甲醇三塔精馏技术的应用与节能减排

第27卷　第3期2009年5月 石化技术与应用Petr oche m ical Technol ogy &App licati on 　Vol 127　No 13 May 2009工业技术(263～265)甲醇三塔精馏技术的应用与节能减排于咏梅(江苏恒盛化肥有限公司,江苏徐州221400)摘要:采用甲醇三塔精馏技术,将专用不锈钢丝网波纹填料应用于甲醇精馏流程,所得精制甲醇质量满足G B 338—1992的要求。

采用蒸发式冷凝器后,与淋洒式或套管式冷却器及单独设置循环冷却塔相比,节约投资40%～60%,运行费用可降低40%～50%。

以10万t/a 的甲醇装置为基准,与传统两塔精馏技术相比,采用三塔精馏技术的能耗降低。

关键词:甲醇;三塔精馏;冷凝器;能耗中图分类号:T Q 223.12+1 文献标识码:B 文章编号:1009-0045(2009)03-0263-03 甲醇经羰基化、烷基化、脱氢等反应可得到许多有机化工产品。

在农药、染料、燃料以及三大合成材料的生产过程中,均要以甲醇为原料或溶剂。

甲醇精馏装置是甲醇生产的重要后处理工序,其能耗占甲醇生产总能耗的20%左右。

应用先进技术和高效的精馏装置,对提高装置的经济性,降低甲醇成本和节能降耗有着重要的作用。

目前,江苏恒盛化肥有限公司所采用的甲醇三塔精馏技术具有消耗低、易操作、产品质量好、环保效益高等特点。

本文就其技术与节能减排进行了分析与总结。

1　工艺流程简述三塔精馏操作流程如图1所示。

装置采用预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔。

在预精馏塔中,除去溶解性气体及低沸点杂质,在加压精馏塔1—粗甲醇泵;2—粗甲醇预热器;3—不凝气分离器;4—预精馏塔回流槽;5—预精馏塔回流冷凝器;6—二合一冷凝器;7—预精馏塔回流泵;8—加压塔进料泵;9—预精馏塔再沸器;10—甲醇换热器;11—加压塔再沸器;12—加压塔回流槽;13—加压塔冷凝器;14—加压塔回流槽;15—常压塔冷凝器;16—常压塔回流槽;17—常压塔再沸器;18—常压塔回流泵;19—甲醇冷凝器;20—残液槽;21—杂醇油泵;22—杂醇油罐图1　三塔精馏工艺流程和常压精馏塔中除去水及高沸点杂质,得到符合G B 338—1992的精制甲醇。

由于装置利用加压精馏塔塔顶采出的气体加热常压精馏塔,因此三塔精馏工艺与传统的两塔精馏工艺相比,前者加3收稿日期:2008-11-10;修回日期:2009-02-03作者简介:于咏梅(1966—),女,江苏新沂人,大专,工程师。

已发表论文6篇。

热蒸汽用量与塔顶冷却水用量减少,达到了节能的目的。

三塔精馏操作条件见表1。

表1　三塔精馏操作条件项目预精馏塔加压精馏塔常压精馏塔进料甲醇质量分数/%85～92出料甲醇质量分数/%99.999.9操作压力/MPa0.0300.5700.008～0.010操作温度/℃　塔顶≤65121～12265　塔底75～85126回流比0.5～1.0 1.5～2.5 1.5～2.52　三塔精馏技术应用在传统的两塔精馏装置中,大部分精馏塔采用以浮阀为主的板式结构,尽管又出现了导向浮阀、斜孔筛板等新型板式塔,但由于板式塔开孔率低,介质传质、传热效率差,加之塔身高达五十余米,结构复杂,安装和检修困难,控制点多,操作难度大,产品质量不稳定;且在实际生产中,精馏塔内持液量和阻力大、能耗高,增加了产品的生产成本,削弱了产品的竞争优势,总体效果不理想。

在三塔精馏装置中,选用高效填料、新型气液分布器塔内件和蒸发式冷凝器等设备,减少了甲醇在精馏中的损耗,提高了热利用率。

2.1　高效波纹规整填料新型高效填料为甲醇精馏专用不锈钢丝网波纹规整填料,型号为CY,由江苏通州市华鑫化工传质设备科技有限公司生产。

适用于多种精密分离、精细分离、高纯分离等工艺过程。

该填料经加工处理后,技术参数为:比表面积700m2/m3,孔隙率87%～90%,水力直径5mm,压降2.5MPa。

高效填料经过特殊溶剂处理后,其表面对于液相的润湿性好,容易使液体均匀分布。

在设计时,网片上的流道与轴线有一定倾角,相邻网片上的流道倾角方向相反,而上下两层填料紧密贴合,并相互交错垂直安装,促使液体经过每一层后重新分布而趋于均匀,从而强化了液体的均布能力,具有优良的传质、传热效果。

2.2　蒸发式冷凝器三塔精馏装置中的冷却器均为蒸发式冷凝器。

该冷凝器是将淋洒式排管冷却器与循环冷却塔有机结合,集二者优点于一体,将水蒸气的冷凝和水冷却过程合二为一,省略了传统的冷却水在冷却塔与水冷器之间的传递过程,加之循环水量仅为水冷式冷却器的5%～15%,有效地节约了冷却水,换热效果明显提高;水泵功率小,电耗低,大大降低了动力设备的功耗。

3　运行效果3.1　蒸汽消耗低三塔精馏系统充分回收利用自身的热量: (1)采用加压精馏塔塔顶甲醇蒸气来加热常压精馏塔塔釜液相;(2)精甲醇预热器采用加压精馏塔采出的精甲醇预热粗甲醇,因此蒸汽消耗量低,随之冷却水用量减少。

据测算,蒸汽消耗为0.95～1.20t/t(以每吨精甲醇计,下同),与传统的两塔精馏装置相比,消耗要降低0.3～0.4t/t。

3.2　操作弹性大精馏塔内选用高效填料,具有较大的比表面积,增加了气液两相的接触面,使塔的有效传质、传热面积增大,系统阻力减小,塔高相对降低,从而有效地提高了气流速度。

在实际生产中,日产量可超过设计能力的40%左右,操作弹性大。

3.3　系统运行稳定在生产过程中,采用以下操作方式,可以使系统平稳运行,有效地避免了事故的发生:(1)适当控制预精馏塔的萃取水量,依据粗甲醇密度来调节萃取水的加入量;(2)严格控制精甲醇采出量及回流比;(3)各再沸器的热能供应调节要有提前量,防止由于调节不及时或调节幅度欠佳,引起温度波动;(4)严格控制杂醇废液的采出量,因其直接关系到精甲醇产品的产量;(5)在生产过程中,应根据塔顶温度、压力的对应关系判断常压精馏塔塔顶不凝气的积累情况,以免影响操作。

3.4　产品质量好通过化学分析,制得精甲醇的色度、密度、水分、酸度、羰基化合物含量等均能满足G B338—1992的要求,产品质量较好(见表2)。

表2　精甲醇产品质量与GB338—1992对比项目G B338—1992产品质量色度(铂-钴),Hazen单位≤5≤5密度(20℃)/(g・c m-3)0.791～0.7920.792高锰酸钾试验/m in50≥65含水质量分数/%≤0.01≤0.027酸度(以HCOOH计)/%≤0.0015≤0.0011碱度(以NH3计)/%≤0.0002羰基化合物质量分数(以CH2O计)/%≤0.002未检出蒸发残渣质量分数/%≤0.001・462・石　化　技　术　与　应　用 第27卷　4　节能减排在三塔精馏中,通过应用高效填料,并配套使用新型气液分布器、蒸发式冷凝器等,可基本实现清洁生产的目的,符合“低消耗、低排放、高效率”的要求,在节约能源的同时,实现了装置生产污水零排放。

蒸发式冷凝器与淋洒式或套管式冷却器及单独设置循环冷却塔相比,由于前者集换热器、循环冷却塔、循环水泵为一体,不需购置和建造专用冷却塔、循环水泵、泵房、循环水管道、加药装置、换热器等,节约了土建、安装费用,省略了工艺处理中包括供水、过滤、废水处理和冷却水回收等环节,节约投资40%～60%,同时运行费用可降低40%～50%。

在传统水冷方式中,当冷却水的温升在5～8℃时,1kg水可带走25～35kJ的热量(以显热计算,下同),而蒸发式冷凝器是通过冷却水潜热来完成换热的,1kg水吸热蒸发可以带走2450kJ的热量,因此实际运行中的用水量为传统水冷方式的5%～15%,这样可以节约大量水资源;同时,蒸发式冷凝器采用低阻力高效收水器,避免了水雾的散失,水循环中的蒸发损失和排污占总水量的3%～5%,若水质较好,水损失可控制在2%以下,不需要大量提供和补充冷却水。

应用蒸发式冷凝器还能有效避免传统水冷方式中一旦冷却介质泄漏水中所造成的污染问题。

另外,蒸发式冷凝器为自身独立循环冷却系统,不受其他设备影响,循环水质易于保证,有利于设备维护和环保达标。

5　消耗情况分析三塔精馏工艺生产的甲醇质量好,消耗低,操作弹性大,经济效益较好。

通过物料衡算及核算可以确定,蒸汽消耗不大于1.07t/t,循环水用量不大于12.5m3/t,耗电量不大于5.5(k W・h)/t。

由表3可知,以10万t/a的甲醇装置为基准,与传统的两塔精馏技术相比,采用三塔精馏技术的能耗降低,从而降低了精甲醇的成本,提高了产品的竞争力,经济效益较为显著。

表3　不同工艺生产甲醇的能量消耗对比技术甲醇收率/%电/(k W・h)蒸汽用量/t冷却水用量/m3两塔精馏技术99.27 1.3080三塔精馏技术99.550.99106　结论a.将专用不锈钢丝网波纹填料应用于甲醇精馏装置中,具有传质、传热效率高,消耗低,操作弹性大的优点,且产品质量满足G B338—1992的要求。

b.采用蒸发式冷凝器后,与淋洒式或套管式冷却器及单独设置循环冷却塔相比,可节约投资40%～60%,降低运行费用40%～50%。

c.以10万t/a的甲醇装置为基准,与传统的两塔精馏技术相比,采用三塔精馏技术的能耗降低。

Appli ca ti on of three-column recti f i ca ti on process i n ref i n ed m ethana l producti on and its effect of energy s av i n g and e m issi on reducti onYu Yong mei(Hengsheng Che m ical Fertilizer Co L td,X uzhou221400,China)　Abstract:The quality of refined methanol could meet the need of G B338—1992by using three-colu mn rectificati on p r ocess with the s pecial stain2 less steel silk screen as ri pp le pared with showering or casing s p rinkling cooler and a separate recycling cooling t ower,using the evaporative con2 denser could save invest m ent of40%-60%,and the operating costs could be reduced by40%-50%.Based on a methanol p lant of100kt/a,com2 pared with t w o-colu mn rectificati on p r ocess,using the three-column rectificati on p r ocess could reduce energy consu mp ti on.　Key words:methanol;three-column rectificati on p r ocess;condenser;energy consump ti on・562・　第3期 于咏梅1甲醇三塔精馏技术的应用与节能减排。