甲醇精馏

甲醇精馏系统：过程分析与塔的设计摘要：基于工业的研究和经验,对甲醇精馏过程进行了分析,最重要的是, 高压和低压浮选工艺流程这一新概念的定义。

新的流程有助于处理许多中国工厂在生产中碰到的问题。

也指出了流程和塔内部结构之间的相互影响。

推荐了新的塔内部设计了。

最后,工业例子说明如何结合工作和新概念,给解决工程问题提供更多的可能性过程关键词：甲醇精馏,双效蒸馏、高压和低压工艺流程、工艺流程分析、仿真与液压、塔内部设计作为一种在有机化工中非常重要的材料、甲醇是广泛参与制造塑料材料、合成纤维、橡胶、染料、覆盖材料、香料、医药领域、农药等。

同时,它不仅对许多有机化合物是一种优良的溶剂,而且, 在许多国家作为一种成熟的替代汽油的绿色能源。

随着国民经济的快速发展,市场实际的或潜在的甲醇需求已大幅增加,从而加速了甲醇工业的发展和甲醇产量的增加。

目前,甲醇精馏技术已向大规模、低能源消耗和更环保的方向发展。

全世界这个行业的主要的专利经销商拥有有的设备为5 000 t / dEz。

但中国大陆没有什么的高质量的单位的运行能力超过200 kt / a (如O - M - 232 EUS)。

最近, 在天津大学的国家蒸馏技术工程研究中心已经做了很多技术和市场研究,包括模拟所有的熟悉的工业流程和实验室的数据,特别是研究了两个甲醇精制塔之间的双效热传导传热影响。

作为我们工作的总结, 提出了高压过程和低压过程的3 + 1 –塔过程。

1、过程描述可以从许多材料合成甲醇,例如,天然气、气油、燃料油、煤炭等。

除了不同催化剂、反应机理和甲醇浓度的初级产品以外,随后的蒸馏过程和设备是相似的,主要有三种分类:双塔过程,三塔过程和3 + 1 -塔过程。

双塔过程是由轻馏分塔和甲醇精馏塔或在100 kt / A的工厂使用的提供简单的工艺、设备和较低的投资的主要塔,。

三塔过程是建立了轻馏分塔,加压甲醇精馏塔(PMRC)和常压甲醇精馏塔(AMRC),这个过程的特点是在AMRC和PMRC之间的双效蒸馏模式,这意味着AMRC的底部和PMRC的顶部的热量交换。

这种模式节省能源(30% ~ 40 ~)和冷却水的循环速度。

如果一个甲醇回收塔,或者汽提塔,或水洗塔涉及到在低压甲醇精馏塔后提高废水质量,这个过程会变成3 + 1-塔过程。

1.1轻馏分塔无论在2 塔的过程,3塔过程或3 + 1-塔过程,轻馏分塔(LEC)扮演同样的角色。

一些在合成甲醇过程中致命的中轻组分产品在本塔中被删除,如甲酸甲酯(MFOR)、二甲醚(DME),C1 ~ C6,以及丙酮和甲基乙基酮(MEK)。

一些出版物认为MFOR,DME和C1 ~ C6为醇可溶杂质,同时DME和MEK为水溶杂质。

工业调查显示的基本的清除操作措施清包括大回流比和大的过程进水口。

分别采用不同的沸点或者相对挥发度的原理清除溶解性的组分。

作为一个常规方法、大回流比;比如说0。

7 ~ 0。

9(回流到塔),需要高的冷凝器温度去除高沸点的轻杂质,例如丙酮。

显然,这种方法伴随着高能源消耗。

因为上面的方法不能减少损失的甲醇,工艺水添加到塔改变甲醇和水的浓度,以降低醇溶杂质在塔中液体混合物的溶解度。

工艺水通常通过三种方法加入塔中:进入第二冷凝器,塔顶,或随着合成甲醇的原料进入。

为了在进口的位置获得同样的甲醇和水浓度,在第一种方式处理水的量大约为原料的5%,而其他的方式,为10% ~ 20%。

在许多单元,碱性溶液(~ 15%氢氧化钠)添加到塔中来调整适量pH 值以精制粗甲醇。

1.2精馏塔/主塔工艺流程该塔，甲醇产品在占据了85%的有效长度的靠近塔顶部的蒸馏段中。

在中间部分,这一段去除甲醇、乙醇、异丙醇、丙等确保产出高纯度的废水(< 100 PPM甲醇)的产品。

当需要高质量的甲醇产品,在工厂中称为乙醇段的那部分,打开底部的塔板和只是有点高于进料口,以帮助减少甲醇产品中乙醇的浓度。

1.3 三塔工艺流程中的精馏塔在三种多效蒸馏类型、FS,LFS和LSR,Lurgi的LSF 双效是中国最欢迎的模式。

大约一半的轻关键组分(甲醇)以高纯度产品生成.底部的产品,包含剩下的关键组分供给AMRC,在本塔之后提纯。

一个或两个方面线路将被吸引到帮助净化废水的目的和精馏.在这种情况下热集成是质量流量的方向。

在高压力下相对挥发度却降低了。

这有助于解释为什么在很多工厂从PMRC中产出的甲醇比从AMRC中产出的甲醇包含更多的杂质,尽管在PMPC回流比比AMRC大。

其他的原因是泡点回流温度和剩余的轻组分的存在。

两种产品可以以不同的价格出售或混合后售出.除此之外,缺点包括增加原料注入压力的成本增加，塔高压力需要高壁厚的的采购成本和更复杂的工艺流程操作成本。

但在许多情况下,与在沸腾和冷凝所大量投入的公共设施相比,这些增加很小。

由于在3塔流程、在顶部和底部废水中甲醇的纯度是必需的,在AMRC的再沸器和 PMRC的冷凝器之间的流动对这些服务提供足够的热负荷。

通常,是由PMRC的操作压力,AMRC的压降决定的,而后者是由内部结构决定的.1.4 高压工艺流程在大型的甲醇精馏单位(比如说,300 kt / a,通常3塔工艺流程)、甲醇失去了AMRC利用高压力处理污水的能力不能忽略,。

解决方案是在3 塔过程的基础上增加AMRC甲醇回收塔(或汽提塔）。

在这种情况下大多数的废水的净化是从AMRC底部排水,另一个小的部分,从第四塔。

这需要更高的底部温度以获得含有甲醇和其他轻有机杂质的废水。

因为这个塔的再沸器的热资源主要为甲醇蒸汽在PMRC中维持正常的操作,操作压力高压的甲醇精制塔必须提供足够高的温度梯度的换热(冷凝器和再沸器)。

1.5 低压工艺流程低压力的配置过程来自与高压流程的比较、不同的是甲醇回收塔的进料部分。

这定义了AMRC工艺流程放弃底部废水和作为第四塔的进料底部的产品(5% ~ 10%甲醇wt）的要求。

这方面的变化节省了AMRC无效部分的形式,使塔结构简单,而且,最重要的,因为底部物质的改变得到较低温度的变化再沸器。

这种情况下,作为逻辑上的高压流程、相应地要求在PMRC 中使用较低的操作温度和最高的蒸汽流和较低的操作压力。

1.6 HPF和LPF的比较PMRC的压力在大约是850 ~ 900kpa),LPF的操作压力在大约是640~700ka。

乍一看起来很明显这对进料泵和所要求的加热介质的条件花费上升了。

同样,为获得高纯度甲醇和废水,HPF允许一个可选的甲醇回收塔,这意味着在大型单位的间歇性关闭或取消第四塔都是可忽略的,而 LPF必须保证第四塔在运行。

另一个细微的变化是PMRC的甲醇的纯度在同一回流比不同两个压力所引起的相对挥发度不同可能变化。

还有一个事实:由于到第4塔的流量和进料组成在相同的产品需求,难度分级蒸馏到第4列不同因此,直径较小的塔、低甲醇浓度、大回流比尤其是大型液体无效的部分不可避免的做一个更大的塔。

,1.7回收塔和回收类型在运行单位,可以发现几种甲醇回收塔或者汽提塔的模式,。

作为最简单的一个,汽提塔的顶部进料和底部产出蒸气。

主要作用是在底部物料流除去甲醇,并自发地在顶部降低甲醇浓度。

该操作还直接失去一些蒸汽并把其中的一部分转变为废水。

一个回流汽提塔在塔的较低部分进料,能在顶部回收到90%浓度的甲醇。

作为一个汽提塔他任然有相同的问题在许多情况下,回收塔是HPF的AMRC塔的微缩模型。

合格的甲醇,在PMRC和AMRC合并后,轻微的或几乎没有区别的成分差异,导致整个回收单元多达99.2% ~ 99。

5%。

在这种情况下,返回顶部的生成甲醇的物料流到或其他塔的单元是不必要的。

在HPF,第四塔中的包含更多的有机杂质的污水不能与从AMRC出来的废水有任何区别。

为了顶部的物料流的甲醇浓度远远不合格,AMRC PMRC或者是一个更好的方法来增加总甲醇回收单元。

它的位置反馈是由返回的物料流构成和条件决定的。

虽然回AMRC看起来更好,大多数工厂在中国更喜欢合成甲醇槽。

2、过程仿真为了做到设计、单元分析或故障排除、过程模拟是一种最有效的方式。

对工艺流程的细节在软件上建立镜像单元促进和保持结果的合理性。

从2001年开始,NERCDT开始相对于甲醇精馏进展,在普吕尔提供的基础上逐步建立起仿真框架。

这些信息包括来自实验室研究、工业调查和的在中国的经销商研究过程包。

这个过程框架,或一个简化的流程包,所涉及的不仅是这个过程的目的,部分的换热设备和泵,同时指定塔内部的水力计算。

研究结果也有助于优化布置或设计塔的内部。

相比之下,与现场的数据从运行单元,提出了合理的过程框架的一致性。

它的运行时间,在不断改进从2001年的3天,降低到(人工调整)到30分钟的时间。

2.1软件的选择决定的选择软件因素包括熟悉的用户,更重要的是,描述涉及的组分的热力学行为的准确性,特别是跟踪对精制甲醇有致命影响致命的乙醇、甲基乙基酮等组分。

因为乙醇包只需要提供最微小的提供最小的工作和适应性的调整,最终锁定。

2.2流程中塔的热力学的包的选择计划虽然我们发现乙醇包是描述主要的塔或PMRC和AMRC甚至甲醇回收的满意的作品,但也存在问题:模拟LEC,尤其是移除轻的石蜡和轻微的误差为丙酮。

一些出版物指出UNIFAC是对于这个塔最好的热力学包,在认证过程的帮助下,可以有效地去除水。

但是因为不同的国家之间的质量标准,几乎没有任何报告取消对关键的光的组件(比如丙酮和MEK。

根据实验室和现场调查数据,NERCDT修改了一些参数UNIFAC模型相对于2组件。

这个新模型描述塔令人满意。

在研究中,作者发现,尽管大的工艺用水帮助减少的石蜡,MFOR和DME,但它对去除其他关键轻杂质,如丙酮和MEK却有相反的效果,因为他们都是水溶和醇溶的。

这项工作指出,拆卸两个水水溶和醇溶的性杂质,有一个最佳的比例(水/甲醇)存在,它的功能是集中的两个水溶和醇溶的杂质)。

2.3其他的言论上面进行的流程仿真框架都有一些共同点:（1）在HPF或LPF,,一个伪流被提出作为加热媒体来加热AMRC再沸器,给出了的AMRC只有一个规格。

这种方法避免了在模拟中人工决策加热的责任并提供一个更为精确的结果与工业数据。

在在中国东部,一些工厂的故障排除工作被指定到在HPF中的一个较低的操作压力且不当的内部情况,模拟输出和现场数据显示,同样的,在AMRC,合格的产品和废水的不能同时得到。

在检查原始设计,发现一个错误，设计师分别模拟了PMRC和AMRC和被看作是一个相同的绝对数量的热负荷的AMRC冷凝器和再沸器。

（2）为了节能,除了AMRC塔的再沸器冷凝物,在反馈到锅炉系统之前,被收集起来并家热精制原料甲醇到沸点附近,随著废水的单位和热甲醇产品从PMRC出来,甲醇的温度提高到67 ~ 69 度。

（3）通过计算模拟软件,单元输出的模拟块的大多数的参数或特性被模拟。