CN219922090U - 一种利用反应热的低能耗mto甲醇精馏装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，所述装置包括：依次连接的甲醇反应器、甲醇中间换热器、甲醇空冷器、甲醇水冷器和甲醇缓冲罐，所述甲醇反应器与所述甲醇中间换热器形成环路，所述甲醇中间换热器还设有合成气进料口，所述甲醇缓冲罐连接有甲醇膨胀槽，所述甲醇膨胀槽连接有稳定塔，所述稳定塔顶部通过回流管道与冷却回流组件连接，所述稳定塔底部依次连接稳定塔底泵和MTO级甲醇水冷器，所述稳定塔底部还通过环路连接有稳定塔再沸器，所述甲醇中间换热器与甲醇空冷器之间还连接有热媒循环系统，所述热媒循环系统还连接于所述甲醇膨胀槽与所述稳定塔之间的管道上，可以有效降低冷却介质的消耗和稳定塔加热的能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲醇合成技术领域，特别是涉及一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置。
背景技术
利用一氧化碳（CO）/氢气（H2）合成甲醇是现在煤化工极为重要的工艺过程。最早利用甲醇精馏工艺流程在30 MPa 高压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制，其主要步骤包括中和、脱醚、预精馏脱除轻组分等杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分等，最终得到精甲醇产品。随着甲醇合成技术的不断发展和生产规模的扩大，精馏技术也取得了较大进展。目前甲醇合成大多采用 5 MPa 左右的低压合成技术，相比高压法所制得的粗甲醇，产品纯度较高，这就大大降低了精馏工段的能耗。目前甲醇精馏主要有三种流程: 单塔流程、双塔流程和三塔流程，其中，双塔和三塔流程主要用于生产符合国标 GB338—2004标准的AA级产品，而单塔流程主要用于生产 MTO 级甲醇。
在煤制烯烃工艺流程中，常采用单塔精馏(称为稳定塔) 来精制 MTO 级甲醇。然而当前甲醇精馏的节能研究主要集中在精甲醇（双塔、三塔或四塔）等流程，通过加压塔与常压塔热偶合、利用加压塔产品的热量及利用凝结水的热量加热预塔进料等方法降低精馏系统的蒸汽消耗。对于单塔精馏的节能研究较少，故而制备 MTO 级甲醇通常需要耗费大量能源。MTO级甲醇生产一般常温进料，甲醇合成反应器出口的粗甲醇与进料换热，但甲醇精馏（稳定塔）常温进料，会导致塔底重沸器的蒸汽消耗量较大，并且，粗甲醇与甲醇合成反应器进料换热后，初期温度约102/110℃，末期温度约100/95℃，温度较高，热量较大，常规采用空冷或水冷等方式冷却至常温的流程，不仅未充分利用热量，还消耗了电、循环水等冷却介质，能耗过高。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，通过设置热媒循环系统，有效利用甲醇反应器合成的热量使粗甲醇进入稳定塔之前升温，实现升温后进料，同时降低空冷、水冷以及稳定塔再沸的能耗。
为达上述目的，本实用新型提出一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，包括：
依次连接的甲醇反应器、甲醇中间换热器、甲醇空冷器、甲醇水冷器和甲醇缓冲罐，所述甲醇反应器与所述甲醇中间换热器形成环路，所述甲醇中间换热器还设有合成气进料口，所述甲醇缓冲罐连接有甲醇膨胀槽，所述甲醇膨胀槽连接有稳定塔，所述稳定塔顶部通过回流管道与冷却回流组件连接，所述稳定塔底部依次连接稳定塔底泵和MTO级甲醇水冷器，所述稳定塔底部还通过环路连接有稳定塔再沸器，所述甲醇中间换热器与所述甲醇空冷器之间还连接有热媒循环系统，所述热媒循环系统还连接于所述甲醇膨胀槽与所述稳定塔之间的管道上。
在本实用新型的一个实施例中，所述甲醇反应器包括第一甲醇反应器和第二甲醇反应器，所述甲醇中间换热器包括第一甲醇中间换热器和第二甲醇中间换热器，所述甲醇空冷器包括第一粗甲醇空冷器和第二粗甲醇空冷器，所述甲醇水冷器包括第一甲醇水冷器和第二甲醇水冷器，所述甲醇缓冲罐包括第一甲醇缓冲罐和第二甲醇缓冲罐，所述第一甲醇缓冲罐和所述第二甲醇缓冲罐均与所述甲醇膨胀槽连接。
在本实用新型的一个实施例中，所述热媒循环系统包括：第一粗甲醇热媒换热器、第二粗甲醇热媒换热器、稳定塔进料预热器、传热媒介缓冲罐和传热媒介升压泵，所述第一粗甲醇热媒换热器连接于所述第一甲醇中间换热器和所述第一粗甲醇空冷器之间的管道上，所述第二粗甲醇热媒换热器连接于所述第二甲醇中间换热器和所述第二粗甲醇空冷器之间的管道上，所述稳定塔进料预热器连接于所述甲醇膨胀槽与所述稳定塔之间的管道上，所述传热媒介缓冲罐的出口端连接所述传热媒介升压泵，所述传热媒介升压泵分别连接所述第一粗甲醇热媒换热器和所述第二粗甲醇热媒换热器的进口端，所述第一粗甲醇热媒换热器和所述第二粗甲醇热媒换热器的出口端共同连接于所述稳定塔进料预热器的进口端，所述稳定塔进料预热器的出口端连接于所述传热媒介缓冲罐的进口端。
在本实用新型的一个实施例中，所述热媒循环系统还包括：
所述热媒循环温度为60-90℃，所述热媒于所述传热媒介缓冲罐内的初始温度为60℃；所述热媒经过传热媒介升压泵加压后的温度为60~70℃；所述热媒与粗甲醇进行第一次热媒换热后的温度为80~90℃，使粗甲醇温度降低至90~100℃；所述热媒与粗甲醇进行第二次热媒换热后的温度为60~70℃，使粗甲醇温度升高至70~76℃。
在本实用新型的一个实施例中，所述冷却回流组件包括依次连接的稳定塔冷凝器、稳定塔回流罐和稳定塔回流泵，所述稳定塔冷凝器与所述稳定塔回流泵均连接所述稳定塔的塔顶形成回流管道。
与现有技术相比，本实用新型公开的一个实施例具有如下有益效果：
通过甲醇反应器与甲醇中间换热器以环路形式连接，可以在合成气进料的同时降低甲醇反应器出口的粗甲醇温度，以避免后续极大消耗空冷和水冷的冷却介质。
通过设置热媒循环系统，将甲醇反应器出口粗甲醇的热量通过热媒作为稳定塔进料加热的热源，利用两个粗甲醇热媒换热器并将该热源通过传热媒介缓冲罐、传热媒介升压泵升温并回到两个粗甲醇热媒换热器中循环使用，有效利用粗甲醇生成后的多余热量，同时降低稳定塔塔底的重沸器蒸汽消耗量。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置的结构示意图。
图中：11-第一甲醇反应器；12-第二甲醇反应器；21-第一甲醇中间换热器；22-第二甲醇中间换热器；31-第一粗甲醇空冷器；32-第二粗甲醇空冷器；41-第一甲醇水冷器；42-第二甲醇水冷器；51-第一甲醇缓冲罐；52-第二甲醇缓冲罐；6-甲醇膨胀槽；71-稳定塔；721-稳定塔冷凝器；722-稳定塔回流罐；723-稳定塔回流泵；73-稳定塔底泵；74-MTO级甲醇水冷器；75-稳定塔再沸器；8-热媒循环系统；81-第一粗甲醇热媒换热器；82-第二粗甲醇热媒换热器；83-稳定塔进料预热器；84-传热媒介缓冲罐；85-传热媒介升压泵。
实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本实用新型提供的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，包括：
依次连接的甲醇反应器、甲醇中间换热器、甲醇空冷器、甲醇水冷器和甲醇缓冲罐，所述甲醇反应器与所述甲醇中间换热器形成环路，所述甲醇中间换热器还设有合成气进料口，所述甲醇缓冲罐连接有甲醇膨胀槽6，所述甲醇膨胀槽6连接有稳定塔71，所述稳定塔71顶部通过回流管道与冷却回流组件连接，所述稳定塔71底部依次连接稳定塔底泵73和MTO级甲醇水冷器74，所述稳定塔71底部还通过环路连接有稳定塔再沸器75，所述甲醇中间换热器与所述甲醇空冷器之间还连接有热媒循环系统8，所述热媒循环系统8还连接于所述甲醇膨胀槽6与所述稳定塔71之间的管道上。
具体地，稳定塔71供实现汽液两相接触进行相际传质，在稳定塔71的塔顶连接冷却回流组件，使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液返回塔顶，其余馏出液是塔顶产品，也就是说，稳定塔71进料板以上，上升汽相中的重组分可以实现冷凝分离，汽相中的轻组分实现提纯；在稳定塔71的塔底连接稳定塔再沸器75，稳定塔再沸器75使液体部分汽化，蒸气向上升，余下的液体为塔底产物，也就是说，稳定塔71进料板以下，液相中轻组份可以实现汽化分离，液相中重组份实现提浓。进料中的粗甲醇液体和上塔段产生的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段再沸产生的蒸气一起沿塔上升，蒸气与上塔段产生的下降液逆流接触，两相接触中，下降液中的轻组分不断向蒸气转移，蒸气中的重组分不断向下降液转移，最终在塔底形成MTO级甲醇，将MTO级甲醇泵入MTO级甲醇水冷器74冷却处理。
优选地，所述甲醇反应器包括第一甲醇反应器11和第二甲醇反应器12，所述甲醇中间换热器包括第一甲醇中间换热器21和第二甲醇中间换热器22，所述甲醇空冷器包括第一粗甲醇空冷器31和第二粗甲醇空冷器32，所述甲醇水冷器包括第一甲醇水冷器41和第二甲醇水冷器42，所述甲醇缓冲罐包括第一甲醇缓冲罐51和第二甲醇缓冲罐52，所述第一甲醇缓冲罐51和所述第二甲醇缓冲罐52均与所述甲醇膨胀槽6连接。
具体地，第一甲醇反应器11、第一甲醇中间换热器21、第一粗甲醇空冷器31、第一甲醇水冷器41、第一甲醇缓冲罐51和甲醇膨胀槽6依次连接，第二甲醇反应器12、第二甲醇中间换热器22、第二粗甲醇空冷器32、第二甲醇水冷器42、第二甲醇缓冲罐52和甲醇膨胀槽6依次连接。
所述第一甲醇反应器11的出口端连接至所述第一甲醇中间换热器21，所述第一甲醇中间换热器21连接至所述第一甲醇反应器11，所述第一甲醇中间换热器21设有合成气进料口，可以形成甲醇反应器与所述甲醇中间换热器之间的环路，使合成气进气时，可以与第一甲醇反应器11制备的粗甲醇换热。同理，第二甲醇反应器12与第二甲醇中间换热器22按照上述方式形成环路，使合成气进气时，可以与第二甲醇反应器12制备的粗甲醇换热。
优选地，所述热媒循环系统8包括：第一粗甲醇热媒换热器81、第二粗甲醇热媒换热器82、稳定塔进料预热器83、传热媒介缓冲罐84和传热媒介升压泵85，所述第一粗甲醇热媒换热器81连接于所述第一甲醇中间换热器21和所述第一粗甲醇空冷器31之间的管道上，所述第二粗甲醇热媒换热器82连接于所述第二甲醇中间换热器22和所述第二粗甲醇空冷器32之间的管道上，所述稳定塔进料预热器83连接于所述甲醇膨胀槽6与所述稳定塔71之间的管道上，所述传热媒介缓冲罐84的出口端连接所述传热媒介升压泵85，所述传热媒介升压泵85分别连接所述第一粗甲醇热媒换热器81和所述第二粗甲醇热媒换热器82的进口端，所述第一粗甲醇热媒换热器81和所述第二粗甲醇热媒换热器82的出口端共同连接于所述稳定塔进料预热器83的进口端，所述稳定塔进料预热器83的出口端连接于所述传热媒介缓冲罐84的进口端。
具体地，所述传热媒介缓冲罐84采用冲氮的方式保压并与空气隔离。
优选地，所述热媒循环系统8还包括：
所述热媒循环的温度为60~90℃，所述热媒于所述传热媒介缓冲罐84内的初始温度为60℃；所述热媒经过传热媒介升压泵85加压后的温度为60~70℃；
所述热媒与粗甲醇第一次热媒换热后的温度为80~90℃，使粗甲醇降低至90~100℃；所述热媒与粗甲醇第二次热媒换热后的温度为60~70℃，使粗甲醇温度升高至70~76℃。
具体地，优选地，所述热媒循环的温度优选为60~90℃，还可以为65~95℃；所述热媒与粗甲醇第二次热媒换热后的温度优选为60~70℃，还可以为55~70℃，使粗甲醇温度升高至优选温度70~76℃，还可以为60~80℃。所述热媒与粗甲醇在第一粗甲醇热媒换热器81和所述第二粗甲醇热媒换热器82中进行第一次热媒换热，所述热媒与粗甲醇在稳定塔进料预热器中进行第二次热媒换热。所述热媒循环系统8中热媒的介质为甲醇、脱盐水或其他对甲醇产品及MTO反应催化剂无毒、无害的有机介质。
优选地，所述冷却回流组件包括依次连接的稳定塔冷凝器721、稳定塔回流罐722和稳定塔回流泵723，所述稳定塔冷凝器721与所述稳定塔回流泵723均连接所述稳定塔71的塔顶形成回流管道。
实施例
现以折合纯甲醇237万吨/年前期工艺为例，利用低温热水作为热媒（即热媒水），结合表1进行具体说明：
参照表1，第一甲醇反应器11制备出的粗甲醇经过第一甲醇中间换热器21，与所述第一甲醇反应器11的进料进行换热，使粗甲醇的温度由264℃降至102℃；换热后的粗甲醇进入第一粗甲醇热媒换热器81，于第一粗甲醇热媒换热器81中与温度为60~70℃的热媒进行第一次热媒换热，使粗甲醇的温度降低至90~100℃；经过第一次热媒换热后的粗甲醇依次进入第一甲醇空冷器31和第一甲醇水冷器41，进行空冷和水冷的降温，使粗甲醇的温度降低至45℃；降温后的粗甲醇经过甲醇缓冲罐51进入甲醇膨胀槽6，于甲醇膨胀槽6中对粗甲醇进行闪蒸；同理，第二甲醇反应器12制备出的粗甲醇依次经过第二甲醇反应器12、第二甲醇中间换热器22、第二粗甲醇热媒换热器82、第二粗甲醇空冷器32、第二甲醇水冷器42和第二粗甲醇缓冲罐52进入甲醇膨胀槽6；闪蒸后的粗甲醇进入稳定塔进料预热器83，基于稳定塔进料预热器83与第一粗甲醇热媒换热器81和第二粗甲醇热媒换热器82连通，将从第一粗甲醇热媒换热器81和第二粗甲醇热媒换热器82产生的温度为80~90℃的热媒输送至稳定塔进料预热器83中，与粗甲醇进行第二次热媒换热，使粗甲醇的温度由45℃升高至70~76℃；经过第二次热媒换热后的粗甲醇进入稳定塔71，进料位置为第二块理论塔板；稳定塔71塔顶的不凝气体进入稳定塔冷凝器721冷却至低于45℃，将大部分甲醇冷凝下来后进入稳定塔回流罐722，再由稳定塔回流泵723送回到稳定塔12，小部分馏出物作为塔顶产品输出；稳定塔71塔底连接稳定塔再沸器75对塔底釜液进行汽化，蒸汽沿稳定塔上升，余下的液体即为MTO级甲醇；塔底的MTO级甲醇经过稳定塔底泵73泵入MTO级甲醇水冷器74，使MTO级甲醇由93℃冷却处理至40℃以下。从稳定塔进料预热器83出来后的热媒温度为60~70℃，再进入传热媒介缓冲罐84，并通过传热媒介升压泵85续送至第一粗甲醇热媒换热器81和第二粗甲醇热媒换热器82中取热。
表1 热媒水循环主要工艺操作条件
本实用新型还提供了一个优选的实施例之热媒循环系统的热媒循环过程，在本优选的实施例中，热媒循环系统8的热媒循环过程包括：
整个热媒循环温度为60~90℃，热媒在传热媒介缓冲罐84内的初始温度为60℃左右，经过传热媒介升压泵85加压后送至第一粗甲醇热媒换热器81和所述第二粗甲醇热媒换热器82，加压后的热媒温度为60~70℃。
在第一粗甲醇热媒换热器81中，热媒温度为60~70℃，与温度为102℃左右的粗甲醇换热，换热后热媒温度升高至80~90℃，粗甲醇温度降低至90~100℃；在第二粗甲醇热媒换热器82中，与之同理，不再赘述。此为第一次热媒换热。
第一粗甲醇热媒换热器81与第二粗甲醇热媒换热器82连通稳定塔进料预热器83，第一粗甲醇热媒换热器81与第二粗甲醇热媒换热器82中80~90℃的热媒输入至稳定塔进料预热器83中。
在稳定塔进料预热器83中，热媒温度为80~90℃，与温度为45℃的粗甲醇换热，换热后的热媒温度降低至60~70℃，粗甲醇温度升高至70~76℃。此为第二次热媒换热。
从稳定塔进料预热器83输出的热媒进入传热媒介缓冲罐84，并通过传热媒介升压泵85续送至第一粗甲醇热媒换热器81和第二粗甲醇热媒换热器82中取热，形成热媒循环。
另外，热媒循环系统8中的热媒介质为甲醇、脱盐水或其他对甲醇产品及MTO反应催化剂无毒、无害的有机介质。
综上所述，本实用新型一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，设置热媒循环系统，将甲醇反应器出口粗甲醇的热量通过热媒作为稳定塔进料加热的热源，可以有效降低甲醇反应器出口粗甲醇的冷却负荷，并将合成气的热量通过热媒转换至甲醇精馏部分，用于提高甲醇进精馏塔的温度，降低甲醇精馏（稳定塔）重沸器的热负荷。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (6)
1.一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于，包括：
依次连接的甲醇反应器、甲醇中间换热器、甲醇空冷器、甲醇水冷器和甲醇缓冲罐，所述甲醇反应器与所述甲醇中间换热器形成环路，所述甲醇中间换热器还设有合成气进料口，所述甲醇缓冲罐连接有甲醇膨胀槽（6），所述甲醇膨胀槽（6）连接有稳定塔（71），所述稳定塔（71）顶部通过回流管道与冷却回流组件连接，所述稳定塔（71）底部依次连接稳定塔底泵（73）和MTO级甲醇水冷器（74），所述稳定塔（71）底部还通过环路连接有稳定塔再沸器（75），所述甲醇中间换热器与甲醇空冷器之间还连接有热媒循环系统（8），所述热媒循环系统（8）还连接于所述甲醇膨胀槽（6）与所述稳定塔（71）之间的管道上。
2.如权利要求1所述的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于：所述甲醇反应器包括第一甲醇反应器（11）和第二甲醇反应器（12），所述甲醇中间换热器包括第一甲醇中间换热器（21）和第二甲醇中间换热器（22），所述甲醇空冷器包括第一粗甲醇空冷器（31）和第二粗甲醇空冷器（32），所述甲醇水冷器包括第一甲醇水冷器（41）和第二甲醇水冷器（42），所述甲醇缓冲罐包括第一甲醇缓冲罐（51）和第二甲醇缓冲罐（52），所述第一甲醇缓冲罐（51）和所述第二甲醇缓冲罐（52）均与所述甲醇膨胀槽（6）连接。
3.如权利要求2所述的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于：所述热媒循环系统（8）包括第一粗甲醇热媒换热器（81）、第二粗甲醇热媒换热器（82）和稳定塔进料预热器（83），所述第一粗甲醇热媒换热器（81）连接于所述第一甲醇中间换热器（21）和所述第一粗甲醇空冷器（31）之间的管道上，所述第二粗甲醇热媒换热器（82）连接于所述第二甲醇中间换热器（22）和所述第二粗甲醇空冷器（32）之间的管道上，所述稳定塔进料预热器（83）连接于所述甲醇膨胀槽（6）与所述稳定塔（71）之间的管道上。
4.如权利要求3所述的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于：所述热媒循环系统（8）还包括传热媒介缓冲罐（84）和传热媒介升压泵（85），所述传热媒介缓冲罐（84）的出口端连接所述传热媒介升压泵（85），所述传热媒介升压泵（85）分别连接所述第一粗甲醇热媒换热器（81）和所述第二粗甲醇热媒换热器（82）的进口端，所述第一粗甲醇热媒换热器（81）和所述第二粗甲醇热媒换热器（82）的出口端共同连接于所述稳定塔进料预热器（83）的进口端，所述稳定塔进料预热器（83）的出口端连接于所述传热媒介缓冲罐（84）的进口端。
5.如权利要求4所述的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于，所述热媒循环系统（8）还包括：
所述热媒循环温度为60-90℃，所述热媒于所述传热媒介缓冲罐（84）内的初始温度为60℃；所述热媒经过传热媒介升压泵（85）加压后的温度为60~70℃；所述热媒与粗甲醇进行第一次热媒换热后的温度为80~90℃，使粗甲醇温度降低至90~100℃；所述热媒与粗甲醇进行第二次热媒换热后的温度为60~70℃，使粗甲醇温度升高至70~76℃。
6.如权利要求1所述的一种利用反应热的低能耗MTO甲醇精馏装置，其特征在于：所述冷却回流组件包括依次连接的稳定塔冷凝器（721）、稳定塔回流罐（722）和稳定塔回流泵（723），所述稳定塔冷凝器（721）与所述稳定塔回流泵（723）均连接所述稳定塔的塔顶。
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