甲醇精馏系统蒸汽凝液余热回收优化设计

周　芳　姜　波　中国成达工程有限公司　成都　610041袁鹏民　张彩丽　内蒙古荣信化工有限公司　鄂尔多斯　014300



甲醇精馏系统蒸汽凝液余热回收优化设计

周芳姜波中国成达工程有限公司成都610041
袁鹏民张彩丽内蒙古荣信化工有限公司鄂尔多斯014300

摘要传统甲醇精馏工艺中，为回收蒸汽凝液余热，常将精馏塔再沸器出口凝液用于预热预精馏塔进料原料液，但出预热器的凝液温度仍较高，余热回收效果非常有限；为最大限度地回收此部分热量，优化设计中增设了凝液再沸器，以尽可能地分担预精馏塔再沸热，这样可将凝液温度由原来的159℃降至94℃。投产后的实际运行数据表明，此优化设计达到了预期目的，其经济效益显著。

关键词甲醇精馏优化设计蒸汽凝液余热回收

*周芳:高级工程师，全国注册化工工程师。2004年毕业于四川大学化学工程专业获硕士学位。主要从事天然气化工和煤化工工艺设计工作。联系电话：(028)65530912，E-mail：zhoufang@chengda.com。

甲醇精馏是甲醇生产中重要的后续加工工序，其能耗占整个甲醇生产装置的20%左右。采用节能高效的精馏系统并优化其内部设计与操作，对节约成本、节能降耗、提高企业经济效益和产品竞争力具有重要作用。通常甲醇精馏工艺有三塔流程和两塔流程，其中三塔流程在节能降耗方面占有明显优势，一般来讲，能耗是两塔流程的60%～70%。而三塔精馏中，加压塔再沸器热负荷较大，需要的蒸汽消耗量大，在合理的传热温差下，需要的蒸汽等级相对预塔再沸器也要高些，充分利用出该再沸器的蒸汽凝液余热，可以实现进一步节能降耗，为企业提高经济效益。

1流程

内蒙某公司1000kt/a甲醇装置采用英国Johnson Matthey的甲醇合成和精馏技术，生产符合美国联邦O-M-232LAA级和中国GB 338-2004优等级的甲醇产品。其中甲醇精馏采用节能的三塔流程，甲醇精馏工艺流程见图1。

图1　甲醇精馏工艺流程

粗甲醇进预精馏塔(T1)，在预精馏塔(T1)中脱除轻组分，预精馏塔设置了蒸汽再沸器和蒸汽凝液再沸器。预塔塔底液体经预塔塔底甲醇泵升压后，进精馏塔(T2)。精馏塔(T2)在加压下操作，精甲醇在接近塔顶的位置采出，塔底为水和甲醇的混合物，该塔加压运行以便塔顶气相有足够高的冷凝温度，可以用来为回收塔再沸器提供热量。精馏塔塔底液直接进回收塔(T3)。回收塔(T3)正好在常压下操作，甲醇产品从塔顶采出，水从塔底采出。回收塔的再沸热通过精馏塔的塔顶气体冷凝来提供。1.1MPa(G)的蒸汽为精馏塔再沸器提供热量，出精馏塔再沸器的蒸汽冷凝液为预塔凝液再沸器提供热量，不足的再沸热再由0.5MPa(G)的蒸汽提供。最终所有的蒸汽冷凝液均需冷却到50℃，送界外化水装置处理后，回收用作脱盐水。

3.会计监督风险。我国现阶段的企业，在运营的时候普遍存在着一个问题，就是标准的缺少，也就是这个问题的存在，使得企业存在危机，这些危机往往都是很严重的，严重到影响企业的生存，尤其是那些在运营上有持久性和特定性的企业，产生的影响十分巨大，不仅仅是如此，最重要的是，风险还无法规避，这也就直接得给企业带来了经济损失。

2优化设计与传统设计的比较

2.1　流程比较

式中：C为花色苷浓度(mg/L)；A为pH 1.0时花色苷在520 nm与700 nm的吸光值之差减去pH 4.5时花色苷在520 nm与700 nm的吸光值之差；MW为Cyd-3-G的分子量449.2 g/mol；DF为稀释倍数；1000为将单位由g转化为mg的倍数；ε为摩尔消光系数26900 L/(mol·cm)；1为比色皿宽度(cm)。

据上述，凝液余热利用优化设计较传统设计可节省0.4MPa(G)的低压蒸汽16.8t/h，减少循环冷却水1022t/h(温差按10℃)。按70元/t蒸汽的单价计，每小时节约的低压蒸汽运行费用为1176元，按0.2元/t循环冷却水的单价计，每小时节约的循环冷却水运行费用为204元，则每小时可节约的总运行费用为1380 元，年运行费用可节省994 万元(年运行时间按7200h计)。

图2　传统设计蒸汽凝液余热利用

传统设计中，将粗甲醇加热到合理的温度，需要的热负荷仅为3MW，此时进料预热器凝液侧的冷凝液温度仅从178℃降至159℃，仅仅利用了一小部分的冷凝余热，而要满足送化水的冷凝液温度，还需要消耗大量的循环冷却水，将其从159℃进一步降至50℃。

可见，甲醇精馏系统凝液余热利用的优化设计为企业创造了良好的经济效益。

图3　优化设计蒸汽凝液余热利用

2.2　投资差异

甲醇精馏系统蒸汽凝液余热利用的传统设计与优化设计的投资差异主要在换热器上，两种流程的相关换热器热负荷、换热面积的比较见表1。

对于优化设计：粗甲醇未经预热，直接进预精馏塔，预精馏塔设置蒸汽再沸器和凝液再沸器，凝液再沸器可将128.1t/h、178℃的蒸汽冷凝液直接降温至94℃，预精馏塔需要消耗的0.4MPa(G)低压蒸汽可降低至31.73t/h，将31.73t/h、151℃的蒸汽冷凝液和128.1t/h、94℃的蒸汽冷凝液降至50℃，需要消耗的循环冷却水总量为891 t/h(温差按10℃)。

表1　设备比较表

根据表1，优化设计后取消了进料预热器，增加了预精馏塔凝液再沸器，但总的设备台数和总的热负荷不变。因增加的预精馏塔凝液再沸器与预精馏塔蒸汽再沸器相比，换热器的传热温差减少了，从而需要的总换热面积增大近200m2。但从对投资的影响来看，因各换热器材质均为碳钢，故余热利用优化设计后，一次性设备总投资仅增加25万元，即设备投资对装置的影响较小。

传统工艺设计流程中，出精馏塔再沸器的蒸汽凝液全部送进料预热器，预热进预精馏塔的原料粗甲醇，以减少预精馏塔再沸器的蒸汽消耗，传统设计蒸汽凝液余热利用见图2。

2.3　经济效益

对于传统设计：粗甲醇经进料预热器预热后进预精馏塔，预精馏塔共需要消耗0.4MPa(G)的

比较基准：甲醇精馏系统的蒸汽凝液均需要冷却到50℃(项目界外化水装置可接受的最高温度)。

低压蒸汽48.53t/h，将48.53t/h、151℃的蒸汽冷凝液和128.1t/h、159℃的蒸汽冷凝液降至50℃，需要消耗的循环冷却水总量为1913t/h(温差按10℃)。

在求取柔直系统有功功率的优化区间后，根据柔直系统的PQ功率圆、换流变档位、调制比，得到柔直系统无功功率优化区间。

上面两例中，句子后面括号里的动词可以出现，也可以省略。在描写语体中，很多动词都可以省略，形成了所谓的体词性谓语句。当然体词性谓语句也是很复杂的一个句型范畴，并不仅仅完成描写语体功能，还可以有其他的功能，比如“鲁迅绍兴人”、“今天星期一”等表示处所和时间的判断句。但我们注意到典型的动词谓语句一般不属于描写语体，如上文例(1)(2)中的核心动词，是不能省略的。

为更合理地利用冷凝余热，在满足换热器传热温差的前提下，最大限度地回收冷凝液余热，在本项目中删除了进料预热器，而增加了一台预精馏塔凝液再沸器，以充分利用精馏塔再沸器冷凝液的热源，在合理的传热温差下，可将冷凝液的温度降低至94℃。 为方便对比，优化设计蒸汽凝液余热利用见图3。优化设计后凝液能利用的热量为12.84MW，所提供的热量分担了近41%的精馏塔再沸热。

DDC使用可变流量系统来控制空调水系统。空调在一定的水温下工作，提高热源机的工作效率，并通过水泵调节供水，节省能源。水系统冷水机组与冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔一对一运行。

3运行效果及验证情况

精馏系统的实际运行表明，蒸汽冷凝液的优化利用达到了设计目的，表2列出了凝液再沸器蒸汽冷凝液侧的近期运行参数。

表2　凝液再沸器蒸汽冷凝液侧运行参数

由表2可知，凝液再沸器的计算热负荷平均值为11.32MW，此时对应的装置负荷为90%，按此换算的装置满负荷时所需热负荷为12.58 MW(11.32÷90%)，与设计值相当。

4结语

(1) 甲醇精馏系统蒸汽冷凝液余热利用经过优化设计后，设备总投资有增加(25万元)，但运行费用有所降低(年运行费用可节省994 万元)，总体上可给企业带来良好的经济效益。

(2)在今后的设计中，可根据项目具体情况，将出预精馏塔蒸汽再沸器的高温冷凝液也一并利用起来，如用于预热进预精馏塔的粗甲醇等，还可进一步挖潜节能。

(收稿日期2015-06-19)