甲醇生产的四塔精馏工艺探讨

现代化工 1998 年第 9 期
部分塔顶冷凝液也作为产品甲醇, 塔釜含有少量甲 醇废液进入废水汽提塔进一步回收甲醇后, 塔底废 液送生化处理系统。
2 工艺分析
ຫໍສະໝຸດ Baidu预精馏塔与双塔流程相似, 用以分离轻组分及 溶解气体, 塔顶蒸出的甲醇经冷凝后, 回流到塔顶, 塔底再沸器的蒸汽用量以分离轻组分为限, 蒸汽耗 量过多只会增加塔顶的回流量。
技术交流
甲醇生产的四塔精馏工艺探讨
蒋纪还 (上海焦化有限公司第二煤气厂, 200241)
摘要 甲醇四塔精馏工艺是对二塔精馏工艺的改进和完善, 讨论了四塔精馏的工艺流程及优化工艺操作的方法。 关键词 甲醇, 工艺流程, 精馏, 低能耗
国产 20 万 t a 甲醇装置生产醋酸专用甲醇的 四塔精馏工艺, 是在总结二塔精馏工艺特点的基础 上, 对其进行改进、完善的先进工艺。 甲醇羰基化生 产醋酸工艺的开发, 对甲醇中乙醇含量提出了严格 的要求, 乙醇质量分数< 01001%。 四塔精馏工艺的 能耗比二塔精馏低 (能耗下降 30%～ 40% ) , 产品质 量高, 完全能适应醋酸生产工艺的要求。当然四塔精 馏操作比二塔精馏复杂, 只有掌握操作要领, 才能发 挥工艺的优越性。
加负荷时应同时增加蒸汽量和回流量才能维护 工况不变, 但这样做难度较大。方便作法是分二步进 行, 即先增加回流量, 适当的蒸汽量维持产品质量合 格, 然后再增加进料量及蒸汽量, 使二塔工况达到平 衡。 为方便起见, 有必要进行工艺查定, 选择几种常 见生产负荷下的最佳工艺参数, 以便在调整生产负 荷时参照, 减少调节时间和分析次数, 较快地达到最 佳工况。
1 工艺流程
图 1 甲醇四塔精馏流程简图
粗甲醇经预热器与蒸汽冷凝液换热后进入预精 馏塔, 在塔中除去其所含的低沸物。塔底甲醇及重组 分由加压泵加压后送入加压塔下部, 加压塔精馏后 产生的蒸汽进入冷凝 蒸发器, 利用加压塔和常压塔 两塔的温差, 使加压塔甲醇得以冷凝, 进入回流槽, 部分甲醇作为回流液进入塔顶, 其余作为产品甲醇。 加压塔底部的甲醇、水等高沸物进入常压塔, 经精馏
·21·
增加, 二塔塔底输出量都减少, 而常压塔由于进料量 减少, 产出量增加, 塔底输出量明显减少, 当塔底输 出量接近于零时, 塔底温度大幅度上涨, 很可能造成 产品质量超标, 这是四塔精馏操作应特别注意的问 题。
如果加压塔的进料量和加热量都不变, 减少回 流量, 则加压塔产出量增加, 塔底输出量减少。 对常 压塔而言, 进料量减少, 产出量不变, 塔底输出量下 降。
(1998 年 6 月收稿)
读者朋友: 订刊季节来临, 请去邮局订阅《现代化工》杂志。 本刊编辑部在竭尽全力为广大读者奉献有价精神食粮的同时,
在市场经营大潮中也努力保持低订价—— 大 16 开全年 12 期, 共 72 元。本刊邮发代号 82267, 也可向编辑部直接订购。联系地址 参见中文目录页。
①加压塔与常压塔各物料间的关系 加压塔和常压塔的精馏工况与通常的主精馏塔 略有区别, 它只产出部分甲醇, 而塔底输出含甲醇的 混合液进入下游塔。 在进料量及出塔顶甲醇蒸气量 不变的情况下, 减少回流量可增加产品甲醇量, 同时 塔底输出量增加, 而当进料量和回流量不变时, 塔顶 产出甲醇蒸气量增加, 将导致产品量的增加, 同时塔 底输出量减少。 对于常压塔而言其进料量就是加压 塔塔底输出量。 ②加压塔与常压塔的热量关系 如果加压塔的热损失不计, 加压塔顶产出的甲 醇蒸汽的冷凝热全部转化为常压塔甲醇的汽化热。 因此增加加压塔的热量, 常压塔也增加相同的热量。 ③回流比与生产负荷、塔底温度和产品质量的 关系 塔底温度高, 将会造成重组分上移, 因此须维持 相对高的回流比才能保证甲醇的质量, 尤其是乙醇 含量高时影响更大。 虽然增加回流比产品质量得到 了提高, 但能耗也相应增高。 ④加压塔和常压塔操作参数的关系 在进料量不变的情况下, 二塔回流量都维持不 变, 增加加压塔蒸汽量, 二塔产品甲醇的采出量同时
如果其它条件都不变, 仅增加加压塔进料量则 二塔产出量不变, 而二塔塔底输出量增加, 塔底温度 有所下降, 对提高产品质量有利。
3 加压塔和常压塔的协调操作
由于加压塔既提供给常压塔等量的热量, 同时 又将剩余的甲醇输入常压塔, 对于常压塔来说, 如何 使输入的甲醇量与热量相当, 或在物料或热量变化 的情况下, 同时兼顾加压塔和常压塔的操作工况, 这 是四塔精馏必须解决的问题。 根据常压塔塔底温度 的变化来调节加压塔的蒸汽量, 可以使二塔的工况 达到动态平衡, 此时的工况并非最佳工况, 为合理降 低二塔的回流比, 可以根据产品分析逐步降低回流 量, 同时及时降低加压塔的蒸汽量。在调整一个塔的 回流量和蒸汽量时, 另一塔的工况也发生了相应的 变化, 因此要经过多次的精细调节, 才能达到最佳操 作工况。
②加压塔产出甲醇有时乙醇含量偏高的原因 加压塔在通常情况下塔底排出液中甲醇的质量 分数约 40% , 因此塔底温度较低, 乙醇不容易被混 在产品中产出, 所以产出的甲醇质量最好, 可以达到 美国联邦规格AA 级标准。但在高负荷生产情况下, 加压塔产出的甲醇中乙醇含量有时偏高。负荷越高, 塔内压力越大, 同时空速的增大使塔板效率下降, 气 液夹带现象增加也是一个不可忽视的因素, 解决这 一问题的对策是尽量降低回流比, 因为此时只有降 低空速才能降低乙醇含量。 其次可以增加粗甲醇中 的加水量, 这样可以增加溶解在水中的乙醇量, 从而 降低甲醇蒸气中的乙醇蒸气的分压。 当然增加加水 量会引起甲醇消耗量的增加, 应根据情况两者适当 兼顾。 一个少加水而降低乙醇含量的有效方法是改 变加水的部位, 在加压塔进料口上方 5～ 6 块塔板处 加入适量的水, 能起到事半功倍的效果。 ③四塔精馏工艺能耗低、质量高的原因 四塔精馏比二塔精馏增加了二个精馏塔 —— 加 压塔和废水汽提塔。因加压塔只产出部分甲醇, 塔底 温度低, 大部分重组分都随塔底甲醇输出。因此在较 低的回流比下得到高质量的产品, 同时因其操作温 度高而使塔顶蒸汽作为常压塔的热源, 热量的二次 利用明显地降低了能耗。同样, 将甲醇精馏与废水处 理分别在两个精馏塔中进行, 常压塔的塔底温度可 以降低 4～ 5℃, 既提高了常压塔产品的质量, 也使 其蒸汽消耗明显低于一般的常压塔。 而废水汽提塔 虽然在较高的回流比下操作, 因甲醇产出量相对较 少, 蒸汽耗量不太大, 二塔总的能耗还是低于一般的 常压塔。 尽管设备费用有所增加, 但工艺上是合理 的。
·22·
1998 年第 9 期 现代化工
4 讨论
①选择最佳生产工况是精馏节能的主要途径。 在低负荷生产时, 要控制较少的回流比, 同时充 分利用加压塔节能的原理, 适当提高常压塔塔底温
度, 使其排出的液体达到废液排放标准, 停用废水汽 提塔, 从整体看蒸汽量会有所下降。
为使整个装置达到最高生产负荷, 要求合理调 整 3 个精馏塔的负荷, 使各塔都处于满负荷状态, 任 何一个参数的变化都会影响全局的平衡, 因此要求 正常生产时, 各点温度、压力、流量、液位都应尽量保 持稳定, 对微小波动要作出及时和适当的调节, 以维 持生产的稳定, 达到高产、优质、低耗的目的。