甲醇精餾單效與雙效工藝的能耗分析與對(duì)比

焦金華 付燕飛 山東華魯恒升化工股份有限公司

一、概述

甲醇是有機(jī)化學(xué)品的重要基礎(chǔ)原料，被廣泛使用。2016 年，世界甲醇需求量達(dá)到9500萬(wàn)噸，其中我國(guó)占80%。國(guó)內(nèi)需求大，產(chǎn)品質(zhì)量要求高。在甲醇化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中，分離單元直接確定最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率。其中，主要的分離方法是精餾。液體混合物被多次部分汽化，并且所產(chǎn)生的蒸汽被部分冷凝多次以分離混合物的所需成分，這個(gè)操作過(guò)程就是精餾，精餾操作是一個(gè)高耗能過(guò)程?；み^(guò)程中40%～70%的能耗用于分離，而其中95%的為精餾能耗。我國(guó)是能耗大國(guó)，隨著能源短缺的日益嚴(yán)重，如何提高精餾效率，挖掘潛力降低能耗是目前研究的重點(diǎn)[1]。

二、甲醇精餾工藝流程

來(lái)自合成裝置或罐區(qū)的粗甲醇經(jīng)粗甲醇加熱器后進(jìn)入預(yù)塔，塔頂氣相產(chǎn)品經(jīng)兩級(jí)冷凝后，液體全回流，不凝氣送后工序；預(yù)塔塔釜液經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵送加壓塔進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后，進(jìn)入加壓塔。加壓塔塔頂氣相產(chǎn)品經(jīng)冷凝進(jìn)入加壓塔回流槽，一部分經(jīng)泵加壓輸送，用于回流，另一部分經(jīng)精甲醇冷卻器冷卻后，作為精甲醇產(chǎn)品送至罐區(qū)；加壓塔塔釜液在壓差的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入常壓塔。常壓塔塔頂氣相產(chǎn)品經(jīng)冷凝進(jìn)入常壓塔回流槽，經(jīng)泵加壓輸送，一部分用于回流，另一部分作為精甲醇產(chǎn)品送至罐區(qū)；常壓塔塔釜液經(jīng)回收塔進(jìn)料泵加壓送至回收塔?；厥账敋庀喈a(chǎn)品通過(guò)冷凝進(jìn)入回收塔回流槽，經(jīng)泵加壓輸送，一部分用于回流，另一部分作為雜醇產(chǎn)品送至罐區(qū)；回收塔塔釜液經(jīng)廢水泵加壓送至污水處理工序[2]。見(jiàn)圖1 所示：

圖1 甲醇精餾工藝流程示意圖

三、單效精餾和雙效精餾的能耗比較

（一）熱電廠單效蒸餾和雙效蒸餾的比較分析

某單位熱系統(tǒng)提供的低壓飽和蒸汽的表壓為0.5MPa，單效蒸餾蒸汽量為21.5t/h，雙效蒸餾蒸汽量為9.8t/h。單效精餾蒸汽量是雙效精餾蒸汽量的兩倍以上，表明雙效精餾系統(tǒng)可以減少加壓塔運(yùn)行時(shí)的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)，從而可以將所需熱量減少一半。加強(qiáng)壓力以增加加壓塔頂端的熱量，以便再次傳輸?shù)臒崃靠晒┰俅问褂谩?/p>

（二）冷公共工程單效蒸餾與雙效蒸餾的比較分析

在公司生產(chǎn)時(shí)，冷卻水溫度為32℃，回水溫度為42℃。通過(guò)計(jì)算，得出單效系統(tǒng)的冷卻水量為1066t/h，雙效精餾系統(tǒng)的冷卻水量為457t/h。以上分析可以表明單效精餾的冷卻能力是雙效精餾的兩倍，這是由于蒸餾塔頂部氣相介質(zhì)中的多數(shù)熱量來(lái)自底部再沸器提供的熱量。因此，盡管雙效精餾系統(tǒng)中有兩個(gè)精餾塔，但仍可以視為一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的熱量輸入減少，并且輸出的熱量也連續(xù)減少，可以節(jié)省冷卻水。

四、雙效精餾工藝的能源利用

雙效蒸餾的主要原理是經(jīng)過(guò)重復(fù)利用能量來(lái)提高蒸餾的熱效應(yīng)。精餾系統(tǒng)由許多塔構(gòu)成。高壓塔的頂部可以作為低壓塔頂部再沸器的熱源，而低壓塔的再沸器可以作為高壓塔的冷凝器，大量的節(jié)省了蒸餾裝置的能耗[3]。根據(jù)加熱蒸汽和流向，雙效精餾可分為三種工藝流程。

（一）雙效順流精餾

順流操作流程為使物料進(jìn)入高壓塔進(jìn)行分離，然后再使用高壓塔的物料當(dāng)作低壓塔的原料進(jìn)行精餾。工作蒸汽在工作時(shí)僅承擔(dān)輸入高壓塔再沸器的作用。頂部蒸汽成為低壓塔再沸器的熱源，最后被冷卻并回流。

（二）雙效平流精餾

雙效平流意味著精餾操作過(guò)程和順流精餾操作過(guò)程的物料走向并不一樣，平流是經(jīng)過(guò)進(jìn)料獲得甲醇和水，工作蒸汽與順流大致一樣，并且只承擔(dān)高壓塔的再沸器的輸送。關(guān)于雙效順流和雙效平流的精餾過(guò)程，由于底部排放物是水，溫度也會(huì)升高到一定程度。此時(shí)，高壓塔正在高壓力下運(yùn)行。當(dāng)再沸器運(yùn)行時(shí)，蒸汽壓力條件相對(duì)較高。此時(shí)，如果材料中存在一些微量雜質(zhì)，則高溫時(shí)會(huì)發(fā)生雜質(zhì)的分解和劣化[4]。

（三）雙效逆流精餾

雙效逆流精餾操作流程為物料從低壓塔中進(jìn)料，然后成為高壓塔的進(jìn)料，加熱蒸汽從高壓塔再沸器進(jìn)來(lái)，然后變成低壓塔再沸器的熱源。由于低壓塔中的甲醇相對(duì)較高，此時(shí)低壓塔再沸器加熱后高壓塔的溫度也隨之降低。

五、結(jié)語(yǔ)

化工生產(chǎn)過(guò)程中精餾一直都是十分重要的一個(gè)生產(chǎn)單元，但是與此同時(shí)這一單元也有著較高的能耗[5]。雙效精餾系統(tǒng)的節(jié)能效果相對(duì)較好，能力利用率更高，投資也相對(duì)較低，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。