甲醇精餾工藝的選擇

甲醇精餾工藝的選擇

近年來(lái)，隨著油鉻技術(shù)的快速發(fā)展，甲醇市場(chǎng)的改善也越來(lái)越重要。許多化工公司開(kāi)始發(fā)展甲醇生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)。在過(guò)去的傳統(tǒng)聯(lián)合醇生產(chǎn)基礎(chǔ)上，許多公司開(kāi)始向大型醇采購(gòu)。據(jù)報(bào)道,我國(guó)正在規(guī)劃的大型甲醇項(xiàng)目中,設(shè)計(jì)能力在1000kt/a以上的廠(chǎng)家就有8家之多,能力在300~500kt/a的更是不在少數(shù)。我國(guó)甲醇的生產(chǎn)能力將迅速提高,在生產(chǎn)能力擴(kuò)大的同時(shí),應(yīng)采用先進(jìn)的節(jié)能降耗技術(shù),為企業(yè)創(chuàng)造更大的生存發(fā)展空間。精餾是產(chǎn)出精品甲醇的關(guān)鍵一環(huán),如何選擇先進(jìn)、高效節(jié)能的精餾工藝裝置,是擺在諸多生產(chǎn)企業(yè)面前的新課題。1三塔精餾法的選擇1.1工藝特點(diǎn)的比較我國(guó)大多數(shù)甲醇裝置產(chǎn)能小,傳統(tǒng)的精餾工藝裝置大多采用雙塔精餾工藝,而且?guī)缀蹙鶠榘迨剿?。雙塔精餾工藝比較簡(jiǎn)單,其核心設(shè)備就是預(yù)塔和主塔,亦即輕(組分)塔和重(組分)塔。該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品純度基本上能夠達(dá)到99.9%的工業(yè)甲醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。雙塔精餾工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快;主要缺點(diǎn)就是能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不是很好。作為一般要求的精甲醇質(zhì)量,雙塔精餾工藝裝置已完全能夠做到,但如果要達(dá)到國(guó)家AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(要求乙醇含量≤80×10-6),能夠滿(mǎn)足甲醇羰基化的技術(shù)指標(biāo)要求的話(huà),雙塔工藝就達(dá)不到。三塔精餾工藝是在雙塔流程中增加了一個(gè)精餾塔和部分設(shè)備,其主要作用是將加壓塔底的釜液進(jìn)一步提純,進(jìn)一步提高甲醇產(chǎn)品的純度。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)采出精甲醇,加壓塔頂?shù)募状颊羝皇侨ニ淦骼淠?而是進(jìn)入常壓塔底再沸器,作為常壓塔再沸器的熱源,從而充分利用熱量,達(dá)到節(jié)能的效果。三塔精餾工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量高、消耗低、節(jié)能效果突出;缺點(diǎn)是工藝流程較復(fù)雜,一次性投資大。近些年大的甲醇裝置多采用三塔精餾工藝裝置。兩種精餾工藝比較如表1。通過(guò)以上兩種精餾工藝比較可以看出,對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的裝置,應(yīng)選擇三塔精餾工藝。國(guó)內(nèi)同類(lèi)型甲醇廠(chǎng)如大慶甲醇廠(chǎng)、哈爾濱氣化廠(chǎng)、魯南化肥廠(chǎng)等甲醇裝置均采用三塔精餾工藝。1.2填料塔的組成和組分傳統(tǒng)雙塔精餾采用浮閥板式塔,其特點(diǎn)是操作較穩(wěn)定,投資較省。板式塔內(nèi)裝有若干層塔板,液體靠重力由頂部流向塔底,并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層;氣體靠壓差推動(dòng)由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂。氣液兩相在塔內(nèi)逐級(jí)接觸,兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔的開(kāi)孔率低,介質(zhì)傳熱、傳質(zhì)效率低,塔壓降較大,總體效果不太理想。在填料塔內(nèi),液相由塔頂噴淋分布于填料層,靠重力沿填料表面流下;氣相則在壓差的推動(dòng)下穿過(guò)填料間隙,由塔底流向頂,氣液兩相在填料的潤(rùn)濕表面上進(jìn)行接觸,兩相組成沿塔高連續(xù)地變化。填料塔的孔隙率高,介質(zhì)傳熱、傳質(zhì)效果好,塔內(nèi)壓降低,便于維修和安裝。因此,國(guó)內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備單位更傾向于研發(fā)新型高效填料來(lái)提高精餾塔的操作彈性和節(jié)能效果。目前新建的大多數(shù)甲醇廠(chǎng)均采用填料型精餾塔,而且塔內(nèi)填料多為金屬絲網(wǎng)孔板波紋規(guī)整填料,這種填料型精餾塔具有生產(chǎn)能力大,介質(zhì)傳熱、傳質(zhì)效率高,壓降小,操作彈性大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于維修和安裝等優(yōu)點(diǎn)。1.3采用三塔精餾工藝目前甲醇的生產(chǎn)規(guī)模都比較大,而且多為單醇,從甲醇的消耗及投資來(lái)比較,應(yīng)首先考慮采用三塔精餾工藝。同時(shí)應(yīng)選用新開(kāi)發(fā)的金屬絲網(wǎng)波紋板規(guī)整填料式精餾塔。因此,填料型三塔精餾工藝是新建甲醇裝置選用的理想精餾模式。2三塔甲醇精餾技術(shù)的控制2.1精甲醇的分離和精制利用甲醇和其他雜質(zhì)的揮發(fā)度不同,經(jīng)過(guò)在精餾塔中同時(shí)多次地進(jìn)行部分氣化和部分冷凝,使雜質(zhì)分離,得到幾乎純態(tài)的精甲醇。三塔精餾中的預(yù)塔主要是脫除二甲醚等低沸點(diǎn)的不凝氣雜質(zhì)(輕餾分),而加壓塔和常壓塔是脫除比甲醇重的重組分(重餾分)。預(yù)塔和加壓塔直接以外供蒸汽做熱源,而常壓塔再沸器的熱量由加壓塔頂?shù)臍庀嗵峁?不需外供熱源。2.2溫度和壓力的平衡正常運(yùn)行時(shí)的工藝調(diào)節(jié)主要是維持系統(tǒng)的物料平衡、熱量平衡和氣液平衡。物料平衡掌握得好,熱量穩(wěn)定,氣液接觸效果好,傳質(zhì)效率高。塔的溫度和壓力是控制熱量平衡的基礎(chǔ),三者是互相影響的。工藝調(diào)節(jié)應(yīng)力求一個(gè)“穩(wěn)”字,追求三個(gè)“平衡”,一切工藝調(diào)節(jié)都必須緩慢逐步進(jìn)行,必須把上一步調(diào)整穩(wěn)定顯出效果之后才能進(jìn)行下一步調(diào)節(jié),否則使工況平衡失調(diào),操作困難,生產(chǎn)難以正常運(yùn)行。但也不能墨守陳規(guī),應(yīng)大膽嘗試,特別是在加壓塔和常壓塔之間的采出量、蒸發(fā)量、回流比等參數(shù)的控制方面,更應(yīng)趨于合理。2.2.1調(diào)整蒸汽用量(1)給料流量的變化幅度不宜大于1m3/h,不能驟加驟減。(2)對(duì)于三塔中的任意塔,其進(jìn)料中含水量發(fā)生變化時(shí),會(huì)導(dǎo)致塔釜溫度發(fā)生改變,需及時(shí)采取調(diào)整回流量和蒸汽量等方法來(lái)保證各塔塔頂溫度正常。(3)加減給料量時(shí),應(yīng)對(duì)進(jìn)入再沸器的蒸汽量予以調(diào)整。對(duì)于預(yù)塔,應(yīng)先加蒸汽量后再加給料量或先減給料量后再減蒸汽量,目的是盡可能把輕組分脫除掉。而對(duì)于加壓塔和常壓塔,加給料量時(shí),先加給料量,再加回流量,后加蒸汽量;減給料量時(shí),先減蒸汽量,再減給料量,后減回流量。這樣能夠充分保證兩塔產(chǎn)品質(zhì)量。(4)預(yù)塔加減給料量的同時(shí),應(yīng)相應(yīng)調(diào)整堿液量,保證預(yù)塔底液的pH為8~9。2.2.2塔壓及氮?dú)赓|(zhì)控制(1)對(duì)于預(yù)塔,因?yàn)楝F(xiàn)行流程中設(shè)計(jì)有液封槽,壓力一般不需調(diào)節(jié),受壓力影響不會(huì)很大。但預(yù)塔負(fù)荷增加,塔壓力會(huì)升高。(2)對(duì)于加壓塔,壓力主要通過(guò)塔底再沸器的蒸汽量調(diào)節(jié),同時(shí)也可通過(guò)回流量大小來(lái)控制。塔壓過(guò)高時(shí),可通過(guò)加壓塔回流槽氣相調(diào)節(jié)閥控制;若塔壓過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致塔頂甲醇蒸汽量下降,影響常壓塔底溫度,可能導(dǎo)致廢水含量超標(biāo),必要時(shí)可補(bǔ)充氮?dú)馓釅骸?3)對(duì)于常壓塔,現(xiàn)行流程中同樣設(shè)計(jì)有液封槽,一般不需調(diào)節(jié)。2.2.3溫度調(diào)整(1)汽量過(guò)大的影響加大蒸汽量,塔溫上升,重組分上移,影響精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量,若蒸汽量過(guò)大,塔內(nèi)氣體上升流速加快,會(huì)造成液泛,因此精餾塔溫升應(yīng)小于1℃/次。相反,減少蒸汽量,塔溫下降,會(huì)導(dǎo)致輕組分下移,甚至帶到后工序,造成高錳酸鉀值和水溶性試驗(yàn)不合格,影響產(chǎn)品質(zhì)量。(2)流量恢復(fù)回流量不足,塔溫度上升,此時(shí)應(yīng)減少采出,加強(qiáng)回流。若回流量過(guò)高,會(huì)加大能耗,此時(shí)應(yīng)增加采出。(3)在高壓塔中，增加壓力會(huì)增加塔的溫度，并會(huì)影響正常壓力塔的溫度因此,調(diào)整加壓塔壓力是調(diào)節(jié)兩塔溫度的有效手段,塔溫又是調(diào)整甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要方法。2.2.4塔封液位不易造成補(bǔ)放劑殘留(1)塔釜液位太低,會(huì)造成蒸發(fā)量不足,回流減少,而且釜液停留時(shí)間縮短,影響換熱效果;若塔釜液位太高,超過(guò)再沸器回流口,會(huì)影響甲醇液體循環(huán),甚至造成液泛。各塔液位應(yīng)控制在60%~80%。(2)回液槽液位不宜過(guò)低,以防止泵的氣蝕和液體渦流的發(fā)生。2.3注意事項(xiàng)2.3.1飽和蒸汽壓力溫度蒸汽作為預(yù)塔和加壓塔再沸器的外供熱源,直接影響到精甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量。精餾工藝設(shè)計(jì)蒸汽壓力一般為0.4~0.5MPa、溫度為185~205℃。有些設(shè)計(jì)中采用造氣、合成等廢鍋副產(chǎn)的飽和蒸汽,雖然壓力溫度能夠滿(mǎn)足精餾的需要,但其流量不穩(wěn),時(shí)常波動(dòng),會(huì)影響精餾工序的熱量平衡,同時(shí)波及到物料平衡及氣液平衡,影響組分分離。因此提高蒸汽品質(zhì),穩(wěn)定蒸汽流量,是精餾工序操作成功的關(guān)鍵所在。2.3.2設(shè)備回流比的影響在實(shí)際生產(chǎn)中,適宜回流比應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算來(lái)決定,操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比為適宜回流比。操作費(fèi)用取決于各塔再沸器中加熱蒸汽的消耗量及冷卻器中冷卻水的消耗量?；亓髁吭酱?加熱和冷卻介質(zhì)消耗亦越多,操作費(fèi)用相應(yīng)增加,產(chǎn)品的收率降低。當(dāng)回流比增大時(shí),塔內(nèi)上升的甲醇蒸汽量隨之增加,從而使上述設(shè)備的尺寸在理論上相對(duì)增大,導(dǎo)致設(shè)備折舊費(fèi)上升。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),選取回流比為最小回流比的1.1~2倍較為適宜。2.3.3塔再沸器的傳熱性能加壓塔主要作用:一方面是通過(guò)加壓,使塔頂氣相具有較高的溫度,保證常壓塔再沸器有必要的傳熱溫差;另一方面,加壓會(huì)提高甲醇的分壓與沸點(diǎn),減少甲醇的氣相揮發(fā),使甲醇的收率增加。加壓塔氣相由加壓塔回流槽經(jīng)過(guò)自調(diào)閥并入常壓塔出塔氣相管線(xiàn),自調(diào)閥壓力一般設(shè)定為0.5~0.6MPa。2.3.4不凝氣脫除預(yù)塔的入料溫度不宜過(guò)低,否則會(huì)增加預(yù)塔的蒸汽負(fù)荷,造成能耗升高,同時(shí)會(huì)影響塔內(nèi)不凝氣的正常脫除,一般控制在40~50℃為宜。預(yù)塔底的pH需由堿液泵注