甲醇—水物系精餾方案的優化和設計

李明珠

摘 要：甲醇的生產和消費呈現出快速增長的趨勢，新建和擴建的甲醇生產企業越來越多，生產規模日益擴大，而且甲醇產品的質量要求也是越來越高，而以往的甲醇-水物系精餾工藝方案仍需進一步的優化設計，而本文從甲醇-水物系精餾工藝流程入手，在降低總能耗的基礎上提高甲醇的生產產量及純度的新精餾方案。

關鍵詞：甲醇-水物系；精餾設備；精餾方法；優化設計

中圖分類號： TQ028 文獻標識碼：A

大多數化工企業在甲醇-水物系的二元混合物中來提純甲醇時經常采用的是連續精餾流程。具體的方案設計和操作步驟為利用泡點進料，首先將甲醇-水物系混合物通過固定的預熱器進行加熱當混合物達到泡點后送入精餾塔內。在精餾塔內的塔釜則直接利用這些加熱產生大的間接蒸汽加熱，當蒸汽上升到塔頂時采用全凝器進行冷凝，這樣就會使在泡點一下的冷凝液回流至塔內，而在泡點以上的經產品經冷凝器冷卻后送到儲罐里，一次便可得到符合純度要求的甲醇。

1 甲醇-水物系精餾的優化方案

1.1 優化措施一

對甲醇-水物系的精餾裝置的換熱網絡進行優化，從而提升進料溫度。傳統的甲醇-水物系精餾工藝一般將其預熱到泡點65 ℃左右后進入預精餾塔；本次設計改進方案推薦粗甲醇進料溫度提高到75 ℃左右，進料后將甲醇-水物系的二元混合物先與常壓塔塔釜水換熱再與加壓塔塔頂精甲醇產品進行換熱。另外，再用PRO/Ⅱ軟件模擬計算出不同進料溫度下預精餾塔熱負荷和蒸汽耗量。

1.2 優化措施二

傳統的甲醇精餾裝置會使甲醇-水物系混合物在精餾過程中損失一部分。其主要原因為預精餾塔塔頂中一些不凝結的氣體會帶出一部分甲醇再加上汽提塔側線抽出的雜醇油也會帶出一部分甲醇。針對這一問題我們采用PRO/Ⅱ軟件對精餾工藝的此環節進行了相關的模擬，計算的結果發現如果在預精餾塔塔頂針對不凝結的氣體設置一個洗滌器，可以吸收一部分甲醇蒸汽，從而提高甲醇的整體回收率。

1.3 優化措施三

因為預精餾塔在精餾段的液相的負荷還是相對較小的，因此會在傳統的工藝中會在此步驟中加入大量新鮮水來萃取甲醇，一來提高甲醇的回收率；二來平衡負荷使整個精餾裝置在操作過程中保持足夠的穩定。但這樣做就需要消耗大量的新鮮水，并產生大量的廢水。因此，所提出的第三條優化措施為試著利用常壓塔塔釜廢水代替新鮮水做萃取水，但需考慮的一個問題是一旦使用廢水做為萃取水是否會引入新的雜質萃取出的產品質量造成影響，而實際上在上文中提到的調節洗滌器便可較好地控制一些雜志物質的含量增高，而且這一舉措也已經有人在研究。

1.4 優化措施四

在甲醇-水物系等甲醇的二元混合物的精餾過程中，汽提塔并非是精甲醇產品的產出塔，因此可以設計讓汽提塔塔頂氣相返回常壓塔，具體來講就是使汽提塔中塔頂的甲醇氣相中心重新返回到常壓塔中，借助常壓塔的分離能力回收精甲醇，從而降低整體的精餾工藝的費用，節約成本。

1.5 甲醇-水物系精餾工藝優化總結

（1）優化加壓塔與常壓塔溫度控制具體地操作步驟為將粗甲醇先與常壓塔的塔釜水接觸，而后和加壓塔塔頂精甲醇進行換熱知道粗甲醇的溫度達到75℃左右后投入預精餾塔；

（2）精餾塔回流比管理：排將塔頂氣先后經歷兩級冷凝操作后，再將未凝結的氣體經一步洗滌操作后排出裝置，對于遺留下來的冷凝液和洗滌水則將其返回到塔頂在進行一遍回流；

（3）將塔釜中的甲醇水通過泵進行加壓后與加壓塔塔釜中的甲醇水再進行換熱，并置于加壓塔中進行精餾操作，精餾過后加以冷凝操作，得到兩種冷凝液體，一種冷凝液是用作返回塔頂做回流的，另一種則是約50%的精甲醇產品。

（4）將甲醇水通過加壓塔塔釜進入常壓塔中進行精餾時，會從常壓塔的塔頂在分離出剩余的甲醇，并將一部分常壓塔內的釜水回流至預精餾塔的塔頂中洗滌器，以便于二次使用可利用水，節約水資源。其他廢水進行污水處理后排出即可。

2 塔器選型與設計

甲醇-水物系精餾生產工藝中最重要的設備就是精餾塔，它的結構與設計是直接關系到甲醇精餾的生產量和甲醇的生產精度的，同樣也會影響到整個精餾過程的成本和效益，因此選擇合適的塔器設備對于甲醇精餾工藝的生產質量、生產成本、后期污染處理效果具有重要的影響。現在市場上有許多類型的精餾塔，主要可以分為兩種：傳統的板式塔與現代化的填料塔，與之相伴的還有近幾年興起的垂直篩板、浮閥塔等精餾塔器結構。

2.1 精餾塔器的確定因素

甲醇-水物系的精餾塔器結構的設計和選擇要結合精餾工藝的生產規模和純度要求決定，因此本文通過PRO/Ⅱ工藝模擬程序，采用NRTL熱力學計算模型，對熱力學參數做了修正來符合生產操作數據。

2.2 預精餾塔優化設計

在甲醇-水物系的精餾過程中預精餾塔處理主要存在兩大問題：一是在該段會損耗一部分甲醇且主要是由于塔頂凝氣導致，因此在設計時要盡量避免預精餾塔塔頂不凝氣導致甲醇損耗，可通過控制和調節塔甲醇精餾器具規格來提高甲醇精餾過程中的回收率；二是精餾段氣相負荷小難以將進料完全潤濕，而全塔盤可起到充分混合的作用，促進所加堿液和酸性物質的反應，因此預精餾塔可以采用全塔盤。

2.3 加壓塔優化設計

對于加壓精餾塔，通常只需分離出約50%的精甲醇就可以，但為了保證甲醇的純度，應采用正規填料完成生產工藝即采用全塔采用規整填料，降低塔高或采用全塔盤。對于現有的裝置，還可以在塔釜增設進料口來實現本工藝。另外，還可以通過利用加壓塔與常壓塔運行過程中的壓力與溫度相互調節控制，將加壓塔溫度控制于合理的范圍之內。

2.4 常壓塔優化設計

常壓塔的主要功能是將剩余的50%甲醇分離出來，因此相比以上幾種塔器它需要更高的理論級數，對于常壓塔的精餾段可以通過利用單位的塔高來提供較高的理論級數，而對于塔底廢水處理達到排放要求還需提餾段也提供相當的理論級數才能夠滿足整體需求。而且如果在填料過程中受到液蠟的影響，會對側線的抽出造成諸多的不利影響。經多方的考慮，提餾段和側線抽出段采用塔盤可以達到較好的生產要求。

結語

上文中介紹的一些優化甲醇-水物系精餾方案的措施，可以看出想要提高甲醇的產量和純度，對其生產設備的優化是關鍵，合理的精餾塔內件選型及結構設計可有效地降低投資和提高設備利用率，節約長周期運行成本。另外，對其整套工藝流程上各個階段的改進也可以在一定程度上提高甲醇的產量。

參考文獻

[1] 朱冬梅.甲醇精餾裝置的工藝設計與優化[D].華東理工大學，2006.