甲醇精馏方案技术对比

2012年6月大氛肥Jun.2012第35卷第3期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.35 No.3甲醇精馏方案技术对比王同宝,周亭亭,赵国忠(中国石化集团宁波工程有限公司,浙江宁波315103)摘要:对粗甲醇的双塔精馏和三塔精馏工艺进行技术方案、投资、消耗、能耗、成本等方面的对比,对采用空冷器时的技术方案进行初步研究,研究结果界定两种工艺方案的适用装置规模。关键词:甲醇精馏双塔精馏三塔精馏 空冷器随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展和消耗的介质暂按某地区价格计算，具体定价见表甲醇燃料的应用,甲醇需求量还会越来越大,因此2。对比按生产期14a、设备折旧14a计算;根据中提高甲醇产品质量和降低生产消耗就越来越引起国石化集团公司2010年规定进行投资估算;甲醇人们的关注。产品质量按照美国联邦标准AA级。由于原料气在甲醇合成塔内发生甲醇反应的表1粗甲醇组成同时,还伴随着--系列的副反应，合成所得粗甲醇组分摩尔含量,%是多种组分形成的混合液，主要组分是甲醇,还包CH2OH91.7500N0.005 3括一些杂质。因此，为获得高纯度的精甲醇必须经H2O7.4900H0.002 5过精馏的过程'"。根据粗甲醇的质量决定精馏过程CO20.6000A0.0085的复杂程度。甲醇工业最早采用锌铬催化剂合成CH,0.0556NH,0.043 6粗甲醇的高压法,得到的粗甲醇质量较差,因此精CO0.028 70.000 6制方法采用了精馏和化学净化相结合,比较复杂。表2所消耗介质的定价近年来，世界上新建的甲醇工厂都采用了铜系催项目单价化剂,中、低压法合成甲醇,国内也相继采用了铜循环水/(元川)0.20系催化剂,改善了粗甲醇的质量。试验证明,粗甲低压蒸汽(0.4MPa饱和)/(元心)32.00醇的杂质含量主要决定于催化剂本身的选择性,电/(元.(kWh)-)0.58反应温度、压力对其影响不很显著2。蒸汽凝液/(元心)8.00目前工业上甲醇精馏的流程主要有:两塔精注:定价的不同会使测算结果有一定的偏差。馏流程和三塔双效精馏流程，本文拟对此两种方案进行研究,供相似装置进行技术选择。2流程概述2.1两塔流程1比较基准[3]来自储罐的粗甲醇由泵送至预精馏塔上部。由于甲醇生产中所用原料、工艺过程、产品质为提高产品质量，中和粗甲醇中的有机酸，注人量要求、各消耗的定价、投资取价等不同,要全面而准确的对甲醇精馏作出对比比较困难。收稨日期:2012 _03-15。为了便于比较，本次研究假定以下内容作为作者简介:王同宝,男,1978年出生,工程师,硕士学位,2005比较基准，若与此基准偏差较大则需要相应作出年毕业于西北大学化工学院生物化工专业，现在中国石化集团宁波工程有限公司从事煤化工、天然气化工等化工行业的工程咨询、调整。设计等方面的工作。联系电话:0574- -87974856;E -mail:wangtb.对比中的粗甲醇组成见表1。对于两方案中所snec@sinopec.com.194大龟胞2012年第35卷2%的碱液，粗甲醇在粗甲醇预热器中被来自主精器冷凝，冷凝甲醇在重力作用下流人常压塔回流馏塔的塔底水预热至54C后送人预精馏塔。罐,再由泵送至常压塔顶部作为回流,同时送出一从预精馏塔顶部出来的气体包括不凝性气股产品甲醇。体、轻组分、水蒸气及甲醇。经过预精馏塔塔顶二--.些重组分有机物,主要为乙醇和丁醇,容易级冷凝后，大部分水和甲醇通过预精馏塔回流槽在常压塔内甲醇/水的分界面上发生积聚,在此处及预精馏塔回流泵回流人塔,回流比约为0.8-0.9。采出一小股侧线产品以排出这部分重组分。这股不凝气和大部分二甲醚等低沸点杂质及少量甲醇侧线产品即所谓的杂醇油。杂醇油在杂醇油管中蒸气经水洗后达标排放。气体在冷凝过程中,- -小收集，同时杂醇油管也接收来自预精馏塔次级冷部分轻组分冷凝并进入甲醇中，为防止其在系统凝器排放的一股次级甲醇。中累积,连续排放少量冷凝液到杂醇油槽。来自加压塔和常压塔的产品甲醇冷却至45C从预精馏塔塔底出来的粗甲醇由主精馏塔给后送出界外41。料泵送至主精馏塔。主精馏塔釜温度维持在116C,塔顶温度维持在71C左右,由再沸器加热塔釜3方案对比液体。主再沸器的热源为表压0.4MPa的饱和蒸3.1 技术方案对比汽。产品甲醇从主精馏塔侧线采出，冷却至'40C三塔精馏与两塔精馏的区别主要在于主精馏后,送往产品甲醇储罐。塔的设置和能量综合利用方面。粗甲醇经过预热2.2三塔 双效流程后进人预精馏塔,预精馏塔为常压操作,粗甲醇中从界外来的粗甲醇在送人预精馏塔前通过烧含有的轻组分在预精馏塔中分离出来，由塔顶逸碱给料包添加氢氧化钠溶液。预精馏塔操作压力出。脱除大部分轻组分后离开预精馏塔底部进入(绝压)为0.15MPa,略高于大气压,粗甲醇在预精加压塔，加压塔顶气相不使用循环水作为冷却介馏塔中初步精馏。质,而是直接做为常压塔塔底再沸器的热源,为常离开预精馏塔塔顶的甲醇蒸气首先经过预精压塔提供热量。因此,加压塔与常压塔形成双效精馏塔初级冷凝器进行冷却，冷凝甲醇温度约为70馏,前一塔的顶部出气作为后-塔的加热热源,可C ,在重力作用下回流至预精馏塔回流罐中。来自以节省后一塔的外加热源， 也省去了前一塔的冷初级冷凝器的未冷凝的气相再经过预精馏塔次级却水。因此三塔精馏也被称为三塔双效精馏5]。冷凝器被冷却至45 C产生更多的冷凝甲醇，在此.为保证常压塔塔底再沸器有足够的传热温分离出来的冷凝甲醇又称为次级甲醇。差，两塔的前一塔必须加压才能使其塔顶出气具预精馏塔回流罐收集的冷凝甲醇由泵送至预有较高的温度,满足常压塔的生产要求。产品精甲精馏塔顶部作全回流。来自预精馏塔塔底的液体醇部分采自第一主精馏塔的塔顶冷凝液，部分采含甲醇、水以及其他重组分杂质，由泵送人加压自第二主精馏塔的塔顶冷凝液。由于加压精馏塔塔顶温度较高,为综合利用能量,有些流程将加压预精馏甲醇送人加压塔继续蒸馏，加压塔塔精馏塔塔顶的液相产品作为热源加热来自甲醇合顶操作压力(绝压)约为0.8MPa;在加压塔顶部附成装置的粗甲醇[6]。近采出一股产品甲醇，在此采出的产品甲醇约占因此，三塔双效精馏与两塔精馏相比减少了总量的一半。剩余的甲醇/水混合塔底液作为常压蒸汽与循环水的消耗,但电的消耗会有所增加,且塔的进料流股,常压塔塔顶操作压力(绝压)约为由于增加了一个塔系统,工艺设置及操作复杂,投0.13 MPa。资及占地增加。由于加压塔和常压塔之间存在操作压力的差3.2 消耗及能耗对比异，因此加压塔顶气体的冷凝潜热可供常压塔蒸.两塔精馏和三塔双效精馏的能耗及消耗分别馏所需的热量,换热过程在塔间换热器内进行。加见表3和表4。压塔顶的冷凝物在重力作用下送人加压塔回流由表3和表4对比可知，由于三塔流程多设罐,再由泵送至加压塔顶部作为回流。置一个塔,必须多设置一台泵,因此耗电方面高于常压塔顶部的甲醇蒸气经过常压塔回流冷凝两塔，但蒸汽和循环水消耗，三塔流程均低于两196大氛跑2012年第35 卷表6空冷器与水冷 器方案主要参数对比两塔流程三塔流程项目空冷器方案水冷器方案预精馏塔塔顶主精馏塔塔顶预精馏塔塔顶主精馏塔塔顶预精馏塔塔顶常压塔塔顶预精馏塔塔顶常压塔塔顶设备重量/t2386.75.15.7255设备投资/万元44.8168.727126.5920.6钢结构费用/万元208014.5604.管道增加费用/万元0.65.4704.74投资/万元.65.5254.114.341.s191.21.7电消耗/ kWh24104循环水消耗/t847189650年运行费用/万元7.2231.2831.36135.522224.0630.2404吨醇能耗/MJ22.7398.5165.7283.9175.7863.35217.88占地大小/m6x3x26x3x80.8x66x3x61.2x5从占地上看，空冷器设备尺寸的绝对占地面精馏。积较大,但是,空冷器的构架--般都在25m左右，此对比结果便于改造、配套等小规模装置的管柬下可布置其他设备或做为管廊，空间利用技术选择，由于对比基准及项目情况的不同其选率较高9]。择需进- - 步论证。从施工配管难易程度看,塔顶回流冷凝器后参考文献为两相流液体,为防止管道震动,影响管道寿命,[1]章日让. 石化工艺及系统设计实用技术问答(第二版)[M].北京:中国石化出版社,2007 :87.要求两相流管道尽量靠近下游设备。空冷器一般[2] 宋维端， 肖任坚,房鼎业,等.甲醇工学[M].北京:化学工业为多个设备并联,且设置在管廊框架上方,空冷器出版社, 1991 :248.出口管道多个并联对称,管道分布较多,配管难度[3] 戴墨笑 ,熊兴和.甲醇精馏的双塔与三塔流程比较[J].化工大。水冷器出口管道少于空冷器,设置在主装置框设计,1985(2):1-5.架上,同下游设备距离更近-些,配管相对容易。[4] 张蔚.甲醇技术浅析[J].山西化工,2009(1):52 -54.对两种工艺流程中各规模(5~90 万吨/年)装[5] 廖卫昌. 甲醇双效精馏节能技术[J].中氨肥,2001(1)22-置中部分冷却器采用空冷器进行技术经济研究对[6] 刘保柱,章渊昶,陈 平,等. 节能型甲醇精馏工艺研究[J].化比后发现:空冷器节省了循环水耗量,增加了电和工进展,2007(5):739-742.投资,总体上节省了消耗,增加了投资;由于两塔’[7] 国家发展改革委建设部. 建设项目经济评价方法与参数(第三版)[Z]. 2006- -08-01.精馏循环水耗量大,采用空冷器后较三塔双效精[8] 王 松汉.石油化工设计手册(第3卷).化工单元过程[M].北馏节省了更多的循环水。经核算，当采用空冷器京化学工业出版社,2002:739-747.后,规模为15万吨/年时,两种工艺的成本基本相9] 张德姜,赵 勇主编.石油化工工艺管道设计与安装[M].北当;当规模大于15万吨/年时,建议选用三塔双效京:中国石化出版社,2002:254- 267.COMPARISON OF METHANOL DISTILLATION TECHNOLOGYWang Tongbao , Zhou Tingting , Zhao Guozhong(SINOPEC Ningbo Engineer Co., Ltd., Ningbo 315103)Abstract:A comparison of bi -tower and tri -tower raw - -methanol distillation process in investment,consumption, energy consumption and cost is made，while a preliminary study of the technical scheme usingair - cooler is also conducted and the study result has defined the applicable plant capacity of the two processschemes...Keywords : methanol distillation ;bi-tower distillation ;tri-tower distllation; air- cooler