甲醇精餾三塔工藝技術

朱莉莉

甲醇是重要的有機化工基礎原料，以其為原料可生產甲酸、甲醛、乙酸、甲酸甲脂、甲胺、二甲醚等多種化工產品。在以CO 和H2為原料合成甲醇過程中，為了獲得高純度、高質量甲醇產品，甲醇精餾成為甲醇生產企業(yè)重要后處理工序。在工業(yè)生產中，主要是利用各組份的沸點不同，用精餾的方法將甲醇與其它組份分開，也就是同時并且多次地運用部分汽化和部分冷凝的方法，以達到完全分離混合液中各組分的連續(xù)操作過程[1-3]。本文介紹了采用3+1 塔精餾流程，在預蒸餾塔中除去溶解性氣體及低沸點雜質。在加壓塔及常壓塔中除去水及高沸點雜質，不僅甲醇回收率增加，而且可以在粗甲醇雜質含量較高時從回收塔取出的甲醇用作燃料，避免雜質在系統(tǒng)累積而影響產品甲醇質量。

1 甲醇精餾三塔工藝

1.1 傳統(tǒng)的雙塔常壓精餾工藝

雙塔常壓精餾分離工藝是以前最為普遍采用的流程。這一流程主要有2 個精餾塔構成，即預塔和主塔。粗甲醇首先進入預塔，它實際上是1 個萃取精餾塔，在塔頂或回流槽中加入相當于粗甲醇進料20%～30%左右的水，以水作為萃取劑將粗甲醇進料中所含的非水溶性組分與甲醇分離。經(jīng)預塔脫除了低沸點的甲醇進入主塔，在該塔內實現(xiàn)甲醇與雜醇、水的分離。該流程操作、控制較為簡單，精甲醇質量也較容易證，但是蒸汽及冷卻水消耗較高，噸甲醇蒸汽消耗達1.7 t～2.5 t。其流程見附圖1。

1.2 三塔精餾分離工藝

三塔精餾分離工藝是將甲醇精餾塔分為2 個塔：加壓精餾塔和常壓精餾塔。其流程見附圖2。

該流程中，經(jīng)預塔脫除輕組分后的粗甲醇首先進入加壓塔，塔底再沸器采用低壓蒸汽加熱，塔頂甲醇蒸氣進入常壓塔塔底的再沸器冷凝，為常壓塔提供熱源，冷凝后的甲醇部分作為產品，另一部分作為加壓塔的回流。加壓塔塔底的較低濃度的甲醇水等經(jīng)減壓后流入常壓塔。在此塔內完成甲醇、水及高級醇的分離。

圖1 雙塔流程

圖2 三塔雙效流程

流程操作的關鍵是適當確定加壓塔操作壓力、加壓塔采出量。經(jīng)過模擬優(yōu)化得出，當兩塔取出量相近時，系統(tǒng)能耗最低，投資最小。

2 三塔工藝流程

來自甲醇合成工序的粗甲醇經(jīng)粗甲醇預熱器加熱至70℃，進入預蒸餾塔精餾。塔頂出來的蒸汽溫度為74.2℃，對應的壓力為0.13 MPa(A)，先經(jīng)過預塔冷凝器A 在65℃左右將其中的大部分甲醇冷凝下來，冷凝下來的甲醇進預塔回流槽，未冷凝的氣體則進入預塔冷凝器B冷卻至40℃后部分冷凝，冷凝液流入萃取槽，萃取后也進入預塔回流槽，預塔回流槽的液體由預塔回流泵加壓后作預蒸餾塔回流液，由預塔冷凝器B 出來的氣體去排放槽，不凝氣洗滌后經(jīng)不凝氣預熱器加熱至150℃后去火炬。向萃取槽中補入除鹽水作預蒸餾塔萃取劑。排放槽出來的甲醇液由排放槽泵加壓后送回收塔。由除鹽水和固體氫氧化鈉在堿液槽中制備5%～10%的NaOH 溶液。堿液由堿液泵加壓后補入粗甲醇，以中和粗甲醇中的有機酸，控制預蒸餾塔塔底甲醇溶液的PH 值在8 左右。預蒸餾塔塔底排出液由加壓塔進料加壓后送往加壓塔精餾，加壓塔操作壓力約0.8 MPa。塔頂甲醇蒸汽溫度約128℃，至冷凝器/再沸器作熱源，冷凝液流入加壓塔回流槽，一部分送往加壓精餾塔作回流液，另一部分經(jīng)精甲醇冷卻器冷卻后送精甲醇計量罐。

加壓塔塔底排出液送往常壓塔，經(jīng)常壓塔冷凝器冷卻至40℃后進常壓塔回流槽，由常壓塔回流泵加壓后一部分作常壓精餾塔回流液，另一部分送精甲醇計量罐。回收塔塔頂蒸汽經(jīng)回收塔冷凝器冷卻至40℃后進回收塔回流槽，由回收塔回流泵加壓后一部分作回收塔回流液，另一部分送雜醇油貯罐。回收塔塔底含少量甲醇的廢水一部分由廢水泵加壓后送部分氧化裝置，另一部分送入排放槽作洗滌水。各精餾塔再沸器熱源為0.7 MPa 低壓蒸汽，蒸汽冷凝液去粗甲醇預熱器作熱源，然后去除鹽水站。本工序的含醇排凈液由封閉系統(tǒng)收集于地下槽，由地下槽泵送至粗甲醇貯罐。

3 正常生產時的維護與操作要點

精餾正常操作主要是維持系統(tǒng)的物料平衡，熱量平衡和汽液平衡，物料平衡掌握得好，汽液接觸好，傳質效率高，塔的溫度和壓力是控制熱量平衡的基礎，三者是互為影響的。因此，一切工藝調節(jié)都必須緩慢地逐步調節(jié)。

3.1 進料量調節(jié)

進預塔粗甲醇流量的變化幅度小于1 m3/h，每次間隔不少于10 min。加減進料量的同時，要向塔釜再沸器加減蒸汽量，應遵循以下原則：預精餾塔加進料量時要先加蒸汽量后加進料量，減進料量時，應先減進料量后減蒸汽量，以保證輕組分脫除干凈。加壓塔、常壓塔加進料量時應先加進料量，后加蒸汽量，再加回流量，減進料量時應先減蒸汽量，再減進料量，后減回流量。這樣才能保證兩塔塔頂產品質量。

3.2 溫度的調節(jié)

蒸汽加入量的影響蒸汽加入量增大，塔溫上升，重組分上移，水和乙醇共沸物上移，影響精甲醇的產品質量，同時蒸汽加入量過大，上升蒸汽速度增快，有可能造成液泛。因此，精餾塔溫升幅度應小于1℃/次。

3.3 壓力的調節(jié)

壓力對系統(tǒng)的影響非常大。預塔壓力升高一方面對安全不利；另一方面，壓力升高將影響不凝氣的排放，輕組分易帶入下面幾個塔，影響精甲醇的酸度和水溶性試驗。

3.4 液位的調節(jié)

各塔釜液位應保持在60%～80%。塔釜液位控制太低，造成釜液蒸發(fā)過大，釜溫升高，釜液停留時間較短，影響換熱效果。塔釜液位控制太高，液位超過再沸器回流口，液相阻力增大，不僅會影響甲醇汽液熱循環(huán)，還容易造成液泛，導致傳質、傳熱效果差。

4 結語

三塔精餾流程技術屬國內首創(chuàng)，該技術設計理念先進合理，設備投資省，整體技術水平達到了國內領先。甲醇三塔精餾技術，設備處理能力大，節(jié)能、安全，使精餾的蒸汽消耗比雙塔流程降低40%以上，噸醇汽耗降到1.0 t～1.1t，冷卻水用量降低50%。甲醇純度達到99.9%以上，殘液中的甲醇含量降到了0.1%～0.2%以下。在運行中有效解決精甲醇酸值易偏高的問題。經(jīng)濟效益巨大，適合在全國單醇及聯(lián)醇行業(yè)推廣使用。