甲醇精馏工艺流程分析

肥第39卷第11期2011年11月甲醇精馏工艺流程分析田旭刘小英秦丽萍董士祥(北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司730050)0前言产品,塔底排出的含微量甲醇及其它重组分的废水送往水处理系统。随着甲醇应用技术的发展,甲醇及其衍生品放空作为替代能源的应用也越来越得到人们的重视。CWRCWR大量煤基甲醇装置在建或待建,而甲醇装置的大GCWRCWR型化和工艺流程的优化控制对节能降耗、提高经CWS T济效益有着至关重要的作用。本文采用PRO/Ⅱ化工流程模拟计算软件,对甲醇精馏工艺的双塔预精馏塔主精馏塔流程、三塔流程及四塔流程进行了模拟计算、分析与比较。1流程简述图1双塔精馏工艺流程1.1双塔流程1.2三塔流程双塔精馏流程是我国老的甲醇装置中采用较三塔流程是目前甲醇生产装置应用最广泛广的一种精馏流程(见图1)。从合成单元来的粗的精馏工艺(见图2),与双塔流程最大不同是将甲醇经泵加压,再经粗甲醇预热器预热后进入预精馏过程分为加压精馏和常压精馏,充分利用精馏塔(常压操作)。为了提高预精馏塔后甲醇加压精馏塔冷凝器的高品位热能作为常压精馏的稳定性并尽可能回收甲醇塔顶采用两级冷凝,塔再沸器的热源,减少蒸汽供应量,以达到节能经部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量杂质留在降耗的目的。液相作为回流返回塔,二甲醚等轻组分(初馏分)由合成单元送来的粗甲醇经预热器预热后进及少量的甲醇、水由塔顶逸出,塔底含水甲醇则由预精馏塔,溶解在粗甲醇中的低沸点杂质在预泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍髙于预精精馏塔塔顶精馏岀并送亼燃料管网;从预精馏塔馏塔,但也可以认为是常压操作,塔顶得到精甲醇塔底来的物料经泵加压后,送亼加压精馏塔。加不凝气7 CWRCWRCwSCWScwR精中醇预精馏塔加压精馏杂醇油压精馏塔粗甲醇中国煤化工CNMHG图2三塔精馏工艺流程小氮肥第39卷第11期2011年11月压精馏塔塔顶为99.99%(体积分数)以上的甲醇不凝气再经洗涤后出装置,冷凝液和洗涤水返回蒸气,冷凝后的甲醇进入回流槽,一部分作为精甲塔顶全回流。塔釜甲醇水经泵加压并与加压精馏醇产品送到精甲醇混合罐,另一部分返回加压精塔塔釜甲醇水换热后进亼加压精馏塔,塔顶甲醇馏塔塔顶作为回流。在加压精馏塔塔底排出的甲蒸气进入常压精馏塔塔釜冷凝/蒸发器冷凝,冷凝醇水溶液送至常压精馏塔。常压精馏塔下部设杂液进入回流罐,经回流泵加压后,一部分返回塔顶醇油采出口,抽出含甲醇、水的异丁基油,以保证作回流,另一部分为精甲醇产品出装置。加压精低于水沸点的杂质(主要是醇类)分离出塔。常馏塔塔釜甲醇水自压进入常压精馏塔精馏,塔顶压精馏塔塔底采出的废水送往废水处理系统。分出剩余甲醇,塔釜水一部分返回预精馏塔塔顶1.3四塔流程洗涤器,剩余废水去污水处理系统。侧线抽出杂四塔精馏工艺流程见图3。粗甲醇先后与常醇油进入汽提塔,塔顶气体返回常压精馏塔,汽提压精馏塔塔釜水、加压精馏塔塔顶精甲醇换热到塔侧线杂醇油出装置,塔釜水去污水处理或返回75℃左右进入预精馏塔;塔顶气经过两级冷凝,气化工段使用。不凝气CWR补充水CWR ICws/cWRCWS汽提塔预精馏塔加压精馏塔杂醇油常压精馏塔粗甲醇废水图3四塔精馏工艺流程2基础数据3模拟过程设计以某企业生产装置年产300kt精甲醇,3.1热力学方程年运行时间为7920h,粗甲醇总进料量为物系主要组分为甲醇和水,另外还有少量的40880kg/h,温度为40℃,压力为0.4MPa(表二甲醚、乙醇、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、氮压)为基础数据。粗甲醇的组成见表1。气、氩气等以及高沸物(主要为异丁醇)。醇水系表1粗甲醇的组成统属于强非理想液体混合物,本文采用修正的组分质量分数/%‖组分质量分数/%NRTL热力学计算模型进行模拟。氢气0.0003甲醚3.2模拟结果氧化碳000024‖乙醇双塔流程、三塔流程以及四塔流程的物料平二氧化碳衡结果(其中各组分均为质量分数)分别见表2、氮气0.03正丁醇0.00表3和表4。甲烷0.01异丁醇由表2~表4比较可以看出:3种流程都可产氩气0.010.008出合格中国煤化工程产的精甲醇纯水辛烷度稍低CNMHG的精甲醇纯度相甲醇93.161当;3种流程的甲群广星郁能达到要求。小氮肥第39卷第1期2011年11月表2双塔流程物料平衡粗甲醇补充水预精馏塔塔顶主精馏塔塔顶主精馏塔塔顶精馏废杂醇油(液)(液)不凝气(气精甲醇(液)体(气)水(液)(液)氢气/%0.00030.032500氧化碳/%0.000240.0260二氧化碳%80.1926氮气/%3.2515甲烷/%0.011.083800000000000000氩气/%4.282097.197315.8710甲醇/%93.16101.161899.957199.96482.311680.2155甲醚/%8.64960乙醇/%0.03650.02020.07632.0573丙醇/%0.0050.02890.1906丁醇/%0.000异丁醇/%0000.02970.12470.35621.5409丙酮%0.21600.0060.0150辛烷/%0.00500.020200总流量/(kg·h1)377,178737814.985764.09256540.091温度/℃压力/MPa00.1250.10.10.1030.103表3三塔流程物料平衡粗甲醇补充水预精馏塔塔顶加压精馏塔常压精馏塔精馏废水杂醇油项目(液)(液)不凝气(气)精甲醇(液)精甲醇(液)(液)(液)氢气/%0.0327氧化碳/%0.000240.0261氧化碳/%0.7480.57690000氮气/%甲烷/%0.0101.0890000000000000000氩气/%0.011.08905.8363.9945甲醇/%93.1611.042199.99740.451850.2184甲醚/%8.69020乙醇/%0.00010.00560.001510.4141丙醇%0.0050.00910.9751正丁醇/%0.0050000异丁醇/%0000.00870.99500.135210.611内酮/%0.0080.01290.001辛烷/%0.0050.020100总流量/(kg·h-1)4000中国煤化工45150温度/℃CNMHG压力/MPa0.50.50.120.1030.105小氮肥第39卷第山期2011年11月表4四塔流程物料平衡项目粗甲醇补充水预精馏塔塔顶加压精馏塔常压精馏塔常压精馏塔汽提塔杂醇油(液)(液)不凝气(气)精甲醇(液)精甲醇(液)废水(液)废水(液)(液)氢气/%0.00030.0328氧化碳/%0.000.0262二氧化碳/%0.7400000080.90100000000000氮气0.033.2802甲烷/%000000000000000氩45.8363.64150.00199.999695.08830.4825甲醇93.16199.984599.99740.000492.6417二甲醚/%8.7238乙醇/%0.050.00040.0010.00516.8575丙醇/%0.00010.34320.0152正丁醇/%0.3508异丁醇/%4.20860.0031内酮/%0.19630.01410.00160000000辛烷/%0.0171总流量/(kg·h-1)40880373.878714941.851322868.28995816.5492582.5916293.429温度/℃/MP30.50.50.150.90.130.1550.1454结果分析精馏塔,所以能耗相同。而四塔流程是将粗甲醇先后与常压精馏塔塔釜水和加压精馏塔塔顶精甲4.1能耗比较醇产品换热,将粗甲醇进料温度提高到75℃左右双塔、三塔及四塔流程的能耗比较见表5。后进入预精馏塔。提高进料温度后,再沸器的蒸其中,冷却水的消耗是指32℃的冷却水被加热到汽耗量有所降低,即降低了塔底热负荷,而冷凝器42℃,蒸汽是指0.6MPa(表压)的低压蒸汽负荷维持不变,这样可减少蒸汽用量;②三塔流程表5双塔、三塔及四塔流程的能耗比较th所耗总冷却水量和总蒸汽量分别为2267.2U/h项目双塔流程三塔流程四塔流程和40.4t/h,大大少于双塔流程,这主要是由于三塔流程中的常压精馏塔塔釜再沸器加热所需热量预精馏塔塔顶冷却水187.4塔底蒸汽5.1为加压精馏塔塔顶蒸汽的冷凝热,不需外界供热,主精馏塔或塔顶冷却水2403.4从而降低了热能消耗;三塔流程加压精馏塔和常加压精馏塔塔底蒸汽39.431压精馏塔的回流量之和较双塔流程中主精馏塔的常压精馏塔塔顶冷却水1925.41828.1回流量小,因此耗用的蒸汽量及冷却水量均相对塔底蒸汽较少,说明三塔流程是一种节能型工艺,如果装置塔顶冷却水548.3汽提塔塔底蒸汽规模越大,则节能效果越显著;③三塔流程与四塔其他物料耗冷却水98.7152.231.2流程相比,2种流程都使用双效精馏,因此加压精馏塔和常压精馏塔的能耗相当;由于四塔流程多总耗冷却水2689.52267.22601.9了1台汽提塔,使得其蒸汽耗量及冷却水耗量均总耗蒸汽48.849.8增加;④由韦3和韦4可以看出,三塔流程可以产从表5中的数据可以看出:①双塔流程和三出约中国煤化工要求,而四塔流程塔流程中预精馏塔的分离要求及操作条件完全相产出的CNMH%(质量分数)同都是将粗甲醇预热到泡点65℃左右后进入预完全符合AA级要求。小氮肥第39卷第11期2011年11月克劳斯硫回收工艺细节剖析刘学武李春莲(山东兖矿集团国宏化工有限责任公司邹城273512)目前,克劳斯硫回收工艺在各化工企业的运行情况不尽相同。比如,山东淄博齐鲁石化公司、1燃料气山东兖矿国泰公司的运行情况非常稳定,而在山兖矿国宏公司采用的燃料气为液化石油气东兖矿集团国宏化工有限责任公司(以下简称兖而其它化工企业采用甲醇合成系统产生的弛放矿国宏公司)运行情况却不够理想,故障频发,甚气。燃料气供应比较稳定,不受其它工段的影响,至导致停车。同样的工艺却出现了不同的运行情能保证焚烧炉点火和系统升温平稳。因此,硫回况,故对全系统进行了仔细分析。收系统可以在合成系统接净化气之前接酸性气,必必必必必必必①必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必必4.2综合比较力差不能太小,否则会导致冷凝器、再沸器的换热与双塔流程相比,三塔流程利用蒸汽潜热的面积过大;但此压力差也不能太大,若加压精馏塔多重效用,充分达到节能的目的,但其总投资增压力过高,塔的强度要求势必要提高,投资费用必加、能耗大幅度下降,操作费用也显著降低。由于然增加,还必须提高加压精馏塔进料泵的功率,这同一流程设备投资增加的幅度较生产规模增加的样就会降低三塔流程的节能效果。可见,必须优幅度小得多,而吨甲醇能耗保持不变,所以同一流化设计三塔流程甲醇精馏系统。程投资的回收期随着生产规模的扩大而缩短。在四塔流程中,常压精馏塔和回收塔之间存在般在100kt/a以上的甲醇装置应釆用三塔流程。动量、热量、质量的传递关系,故回收塔的操作随常四塔流程与三塔流程相比,总投资和能耗都压精馏塔的变化而变化。减少常压精馏塔的侧线增加,但四塔流程的优势是可以产出高纯度的甲抽出量,可明显降低回收塔热负荷,但直接影响常醇,并且装置规模越大,这种经济优势越明显。另压精馏塔塔底废水中总醇含量,增加废水处理系统方面,四塔流程中,常压精馏塔塔底的废水几乎的负荷;提高常压精馏塔侧线抽出量,会明显提高不含杂质,若将其用作预精馏塔的萃取水,则可节回收塔热负荷。因此,应根据常压精馏塔进料中杂约大量的脱盐水。如果由于废水循环而导致的高醇含量和各塔热负荷的变化,适当调整常压精馏塔沸点杂质的积累对产品质量造成影响,可以通过和回收塔的操作参数,寻求到最优化点。调节补充新鲜水的水量来抑制系统中高沸点物质的积累,既节约用水又利于环保。总体而言,四塔5结语流程的优势在装置规模越大时越能得到体现,在通过计算分析表明:只有综合考虑能耗和投环保方面也具有积极意义。资等因素,考虑所分离物系的具体特性、投资与经4.3其它营等因素,并结合生产条件和要求,才能找到最预精馏塔在设计和操作时应给予一定的余可靠、最经济的甲醇精馏工艺方案。双塔流程适量,保证粗甲醇浓度在一定范围内变化时,尽量将用于小规模甲醇精馏装置;对于大、中型甲醇精馏轻组分完全分离,保证甲醇质量。根据双效多精装置,三塔左出四塔流程由于馏原理,要实现2台塔的热量互用,必须满足加压产出的精在大型甲醇装精馏塔塔顶物料的露点温度髙于常压精馏塔塔底CNMHG置中将会更1液相的泡点温度。但应注意:2台主精馏塔的压收到修改稿日期201109-15)