得的精甲醇蒸汽分成两部分，30％-90％的精甲醇蒸汽进入一级压缩机13，用作高压塔再沸器12和低压塔再沸器16热源，这一流量分配可根据高压塔2和低压塔3的实际工况进行灵活调整，当高压塔再沸器12和低压塔再沸器16负荷增大时，可提高通往一级压缩机13的精甲醇蒸汽，以获得更多的二级精甲醇蒸汽进行供热。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种甲醇热泵精馏装置，其特征在于，包括高压塔、高压塔再沸器、低压塔、低压塔再沸器，所述高压塔和低压塔均包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，高压塔的提馏段出料口与低压塔的料液进料口连通；高压塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通高压塔再沸器的冷侧，低压塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通低压塔再沸器的冷侧；低压塔的精馏段出料口依次连通有一级压缩机和二级压缩机，二级压缩机的进口端还与高压塔的精馏段出料口连通，二级压缩机的出口端分别与高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧连通；高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧设有回流通道分别与高压塔的回流液回流口及低压塔的回流液回流口连通，还设有产品采集通道以采出精甲醇产品。

2.如权利要求1所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述低压塔的精馏段出料口还依次连通有低压塔冷凝器和低压塔回流罐，低压塔再沸器的热侧的回流通道经低压塔回流罐与低压塔的回流液回流口连通。

3.如权利要求1或2所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述低压塔的提馏段侧线设有杂醇油采集口。

4.如权利要求1或2所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，还包括预精馏塔、预精馏塔再沸器和粗甲醇预热器，所述预精馏塔包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，精馏段设有精馏段出料口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，预精馏塔的提馏段出料口与高压塔的料液进料口连通；预精馏塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通预精馏塔再沸器的冷侧；预精馏塔的料液进料口连通粗甲醇预热器的冷侧。

5.如权利要求4所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述预精馏塔的精馏段还设有回流液回流口；预精馏塔的精馏段出料口依次连通有预精馏塔一级冷凝器、预精馏塔二级冷凝器和不凝气分离器，预精馏塔一级冷凝器、预精馏塔二级冷凝器和不凝气分离器的出口端连通有预精馏塔回流罐，预精馏塔回流罐的出口端与预精馏塔的回流液回流口连通；不凝气分离器上还设有不凝气出口。

6.如权利要求4所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述预精馏塔的精馏段还设有用于通入萃取水的进水口。

7.如权利要求1或2所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，还包括回收塔和回收塔再沸器，所述回收塔包含有精馏段和提馏段，两段之间设有料液进料口，提馏段设有提馏段出料口和提馏蒸汽进料口，低压塔的提馏段出料口与回收塔的料液进料口连通；回收塔的提馏段出料口和提馏蒸汽进料口之间循环连通回收塔再沸器的冷侧。

8.如权利要求7所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述回收塔的精馏段设有精馏段出料口和回流液回流口，回收塔的精馏段出料口依次连通有回收塔冷凝器和回收塔回流罐，回收塔回流罐的出口端与回收塔的回流液回流口连通；回收塔回流罐的出口端还设有产品采集通道。

9.如权利要求7所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述回收塔的提馏段侧线设有杂醇油采集口。

10.如权利要求1或2所述的甲醇热泵精馏装置，其特征在于，所述高压塔再沸器和低压塔再沸器的热侧的回流通道之间连通有精甲醇液混合通道。

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