甲醇—水物系精餾方案的優(yōu)化和設(shè)計(jì)

李明珠

摘 要：甲醇的生產(chǎn)和消費(fèi)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，新建和擴(kuò)建的甲醇生產(chǎn)企業(yè)越來越多，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，而且甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量要求也是越來越高，而以往的甲醇-水物系精餾工藝方案仍需進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而本文從甲醇-水物系精餾工藝流程入手，在降低總能耗的基礎(chǔ)上提高甲醇的生產(chǎn)產(chǎn)量及純度的新精餾方案。

關(guān)鍵詞：甲醇-水物系；精餾設(shè)備；精餾方法；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TQ028 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

大多數(shù)化工企業(yè)在甲醇-水物系的二元混合物中來提純甲醇時(shí)經(jīng)常采用的是連續(xù)精餾流程。具體的方案設(shè)計(jì)和操作步驟為利用泡點(diǎn)進(jìn)料，首先將甲醇-水物系混合物通過固定的預(yù)熱器進(jìn)行加熱當(dāng)混合物達(dá)到泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。在精餾塔內(nèi)的塔釜?jiǎng)t直接利用這些加熱產(chǎn)生大的間接蒸汽加熱，當(dāng)蒸汽上升到塔頂時(shí)采用全凝器進(jìn)行冷凝，這樣就會(huì)使在泡點(diǎn)一下的冷凝液回流至塔內(nèi)，而在泡點(diǎn)以上的經(jīng)產(chǎn)品經(jīng)冷凝器冷卻后送到儲(chǔ)罐里，一次便可得到符合純度要求的甲醇。

1 甲醇-水物系精餾的優(yōu)化方案

1.1 優(yōu)化措施一

對(duì)甲醇-水物系的精餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，從而提升進(jìn)料溫度。傳統(tǒng)的甲醇-水物系精餾工藝一般將其預(yù)熱到泡點(diǎn)65 ℃左右后進(jìn)入預(yù)精餾塔；本次設(shè)計(jì)改進(jìn)方案推薦粗甲醇進(jìn)料溫度提高到75 ℃左右，進(jìn)料后將甲醇-水物系的二元混合物先與常壓塔塔釜水換熱再與加壓塔塔頂精甲醇產(chǎn)品進(jìn)行換熱。另外，再用PRO/Ⅱ軟件模擬計(jì)算出不同進(jìn)料溫度下預(yù)精餾塔熱負(fù)荷和蒸汽耗量。

1.2 優(yōu)化措施二

傳統(tǒng)的甲醇精餾裝置會(huì)使甲醇-水物系混合物在精餾過程中損失一部分。其主要原因?yàn)轭A(yù)精餾塔塔頂中一些不凝結(jié)的氣體會(huì)帶出一部分甲醇再加上汽提塔側(cè)線抽出的雜醇油也會(huì)帶出一部分甲醇。針對(duì)這一問題我們采用PRO/Ⅱ軟件對(duì)精餾工藝的此環(huán)節(jié)進(jìn)行了相關(guān)的模擬，計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果在預(yù)精餾塔塔頂針對(duì)不凝結(jié)的氣體設(shè)置一個(gè)洗滌器，可以吸收一部分甲醇蒸汽，從而提高甲醇的整體回收率。

1.3 優(yōu)化措施三

因?yàn)轭A(yù)精餾塔在精餾段的液相的負(fù)荷還是相對(duì)較小的，因此會(huì)在傳統(tǒng)的工藝中會(huì)在此步驟中加入大量新鮮水來萃取甲醇，一來提高甲醇的回收率；二來平衡負(fù)荷使整個(gè)精餾裝置在操作過程中保持足夠的穩(wěn)定。但這樣做就需要消耗大量的新鮮水，并產(chǎn)生大量的廢水。因此，所提出的第三條優(yōu)化措施為試著利用常壓塔塔釜廢水代替新鮮水做萃取水，但需考慮的一個(gè)問題是一旦使用廢水做為萃取水是否會(huì)引入新的雜質(zhì)萃取出的產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，而實(shí)際上在上文中提到的調(diào)節(jié)洗滌器便可較好地控制一些雜志物質(zhì)的含量增高，而且這一舉措也已經(jīng)有人在研究。

1.4 優(yōu)化措施四

在甲醇-水物系等甲醇的二元混合物的精餾過程中，汽提塔并非是精甲醇產(chǎn)品的產(chǎn)出塔，因此可以設(shè)計(jì)讓汽提塔塔頂氣相返回常壓塔，具體來講就是使汽提塔中塔頂?shù)募状細(xì)庀嘀行闹匦路祷氐匠核?，借助常壓塔的分離能力回收精甲醇，從而降低整體的精餾工藝的費(fèi)用，節(jié)約成本。

1.5 甲醇-水物系精餾工藝優(yōu)化總結(jié)

（1）優(yōu)化加壓塔與常壓塔溫度控制具體地操作步驟為將粗甲醇先與常壓塔的塔釜水接觸，而后和加壓塔塔頂精甲醇進(jìn)行換熱知道粗甲醇的溫度達(dá)到75℃左右后投入預(yù)精餾塔；

（2）精餾塔回流比管理：排將塔頂氣先后經(jīng)歷兩級(jí)冷凝操作后，再將未凝結(jié)的氣體經(jīng)一步洗滌操作后排出裝置，對(duì)于遺留下來的冷凝液和洗滌水則將其返回到塔頂在進(jìn)行一遍回流；

（3）將塔釜中的甲醇水通過泵進(jìn)行加壓后與加壓塔塔釜中的甲醇水再進(jìn)行換熱，并置于加壓塔中進(jìn)行精餾操作，精餾過后加以冷凝操作，得到兩種冷凝液體，一種冷凝液是用作返回塔頂做回流的，另一種則是約50%的精甲醇產(chǎn)品。

（4）將甲醇水通過加壓塔塔釜進(jìn)入常壓塔中進(jìn)行精餾時(shí)，會(huì)從常壓塔的塔頂在分離出剩余的甲醇，并將一部分常壓塔內(nèi)的釜水回流至預(yù)精餾塔的塔頂中洗滌器，以便于二次使用可利用水，節(jié)約水資源。其他廢水進(jìn)行污水處理后排出即可。

2 塔器選型與設(shè)計(jì)

甲醇-水物系精餾生產(chǎn)工藝中最重要的設(shè)備就是精餾塔，它的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)是直接關(guān)系到甲醇精餾的生產(chǎn)量和甲醇的生產(chǎn)精度的，同樣也會(huì)影響到整個(gè)精餾過程的成本和效益，因此選擇合適的塔器設(shè)備對(duì)于甲醇精餾工藝的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)成本、后期污染處理效果具有重要的影響?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有許多類型的精餾塔，主要可以分為兩種：傳統(tǒng)的板式塔與現(xiàn)代化的填料塔，與之相伴的還有近幾年興起的垂直篩板、浮閥塔等精餾塔器結(jié)構(gòu)。

2.1 精餾塔器的確定因素

甲醇-水物系的精餾塔器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇要結(jié)合精餾工藝的生產(chǎn)規(guī)模和純度要求決定，因此本文通過PRO/Ⅱ工藝模擬程序，采用NRTL熱力學(xué)計(jì)算模型，對(duì)熱力學(xué)參數(shù)做了修正來符合生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)。

2.2 預(yù)精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì)

在甲醇-水物系的精餾過程中預(yù)精餾塔處理主要存在兩大問題：一是在該段會(huì)損耗一部分甲醇且主要是由于塔頂凝氣導(dǎo)致，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免預(yù)精餾塔塔頂不凝氣導(dǎo)致甲醇損耗，可通過控制和調(diào)節(jié)塔甲醇精餾器具規(guī)格來提高甲醇精餾過程中的回收率；二是精餾段氣相負(fù)荷小難以將進(jìn)料完全潤(rùn)濕，而全塔盤可起到充分混合的作用，促進(jìn)所加堿液和酸性物質(zhì)的反應(yīng)，因此預(yù)精餾塔可以采用全塔盤。

2.3 加壓塔優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于加壓精餾塔，通常只需分離出約50%的精甲醇就可以，但為了保證甲醇的純度，應(yīng)采用正規(guī)填料完成生產(chǎn)工藝即采用全塔采用規(guī)整填料，降低塔高或采用全塔盤。對(duì)于現(xiàn)有的裝置，還可以在塔釜增設(shè)進(jìn)料口來實(shí)現(xiàn)本工藝。另外，還可以通過利用加壓塔與常壓塔運(yùn)行過程中的壓力與溫度相互調(diào)節(jié)控制，將加壓塔溫度控制于合理的范圍之內(nèi)。

2.4 常壓塔優(yōu)化設(shè)計(jì)

常壓塔的主要功能是將剩余的50%甲醇分離出來，因此相比以上幾種塔器它需要更高的理論級(jí)數(shù)，對(duì)于常壓塔的精餾段可以通過利用單位的塔高來提供較高的理論級(jí)數(shù)，而對(duì)于塔底廢水處理達(dá)到排放要求還需提餾段也提供相當(dāng)?shù)睦碚摷?jí)數(shù)才能夠滿足整體需求。而且如果在填料過程中受到液蠟的影響，會(huì)對(duì)側(cè)線的抽出造成諸多的不利影響。經(jīng)多方的考慮，提餾段和側(cè)線抽出段采用塔盤可以達(dá)到較好的生產(chǎn)要求。

結(jié)語

上文中介紹的一些優(yōu)化甲醇-水物系精餾方案的措施，可以看出想要提高甲醇的產(chǎn)量和純度，對(duì)其生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化是關(guān)鍵，合理的精餾塔內(nèi)件選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可有效地降低投資和提高設(shè)備利用率，節(jié)約長(zhǎng)周期運(yùn)行成本。另外，對(duì)其整套工藝流程上各個(gè)階段的改進(jìn)也可以在一定程度上提高甲醇的產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱冬梅.甲醇精餾裝置的工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].華東理工大學(xué)，2006.