CN217119361U - 一种二氧化碳制甲醇精馏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二氧化碳制甲醇精馏系统，该系统包括脱轻塔系统、负压精馏塔系统、加压精馏塔系统、常压精馏塔系统和回收塔系统。其脱轻塔系统与负压精馏塔系统连接，负压精馏塔系统与加压精馏塔系统连接，加压精馏塔系统与常压精馏塔系统连接，常压精馏塔系统与和回收塔系统连接。本专利使整个二氧化碳制甲醇精馏热源和甲醇合成产生热源实现耦合，二氧化碳制甲醇装置不需要外部供热，能耗低，真正实现碳减排。

Description

一种二氧化碳制甲醇精馏系统

技术领域

本实用新型属于甲醇合成技术领域，具体为一种二氧化碳制甲醇精馏系统。

背景技术

粗甲醇往往需要通过精馏得到精甲醇，传统甲醇精馏有两塔工艺、三塔工艺，目前也有部分资料报道的五塔工艺。

两塔精馏工艺包括脱轻塔、常压塔，在脱轻塔顶脱除轻组分，在常压塔顶得到甲醇，塔釜得到含水重组分。

三塔精馏工艺，在两塔精馏工艺上进行了优化，包括脱轻塔、加压塔、常压塔，在脱轻塔顶分离出轻组分，在加压塔和常压塔顶分离出甲醇，在常压塔釜得到含水重组分。三塔工艺较两塔工艺的优势在于，加压塔与常压塔形成两效，加压塔顶蒸汽可作为常压塔釜热源，节省了蒸汽。

五塔精馏工艺是在三塔工艺上的进一步优化，“荣幸化工甲醇4+1塔精馏工艺的设计”及“五塔精馏技术在甲醇精馏装置扩能改造中的应用”等资料报道的五塔精馏工艺，采用的均是预塔加逐级降压的四塔组合，逐级利用高中低压塔顶蒸汽加热下一级塔釜，形成多效节省蒸汽。

专利CN110280034A报道了一种包括脱轻塔、减压精馏塔、加压精馏、常压精馏塔和回收塔的系统，较传统五塔工艺进一步优化。预塔仍采用外供蒸汽加热，减压塔热源来自甲醇合成气低位热，加压塔与常压塔、减压塔、脱轻塔形成多效，起到节约蒸汽的作用。

但以上精馏工艺均针对CO制甲醇，粗甲醇中H₂O含量少的情况，塔顶与塔底温度梯度小，各塔间仅需要较小的压差，就能使上一级塔顶甲醇蒸汽与下一级塔釜甲醇形成温差。“荣幸化工甲醇4+1塔精馏工艺的设计”及“五塔精馏技术在甲醇精馏装置扩能改造中的应用”的多效节能，CN110280034A中常压塔蒸汽能作为减压塔再沸器热源都是这个原理。

而CO₂为原料制甲醇，甲醇和副产水摩尔比为1:1，粗甲醇的高含水量，使得塔顶和塔釜温差增大，随着甲醇的分离，温差增大问题在第三至第五塔更加突出，若仍采用以上五塔工艺，为了确保上一级塔顶蒸汽和下一级塔釜的温差，便不得不提高各级塔间压差，导致设备投资显著提高，也会增加高压塔釜再沸器蒸汽品位和用量。CN110280034A中工艺技术也需要极大的提高减压塔的真空度，以匹配常压塔顶蒸汽温度，而高真空度会对塔的操作安全形成威胁。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种二氧化碳制甲醇精馏系统，该系统除二氧化碳自身合成甲醇副产蒸汽外，无任何外供蒸汽作为精馏消耗，使整个二氧化碳制甲醇精馏热源和二氧化碳制甲醇合成产生热源实现耦合，真正实现碳减排。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种二氧化碳制甲醇精馏工艺，包括：脱轻塔系统、负压精馏塔系统、加压精馏塔系统、常压精馏塔系统和回收塔系统；其脱轻塔系统与负压精馏塔系统连接，负压精馏塔系统与加压精馏塔系统连接，加压精馏塔系统与常压精馏塔系统连接，常压精馏塔系统与和回收塔系统连接。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述的脱轻塔系统包括脱轻塔，脱轻塔再沸器I、脱轻塔再沸器II、脱轻塔冷凝器；二氧化碳合成粗甲醇经过闪蒸装置后进入脱轻塔系统中的脱轻塔，在脱轻塔顶部设置有脱轻塔冷凝器。

作为本申请中一种较好的实施方式，负压精馏塔系统包括负压精馏塔(负压塔)，进料预热器I，负压塔再沸器、负压塔冷凝器和抽真空设备。脱轻塔塔釜与进料预热器I管程相连，进料预热器I管程与负压塔相连，在负压塔塔顶设置负压塔冷凝器，负压塔冷凝器与抽真空设备相连，抽真空设备与常压塔塔顶蒸汽压缩机相连，在负压塔底部设置负压塔再沸器。

作为本申请中一种较好的实施方式，加压精馏塔系统包括加压塔进料泵、进料预热器II，加压精馏塔(加压塔)，加压塔再沸器；负压塔塔釜与加压塔进料泵相连，加压塔进料泵与进料预热器II管程相连，进料预热器II管程与加压塔相连，在加压塔底部循环连接有加压塔再沸器。

作为本申请中一种较好的实施方式，常压精馏塔系统包括常压精馏塔，常压塔再沸器、塔顶蒸汽压缩机。加压塔塔釜与常压塔相连，在常压塔底部循环连接有常压塔再沸器，加压塔塔顶与常压塔再沸器壳程联通,常压塔塔顶与塔顶蒸汽压缩机相连，常压塔顶蒸汽压缩机与脱轻塔再沸器I壳程相连。

作为本申请中一种较好的实施方式，回收塔系统包括回收塔，回收塔再沸器I，回收塔再沸器II；常压塔塔釜与回收塔相连，回收塔塔釜再沸器I和再沸器II壳程均与进料预热器I管程联通。

作为本申请中一种较好的实施方式，脱轻塔塔釜与进料预热器I管程相连，进料预热器I管程与负压塔相连，负压塔塔釜与加压塔进料泵相连，加压塔进料泵与进料预热器II管程相连，进料预热器II管程与加压塔相连，加压塔塔釜与常压塔相连，加压塔再沸器壳程与回收塔再沸器I壳程相连，加压塔塔顶与常压塔再沸器壳程联通，常压塔塔釜与回收塔相连，常压塔塔顶与常压塔顶蒸汽压缩机相连，常压塔顶蒸汽压缩机与脱轻塔再沸器I壳程相连，回收塔塔釜与进料预热器II壳程相连，回收塔塔釜再沸器I和再沸器II壳程均与进料预热器I管程联通，回收塔顶与脱轻塔釜再沸器II壳程联通。

二氧化碳合成粗甲醇经过闪蒸后进入脱轻塔，比甲醇沸点低的轻组分在脱轻塔塔顶脱出，脱出轻组分后的甲醇水溶液从脱轻塔塔釜出来后预热，再进入负压精馏塔；在负压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，其他甲醇水溶液从负压精馏塔塔釜出来后预热，再进入加压精馏塔系统；在加压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，剩余甲醇水溶液从加压精馏塔塔釜出来后进入常压精馏塔系统；在常压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，常压精馏塔塔釜液进入回收塔系统；在回收塔塔顶得到杂醇产品，回收塔釜废水预热加压塔进料后，经过净化处理回收利用。

脱轻塔再沸器加热热源全部由回收塔塔顶蒸汽和常压塔顶蒸汽加压后提供；负压精馏塔再沸器加热热源全部由二氧化碳甲醇合成的合成气低位热提供；加压塔系统加热热源全部由二氧化碳甲醇合成产生的蒸汽提供；常压精馏塔系统加热热源全部由加压塔塔顶甲醇蒸汽提供，回收塔系统加热热源由甲醇合成副产蒸汽提供，回收塔塔釜废水用于预热加压塔进料，回收塔再沸器蒸汽冷凝液用于预热负压塔进料后除氧，再回到甲醇合成汽包。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果体现在：

(一)负压塔再沸器热源完全来自于二氧化碳合成甲醇的合成出塔气的低位热，整塔仅需微负压，提高出塔气与塔釜温差，在冷却出塔气的同时，为甲醇精馏提供充分热源。

(二)对常压塔顶蒸汽压缩增压为脱轻塔提供精馏热源，使得常压塔与脱轻塔形成耦合；同时利用加压塔顶蒸汽作为常压塔再沸器热源，使得加压塔与常压塔耦合，使得加压塔、常压塔、脱轻塔形成多效；常压塔顶蒸汽压缩增压，无需外供热，避免了各塔逐级增压来满足下级塔精馏温度的问题，加压塔无需提高蒸汽品位及消耗。

(三)回收塔提高操作压力使其塔顶蒸汽作为脱轻塔再沸器热源，热量利用充分。

(四)利用回收塔再沸器冷凝液和塔釜液分别预热负压塔、加压塔进料，进一步降低两塔精馏热量消耗，能量利用率高。

(五)整个二氧化碳制甲醇精馏工艺在无外供热源的前提下，完全依靠合成低位热及副产蒸汽完成精馏，真正做到了CO₂减排。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种二氧化碳制甲醇精馏系统的结构连接关系示意图。

其中，T1：脱轻塔，Eh1-1：脱轻塔再沸器I，Eh1-2：脱轻塔再沸器II，EC1:脱轻塔再沸器，T2:负压精馏塔，Eh2-1：负压塔再沸器，Eh2-2：进料预热器I，EC2:负压塔冷凝器，X1：抽真空装置，P1：加压塔进料泵，T3:加压精馏塔，Eh3-1：加压塔再沸器，Eh3-2：进料预热器II，T4:常压塔，Eh4:常压塔再沸器，C1：压缩机，P2：回收塔进料泵，T5：回收塔，Eh5-1：回收塔再沸器I，Eh5-2：回收塔再沸器II。

具体实施方式

一种二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于包括脱轻塔系统、负压精馏塔系统、加压精馏塔系统、常压精馏塔系统和回收塔系统；其中，脱轻塔系统与负压精馏塔系统连接，负压精馏塔系统与加压精馏塔系统连接，加压精馏塔系统与常压精馏塔系统连接，常压精馏塔系统与和回收塔系统连接。

作为优选，所述的脱轻塔系统包括脱轻塔和脱轻塔冷凝器；二氧化碳合成粗甲醇经过闪蒸装置后进入脱轻塔系统中的脱轻塔，在脱轻塔顶部设置有脱轻塔冷凝器。

作为优选，所述的负压精馏塔系统包括负压塔、进料预热器I、负压塔冷凝器和负压塔再沸器；脱轻塔塔釜与进料预热器I管程相连，进料预热器I管程与负压塔相连，在负压塔塔顶设置负压塔冷凝器，在负压塔底部设置负压塔再沸器。

作为优选，所述的加压精馏塔系统包括加压塔进料泵、进料预热器II、加压塔和加压塔再沸器；负压塔塔釜与加压塔进料泵相连，加压塔进料泵与进料预热器II管程相连，进料预热器II管程与加压塔相连，在加压塔底部循环连接有加压塔再沸器。

作为优选，所述的常压精馏塔系统包括常压塔、常压塔再沸器和塔顶蒸汽压缩机；加压塔塔釜与常压塔相连，在常压塔底部循环连接有常压塔再沸器，加压塔塔顶与常压塔再沸器壳程联通,常压塔塔顶与塔顶蒸汽压缩机相连，常压塔顶蒸汽压缩机与脱轻塔再沸器I壳程相连。

作为优选，所述的回收塔系统包括回收塔、回收塔再沸器I和回收塔再沸器II，常压塔塔釜与回收塔相连，回收塔塔釜再沸器I和再沸器II壳程均与进料预热器I管程联通。

作为优选，加压塔再沸器壳程与回收塔再沸器I壳程相连。

作为优选，回收塔塔釜与进料预热器II壳程相连。

作为优选，回收塔顶与脱轻塔釜再沸器II壳程联通。

该系统中，二氧化碳合成粗甲醇经过闪蒸后进入脱轻塔，比甲醇沸点低的轻组分在脱轻塔塔顶脱出，脱出轻组分后的甲醇水溶液从脱轻塔塔釜出来后预热，再进入负压精馏塔；在负压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，其他甲醇水溶液从负压精馏塔塔釜出来后预热，再进入加压精馏塔系统；在加压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，剩余甲醇水溶液从加压精馏塔塔釜出来后进入常压精馏塔系统；在常压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，常压精馏塔塔釜液进入回收塔系统；在回收塔塔顶得到杂醇产品，回收塔釜废水预热加压塔进料后，经过净化处理回收利用。

脱轻塔再沸器加热热源全部由回收塔塔顶蒸汽和常压塔顶蒸汽加压后提供；负压精馏塔再沸器加热热源全部由二氧化碳甲醇合成的合成气低位热提供；加压塔系统加热热源全部由二氧化碳甲醇合成产生的蒸汽提供；常压精馏塔系统加热热源全部由加压塔塔顶甲醇蒸汽提供，回收塔系统加热热源由甲醇合成副产蒸汽提供，回收塔塔釜废水用于预热加压塔进料，回收塔再沸器蒸汽冷凝液用于预热负压塔进料后除氧，再回到甲醇合成汽包。

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本实用新型的保护范围。

实施例1

一种二氧化碳制甲醇精馏系统结构示意图如图1所示，具体结构介绍见具体实施方式，本实施例为采用该系统年产150万吨二氧化碳制甲醇精馏流程：

1)粗甲醇流量～313000kg/h进入脱轻塔T1，其中～12000kg/h轻组分及甲醇在脱轻塔塔顶脱出，剩余～301000kg/h粗甲醇自脱轻塔塔釜进入进料预热器Eh2-2，预热后进入负压精馏塔T2。

2)～301000kg/h粗甲醇在T2塔顶得到部分精甲醇产品～95000kg/h，剩余粗甲醇～206000kg/h从T2塔釜出来后,经加压塔进料泵P1加压,进入进料预热器Eh3-2，预热后进入加压精馏塔T3。

3)粗甲醇在T3塔顶得到部分精甲醇产品～47000kg/h，剩余粗甲醇～159000kg/h自T3塔釜进入常压精馏塔T4。

4)粗甲醇在T4塔顶得到部分精甲醇产品～46000kg/h，剩余废水～113000kg/h通过P2泵入回收塔T5。

5)废水在T5塔顶精馏得到杂醇产品～600kg/h，剩余废水～112400kg/h自T5塔釜去污水处理系统。

6)脱轻塔T1再沸器Eh1-1的加热热源来自于常压塔T4塔顶经C1加压后的甲醇蒸汽～170000kg/h，Eh1-2的加热热源来自于回收塔T5塔顶～12900kg/h

7)负压精馏塔T2再沸器Eh2-1加热热源来自于二氧化碳制甲醇合成出塔气(～2600000Nm³/h、～120℃)；

8)加压塔T3再沸器Eh3-1加热热源全部来自于二氧化碳制甲醇合成塔副产蒸汽2.5MPaG饱和蒸汽(～93000kg/h)，进料预热器Eh3-2加热热源来自于T5塔釜液(～112400kg/h)；

9)常压塔T4再沸器Eh4加热热源全部来自于T3塔顶甲醇蒸汽～170000kg/h，

10)回收塔T5再沸器Eh5-1加热热源来自于Eh3-1中～93000kg/h，～155℃蒸汽冷凝液，回收塔T5再沸器Eh5-2加热热源来自于二氧化碳制甲醇合成塔副产2.5MPaG饱和蒸汽(～10000kg/h)。

由上可以看出，二氧化碳合成的经过闪蒸后的粗甲醇进入脱轻塔系统，在脱轻塔塔顶脱出比甲醇沸点低的轻组分送回合成单元作为甲醇合成原料，脱出轻组分后的甲醇水溶液从脱轻塔塔釜出来后进入负压精馏塔系统；在负压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，其他甲醇水溶液从负压精馏塔塔釜出来后进入加压精馏塔系统；在加压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，剩余甲醇水溶液从加压精馏塔塔釜出来后进入常压精馏塔系统；在常压精馏塔塔顶得到部分精甲醇产品，废水从常压精馏塔塔釜出来后进入回收塔系统；在回收塔塔顶得到杂醇产品，废水从常压精馏塔塔釜出来后去污水处理系统。脱轻塔系统加热热源全部由回收塔塔顶蒸汽和常压塔顶蒸汽加压提供；负压精馏塔系统加热热源全部由二氧化碳甲醇合成的合成气低位热提供；加压塔系统加热热源全部由二氧化碳甲醇合成产生的蒸汽提供；常压精馏塔系统加热热源全部由加压塔塔顶甲醇蒸汽提供，回收塔系统加热热源由甲醇合成副产蒸汽提供，回收塔塔釜废水用于预热加压塔进料，回收塔塔釜再沸器冷凝液用于预热负压精馏塔进料。本专利使整个二氧化碳制甲醇精馏热源和甲醇合成产生热源实现耦合，二氧化碳制甲醇装置不需要外部供热，能耗低，真正实现碳减排。

以上所述实例仅是本专利的优选实施方式，但本专利的保护范围并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利原理的前提下，根据本专利的技术方案及其专利构思，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于包括脱轻塔系统、负压精馏塔系统、加压精馏塔系统、常压精馏塔系统和回收塔系统；其中，脱轻塔系统与负压精馏塔系统连接，负压精馏塔系统与加压精馏塔系统连接，加压精馏塔系统与常压精馏塔系统连接，常压精馏塔系统与和回收塔系统连接。

2.如权利要求1所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，所述的脱轻塔系统包括脱轻塔和脱轻塔冷凝器；二氧化碳合成粗甲醇经过闪蒸装置后进入脱轻塔系统中的脱轻塔，在脱轻塔顶部设置有脱轻塔冷凝器。

3.如权利要求1或2所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，所述的负压精馏塔系统包括负压塔、进料预热器I、负压塔冷凝器、抽真空设备和负压塔再沸器；脱轻塔塔釜与进料预热器I管程相连，进料预热器I管程与负压塔相连，在负压塔塔顶设置负压塔冷凝器，负压塔冷凝器与抽真空设备相连，抽真空设备与常压塔塔顶蒸汽压缩机相连，在负压塔底部设置负压塔再沸器。

4.如权利要求3所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，所述的加压精馏塔系统包括加压塔进料泵、进料预热器II、加压塔和加压塔再沸器；负压塔塔釜与加压塔进料泵相连，加压塔进料泵与进料预热器II管程相连，进料预热器II管程与加压塔相连，在加压塔底部循环连接有加压塔再沸器。

5.如权利要求4所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，所述的常压精馏塔系统包括常压塔、常压塔再沸器和塔顶蒸汽压缩机；加压塔塔釜与常压塔相连，在常压塔底部循环连接有常压塔再沸器，加压塔塔顶与常压塔再沸器壳程联通,常压塔塔顶与塔顶蒸汽压缩机相连，常压塔顶蒸汽压缩机与脱轻塔再沸器I壳程相连。

6.如权利要求1或5所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，所述的回收塔系统包括回收塔、回收塔再沸器I和回收塔再沸器II，常压塔塔釜与回收塔相连，回收塔塔釜再沸器I和再沸器II壳程均与进料预热器I管程联通。

7.如权利要求4所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，加压塔再沸器壳程与回收塔再沸器I壳程相连。

8.如权利要求6所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，回收塔塔釜与进料预热器II壳程相连。

9.如权利要求6所述的二氧化碳制甲醇精馏系统，其特征在于，回收塔顶与脱轻塔釜再沸器II壳程联通。

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