高效导向筛板在甲醇-水精馏中的研究与应用

高效导向筛板在甲醇-水精馏中的研究与应用

1 前言

甲醇是一种重要的有机化工原料，也是清洁代用燃料，在化工、医药、轻工、纺织等行业具有广泛的用途。世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。随着我国国民经济的高速发展，对甲醇的需求量也在不断增加。

我国甲醇工业目前还在一定程度上面临着进口产品的冲击，原因是国内大部分装置规模小、技术落后、能耗高，造成生产成本高，无法与国外以天然气为原料的大型或超大型甲醇装置抗衡；另一方面，通过多年来技术引进及国内科研院所、高校的研究开发，目前我国甲醇工业已基本使用了国外各种类型的传统低压气相法反应装置；催化剂研制也达到国际最高水平；新工艺的研究也有较大的进展，主要问题在于装置的大型化。同时，甲醇的精馏过程本身也存在着能耗高、原料消耗大等多方面的问题，而由于原料中同时含有其它的粘性物质，在生产过程中常出现堵塔、液泛等现象。欲分离得到高纯度的甲醇产品，提高塔的处理量，我们采用新型高效导向筛板来替代原来的塔板，能够满足生产要求。以聚乙烯醇生产过程中的聚合工段第三精馏塔(简称聚合三塔)为例来分析实际带来的效益。

2 导向筛板在甲醇精馏塔技术改造中的应用

2.1 原料特点与工艺要求

在聚乙烯醇生产过程中，聚合工段主要是进行醋酸乙烯聚合以及混合物的分离。聚合工段第三精馏塔，主要是将甲醇与水和微量杂质分离，得到甲醇产品，将其作为溶剂循环使用。该塔原设计为φ4mm筛板塔，由于原料中含有少量的聚醋酸乙烯等粘性物质，在生产过程中常出现堵塔、液泛等现象。同时为了实现节能和简化工艺，生产要求将原来投入回收三塔的物料(组成与之相近)也送入聚合三塔中，塔的处理量由原来的3000kg／h提高到8100kg／h，扩产170％。进料组成(质量分数，下同)为：MeoH 36％、H2O 63.5％、PV Ae、VAC、MeoAc微量。其中PV Ac为粘性的聚酸乙烯，在塔内日积月累后，会引起堵塔，造成生产事故。技改中要求解决这一问题，并且要求技改后达到塔顶产品甲醇含量≥99.5％，塔釜残液中甲醇含量≤0.05％。我们采用新型高效导向筛板替代原筛板塔板，成功地解决了这一难题，提高了塔的生产能力和板效率，满足了生产要求，这样做改动少、投资省、见效快。同时还提高了聚合三塔的抗堵塔能力。

2.2 导向筛板在甲醇精馏中的应用

在甲醇精馏塔的技术改造中，选用导向筛板替代原来的筛板塔板。根据计算机模拟结果以及导向筛板的应用经验，选取优化方案，由此对醋酸甲酯精馏塔进行了合理设计；以生产能力和效率关系为基础，合理设计塔的操作弹性。新塔设计后在生产中一次试车成功，开车2小时后塔顶、塔釜即达到正常值，生产能力扩大170％左右。由于板效率高，回流比由原来的4.25左右降低至1.8左右，塔压降由原来的0.03MPa 降至0.015～0.02MPa，使塔的操作更加平稳。塔顶甲醇含量由原来的99.0％提高到99.8％，甲醇的比活度由原来的570秒降为530～550秒，甲醇质量提高后，使聚合反应进行顺利。塔釜甲醇含量由原来的0.1甲。降至0.03％以下，提高了甲醇回收率。由于导向筛板具有推动物料在塔板上均匀稳定前作的作用，解决了含有PV Ac高粘度物料堵塔的难题，开车三年来从未发生过堵塔、液泛、雾沫夹带等异常现象。具体指标见下表。

2.3甲醇应用前景分析

甲醇不仅是重要的化工原料，而且还是性能优良的能源和车用燃料。甲醇与异丁烯反应得到MTBE，它是高辛烷值无铅汽油添加剂，亦可用作溶剂。自1973年第一套100 kt／a装置建成投产以来，它已成为世界上仅次于甲醛的第二大甲醇消费大户。甲基叔戊基醚(TAME)也是重要的汽油含氧添加剂，由于历史原因，总产量还不大。

在寻求汽油替代燃料的过程中，醇醚燃料具有较大的应用潜力。醇醚燃料是指甲醇和二甲醚按一定比例配制而成的新型液体燃料，燃烧效率和热效率均高于液化气。由于二甲醚的挥发性好，该燃料有效地克服了甲醇燃料不易点燃、需空气充压、外加预热器及安全运输等方面的缺点。甲醇也可以直接作为汽车燃料使用。

3 导向筛板改造后的经济效益分析

3.1 节能

由于导向筛板塔板效率高，使回流比由原来的4.25降为1.8，节能40％，这样每年可节省蒸汽1.22万吨，以每吨工业蒸汽60元计，折合人民币约73.2万元／年。

3.2 节水

节能地同时也节省了冷却水，技改后每年节省冷却水88万吨，以0.1元／吨计，则每年节水带来经济效益约为8.8万元。

3.3 减少甲醇排放

技改后塔釜甲醇含量由原来的0.1％降为0.03％，每年可多回收甲醇69.6吨，以1800元／吨计，约合每年节省12.5万元。

3.4 节省操作费用

由于变两塔操作为一塔操作，节省原回收三塔的维修费和部分操作费用，每年带来经济效益8万元，3.5 提高产品质量

使后续的聚合反应能够顺利进行，每年带来综合经济效益50万元。

3.6 提高产量

打通了生产瓶颈，提高了聚合三塔的生产能力和聚乙烯醇产品的产量，生产能力由原来的年产聚乙烯醇8600吨提高到9800吨，每年带来综合经济效益120万元。

以上合计每年带来经济效益约272.5万元。同时减少了甲醇排放与环境污染。

4 结论

(1)通过计算机模拟计算，得出甲醇精馏塔的优化改造方案。

(2)采用新型高效导向筛板对原筛板塔板进行技改后，塔的生产能力提高170％，能耗降低40％，甲醇产品组成由99.0％提高到99.8％，同时降低了原料消耗和环境污染。

(3)技改的设备投资约为5万元，每年由扩产、节能、降耗等带来经济效益为272.5万元，技术改造在技

术经济上是十分合理的。