甲醇精馏工艺三塔双效向三塔三效升级的 研究与应用

崔海鑫 薛啸辰 张兵 林长青(.新疆广汇新能源有限公司，新疆 哈密 89000； .河北工业大学化工学院，天津 00；.天津奥展兴达化工技术有限公司，天津 00400)

0 引言

甲醇[1]是一种重要的有机化工基础原料，应用广泛。2016年甲醇世界需求量达到9500 万吨，其中我国占比80%[2]，国内需求量大，产品质量要求较高。而在甲醇化工生产过程中，分离单元直接决定最终产品的质量和收率。其中占据分离方法主导地位的就是精馏，精馏操作是一个高耗能过程[3-5]。据不完全统计化工过程中40%～70%的能耗用于分离，而其中95%的为精馏能耗[6]。我国是能耗大国，随着能源的日益短缺，精馏过程如何能够更节能一直是挖潜降耗的热点。本文就从精馏塔节能改造这一主题展开了简单的研究，以甲醇精馏三塔工艺作为研究对象，重点阐明介绍一种三塔双效工艺[7]向三塔三效工艺升级转变的方法。甲醇三塔三效精馏工艺较甲醇三塔双效精馏工艺具有热利用率高、消耗低、环保效益高等特点，对甲醇生产工业的发展和企业效益起着积极的促进作用。

1 流程简述及分析

1.1 三塔双效工艺流程

利用低压蒸汽加热的再沸器，向预精馏塔塔釜提供热量。预塔气相经预塔空冷器、预塔冷凝器Ⅰ和预塔冷凝器Ⅱ降温，经预塔冷凝器Ⅰ降温后气体中的大部分甲醇冷凝下来，进入预精馏塔回流槽。回流槽底部出来的甲醇液送入预精馏塔顶部作为回流。经预塔冷凝器Ⅰ降温后部分未冷凝的气体进入冷凝器Ⅱ被进一步冷却，绝大部分的甲醇冷凝下来，经气液分离器进入预精馏塔回流槽。预塔冷凝器Ⅱ和气液分离器中不凝气则进入排放槽洗涤后放空。

预精馏塔塔底的甲醇水溶液用泵加压后，经加压塔预热器送至加压塔。加压塔用低压蒸汽热源给塔底加热。从加压塔顶出来的甲醇蒸汽进入冷凝再沸器(作为常压塔的热源)。甲醇蒸汽被冷凝后进入加压塔回流槽，一部分由加压塔回流泵升压后送至加压塔顶部作为回流液。另一部分由加压塔回流槽采出精甲醇，经过粗甲醇预热器后，进入加压塔精甲醇冷却器，送入罐区。回流槽上部气体送至常压塔顶部集气管。

加压塔底部排出的甲醇溶液进入常压塔。从常压塔顶出来的甲醇蒸汽经常压塔空冷器和常压塔塔顶冷凝器冷却后，进入常压塔回流槽。在常压塔下部设有侧线采出口，所采次甲醇溶液经次甲醇冷却器冷却后，进入次甲醇贮槽，经次甲醇泵送入罐区。

常压塔回流槽内的甲醇液，经常压塔回流泵加压。一部分送至常压塔顶作为回流，一部分经精甲醇冷却器作为采出送罐区。回流槽中气相送至排放槽洗涤后放空，洗涤下来的甲醇水去地下槽。常压塔塔底废水通过残液泵经残液冷却器送至生化处理。甲醇精馏三塔双效工艺流程简图如图1 所示。

图1 甲醇精馏三塔双效工艺流程简图

1.2 三塔双效向三塔三效工艺转变的方法

甲醇精馏的工艺流程的优化控制对节能降耗、提高经济效益有着至关重要的作用。为了高效利用加压塔的塔顶甲醇蒸汽，在原三塔双效基础上将工艺流程升级为三塔三效工艺。三塔三效是指加压塔与常压塔热量耦合称为二效精馏，加压塔与预精馏塔热量耦合称之为三效精馏，因而形成三塔三效的工艺。甲醇精馏三塔三效工艺流程较三塔双塔工艺流程相比，其区别在于加压塔向常压塔供热的基础上同时向预塔供热，达到节约蒸汽又节约冷却水的目的。

通过三塔三效的热耦合工艺，充分利用加压塔塔顶甲醇气相焓值，分配给预精馏塔和常压精馏塔再沸器提供热量，达到进一步节能降耗目的。将加压塔顶甲醇蒸汽的能量分成两部分，一部分给常压塔再沸器加热，满足常压塔精馏所需能量，剩余部分给预精馏塔再沸器加热，预精馏塔未满足能量部分由水蒸汽提供热源。再沸器加热热源不同，传热温差不同，会有不同的热虹吸的能力，通过换热器结构、安装高度的优化设计，可以满足正常供热的要求。

在加压精馏塔塔顶至常压塔再沸器壳程的气相管线上增加一个支路，在预塔的旁边增加一台缓冲液位控制罐和一台立式热虹吸的预塔再沸器。缓冲罐顶部通过管线进入到加压塔回流槽，加压塔回流槽的侧面设计了一条管线，与预塔新增再沸器下段冷凝液出口相连，再沸器出来的液体经过一条管线与缓冲罐底部相连，并形成液位连通器。缓冲罐内甲醇液体使用离心泵输送至加压塔回流槽，泵出口设计调节阀，对缓冲罐的液位进行精准控制。

在常压塔的两台再沸器旁边增加一台液位控制缓冲罐，与之联通，通过液位的精准控制实现再沸器有效换热面积的控制，可以对其热负荷进行有效调整，罐底出料通过泵和调节阀组进行精准液位控制。甲醇精馏三塔三效工艺流程简图如图2所示。

1.3 工艺升级的可行性及效果

图2 甲醇精馏三塔三效工艺流程简图

其升级方式为流程改造，结合能量转移方面，是在常压塔热源过剩的基础上把加压塔甲醇蒸汽热能重新优化分配，从而获得预期中的节能效果。加压塔分向常压塔的热源减少后，常压塔所需对应空冷器水冷器的冷源相对减少，加压塔分向预塔供热后，预精馏塔所需蒸汽热源对应减少，能够在一定程度上提升精馏装置的能源利用率。

结合精馏装置工艺流程升级相关研究成果显示，表格如表1 所示。

表1 三塔双效与三塔三效数据对比

根据表格数据对比可知，升级为三塔三效工艺流程后，产品纯度仍满足生产要求，在双效的基础上能源利用率上升17%，同时可有效的降低了甲醇精馏装置生产甲醇所需消耗的蒸汽量与冷却循环水量。升级后的三塔三效工艺流程具有对原有装置改动小、物料消耗少、自动化程度高且安全可靠的特点。

2 结语

精馏是化工行业生产工作中的基础分离装置，加强该装置的能源利用率有助于加强化工行业的生产。工艺流程由三塔双效向三塔三效的升级设计合理，可操作性强，投入少，且依托原有设施进行工艺流程升级能有效的降低能耗，降低成本，具有良好的社会、环境、生态效益。由三塔双效向三塔三效的升级设计可以降低甲醇生产过程中的能耗，对甲醇生产工业的发展和企业效益起着重要的促进作用。