淺談甲醇精餾工藝

李馨馨

1 甲醇精餾的目的

甲醇合成的過程不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，都會(huì)受到選擇性的限制；另外還有來自合成條件，如壓力、溫度等的影響。在生產(chǎn)甲醇的同時(shí)，不可避免地伴隨著一系列副反應(yīng)，產(chǎn)品主要是由甲醇、水、有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合溶液，稱為粗甲醇。因?yàn)檫@些雜質(zhì)的超量存在，使得甲醇合成所得的粗甲醇不能直接用作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料，所以必須對(duì)粗甲醇進(jìn)行精制，將粗甲醇中的雜質(zhì)脫除至規(guī)定的指標(biāo)之內(nèi)。甲醇和水可以以任意比例混溶，但不與水形成共沸物，故可用精餾的方法對(duì)粗甲醇進(jìn)行精制。

2 甲醇精餾工藝簡(jiǎn)述

2.1 精餾塔的選擇

精餾過程中能耗的高低和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)鍵在于精餾塔的選擇。精餾塔的內(nèi)件是氣液接觸和熱質(zhì)傳遞的主要場(chǎng)所，常用的有分板式和填料塔兩種。板式塔生產(chǎn)能力大、操作彈性大、造價(jià)低，但安裝和檢修困難。目前使用廣泛的是填料塔，尤其是新型填料精餾塔，內(nèi)件采用工藝上經(jīng)過特別處理的不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料，它的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

①絲網(wǎng)填料傳質(zhì)、傳熱性能極佳，易適應(yīng)物料工藝參數(shù)錯(cuò)綜復(fù)雜的變化，操作容易，穩(wěn)定區(qū)域大，產(chǎn)品質(zhì)量能穩(wěn)定地維持在一個(gè)較高的水平。

②新型填料型精餾塔的空隙率是0.85 m2/m3，理論塔板數(shù)為8～10 塊/m，降低了精餾塔的高度，使得單位生產(chǎn)能力增大。再加上在生產(chǎn)中選用較小回流比，既提高了精甲醇質(zhì)量，又降低了泵的揚(yáng)程，節(jié)約了電能。

③采用填料分層安裝的結(jié)構(gòu)，使得物料在系統(tǒng)中停留時(shí)間縮短，產(chǎn)品質(zhì)量提高。這種精餾塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，易于維修和安裝。

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)狀況，選擇合適的精餾塔，可以達(dá)到節(jié)能減耗、提高企業(yè)效益的目的。采用絲網(wǎng)規(guī)整填料的甲醇精餾工藝，合理優(yōu)化系統(tǒng)熱量的分配，從而使能耗大為降低。如我廠的5 萬t/a 甲醇項(xiàng)目，運(yùn)行費(fèi)用每年可節(jié)省200 萬元以上。

2.2 精餾工藝簡(jiǎn)介

工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程基本如下：

①在蒸餾塔的頂部用蒸餾的方法脫除輕組分（即比甲醇沸點(diǎn)低的組分），其中也可能有一些高沸點(diǎn)的雜質(zhì)和甲醇在此步驟中一并被除去。

②用蒸餾的方法脫除水和重組分。這個(gè)過程主要發(fā)生在精餾塔底部或底側(cè)，從而獲得純凈甲醇組分。

③根據(jù)精甲醇的產(chǎn)品穩(wěn)定性或其他特殊指標(biāo)的相關(guān)要求，采取必要的輔助方法[2]。目前廣泛使用的為三塔雙效精餾工藝，在此之前雙塔精餾工藝的使用較為普遍。

2.2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

雙塔精餾工藝主要包括預(yù)精餾塔、精餾塔。三塔工藝流程由預(yù)精餾塔、加壓塔、常壓塔組成。雙塔流程和三塔流程的預(yù)塔作用基本相同，主要是將粗甲醇中的輕組分除去，從預(yù)塔出來的甲醇在雙塔流程中直接進(jìn)入主塔，從頂部或頂部側(cè)線取出甲醇，釜液被排掉。在三塔流程中，預(yù)后甲醇先進(jìn)入加壓塔，在加壓塔塔頂?shù)玫骄状?，隨后塔底物料進(jìn)入常壓塔，在常壓塔頂繼續(xù)得到精甲醇產(chǎn)品，塔底得到甲醇含量較少的廢水并排出系統(tǒng)。

2.2.2 工藝流程對(duì)比

2.2.2.1 產(chǎn)品質(zhì)量

精甲醇中乙醇含量是一個(gè)重要指標(biāo)，可以看出除非再加高雙塔流程主塔，否則無法產(chǎn)出低乙醇甲醇，與國外標(biāo)準(zhǔn)有較大差距，限制了發(fā)展。但三塔精餾可制取乙醇含量較低的優(yōu)質(zhì)甲醇，保證精甲醇中乙醇含量小于50 mg/kg。

2.2.2.2 能耗

三塔精餾和雙塔精餾的區(qū)別在于加壓塔和常壓塔形成雙效精餾。加壓塔頂蒸汽的冷凝熱作為常壓塔底再沸器中甲醇液的熱源，這樣產(chǎn)生的效果是雙贏的：常壓塔的再沸器不必另找熱源，而加壓塔的塔頂也無需專門的冷凝器。理論上三塔精餾的噸醇蒸汽耗比雙塔精餾的蒸汽耗少42%，約在1.0 t～1.3 t 蒸汽左右[3]。所以，三塔精餾的能耗較低，大大降低了噸甲醇的生產(chǎn)能耗，對(duì)企業(yè)節(jié)約成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力具有重大意義[4]。

2.2.2.3 投資與操作費(fèi)用

雙塔精餾與三塔精餾的投資與操作費(fèi)用比較見表1。

表1 投資與操作費(fèi)用比較

從表1 可見，雙塔精餾和三塔精餾的投資、操作費(fèi)用、能耗與生產(chǎn)規(guī)模有著直接的關(guān)系，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，三塔精餾的優(yōu)勢(shì)得到明顯地體現(xiàn)[5]。

三塔精餾的流程較為復(fù)雜，投資較兩塔流程高，同時(shí)操作比較復(fù)雜，對(duì)操作人員素質(zhì)和控制儀表能力的要求也將大大提高，比如加壓塔和常壓塔兩塔間各種指標(biāo)的匹配必須符合雙效的要求。與此相比，雙塔精餾工藝投資小、建設(shè)周期也不長(zhǎng)，裝置簡(jiǎn)單、且操作和管理上比較容易。雖然能耗高于三塔精餾工藝，但對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模小的生產(chǎn)企業(yè)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)占優(yōu)勢(shì)，節(jié)能降耗可以采用高效填料來達(dá)到[6]。

3 同煤集團(tuán)煤氣廠5 萬t/a 甲醇生產(chǎn)工藝

綜上所述，結(jié)合我廠實(shí)際，對(duì)于我廠5 萬t/a 的甲醇項(xiàng)目，簡(jiǎn)單成熟的雙塔流程以及先進(jìn)的甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料是比較科學(xué)、合理的選擇。我廠的城市煤氣聯(lián)產(chǎn)5 萬t/a 的甲醇項(xiàng)目，其生產(chǎn)原理是根據(jù)粗甲醇中各組分揮發(fā)度的不同（甲醇64.7℃、二甲醚-23.6℃、甲酸甲酯20.8℃、甲酸乙酯54℃），以萃取的原理，首先在預(yù)塔中加入萃取水脫除出輕餾分，使各種難溶于水的輕組分有效分離出來，然后利用甲醇與水及其他有機(jī)組分揮發(fā)度的不同在主塔中進(jìn)行蒸餾，根據(jù)甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的要求，在主塔頂部產(chǎn)出合格精甲醇，在主塔11 層、12 層、13 層、14 層、15 層其中一層產(chǎn)出雜醇油，在主塔塔底排出殘液。

在實(shí)際生產(chǎn)操作中要保持熱量、物料氣液的平衡，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)工藝指標(biāo)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

①預(yù)塔和主塔的塔底液位保持1/2～2/3 的高度，穩(wěn)定塔底和回流溫度在工藝指標(biāo)內(nèi)，塔底液位變化時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)入料和回流量。

②保證一定的回流量，穩(wěn)定回流比，控制回流槽的液位在1/2～2/3。

③密切注意蒸汽壓力的變化，及時(shí)加減蒸汽量。

④加減符合時(shí)要注意生產(chǎn)穩(wěn)定。加量應(yīng)先加預(yù)塔入料量、蒸汽量，待預(yù)塔液位上漲再向主塔入料；當(dāng)主塔液位上漲，慢慢調(diào)節(jié)殘液的排放量，同時(shí)調(diào)節(jié)主塔的采出量。

⑤嚴(yán)格控制塔底溫度，及時(shí)調(diào)節(jié)蒸汽和蒸汽冷凝液的流量，確保熱量穩(wěn)定。

⑥主塔回流槽液位上漲時(shí)先增大回流比，相應(yīng)增大對(duì)精甲醇的產(chǎn)出。

⑦如蒸汽壓力過低，隨著冷凝液流量小溫度也降低時(shí)，應(yīng)降低生產(chǎn)負(fù)荷，減少入料量，可以給預(yù)塔再沸器加入蒸汽，確保雙塔塔底溫度[7]。

[1]王永全.甲醇精餾技術(shù)簡(jiǎn)述[J].化肥設(shè)計(jì)雜志，2004（05）：18-21.

[2]王亮.軟測(cè)量的軟儀表實(shí)現(xiàn)與仿真應(yīng)用研究[J].控制工程，2006（06）：93-95.

[3]張東文，張振歐.甲醇精餾工藝的選擇與生產(chǎn)中指標(biāo)的控制[J].化學(xué)工程與裝備，2011（6）：45-47.

[4]程建光，陸麗萍，張雷，等.甲醇雙塔精餾與三塔精餾的比較[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2009，35（03）：66-68.

[5]黃潔，高燕如，唐伯國，等.甲醇三塔雙效精餾的討論[J].中氮肥，2004（04）：268-272.

[6]陳迎春.3+1 塔甲醇精餾的流程特點(diǎn)與工藝分析[J].廣州化工，2010（11）：15-17.

[7]陳翠翠，付玉川，趙勇.精甲醇及MTO 級(jí)甲醇精餾工藝技術(shù)進(jìn)展[J].煤化工，2012（3）：35-38.