甲醇精制的控制與優化

高帆

摘 要：本文通過對甲醇精制單元流程介紹及其影響因數入手，分析了甲醇精制效果的影響因素，從中總結出該單元的控制方法。

關鍵詞：甲醇精制;雙效精餾

在化學品的制造、加工與使用過程中，幾乎處處都使用溶劑和助劑。其作用是用來克服分子或化學品合成與制造中的特殊障礙。甲醇，作為一種重要的工業原料，因其具備良好的溶劑性能參數，常常被用來當做化學反應溶劑。在其工業應用過程中，往往存在具有不同成分的甲醇溶液，雖然濃度不同，但其中主要成分還是水和甲醇，在甲醇回收過程中，甲醇和水的分離是耗能的主要部分，關于甲醇水溶液精餾過程的節能研究具有重要意義。

多效精餾因其對能量利用的高效性，常用于甲醇的精餾與回收。我裝置采用高低壓塔雙效順流串聯的精餾方式用于對裝置甲醇進行回收，具體工藝流程見圖1。

1 工藝簡介

在我裝置甲醇精制單元中，裝置需要回收的甲醇進入高壓精餾塔經底部蒸汽加熱，高壓塔頂部氣相甲醇引至低壓精餾塔再沸器，與低壓精餾塔塔底物料經過換熱后冷凝進入高壓精餾塔回流罐，一部分作為粗甲醇產品采出，另一部分經回流泵加壓送至高壓精餾塔塔頂用作回流液。高壓精餾塔底部物料繼續進入低壓精餾塔進行分離，低壓精餾塔作為裝置另外幾個低壓塔再沸器的熱源，經過換熱后冷凝液進入低壓精餾塔回流罐，一部分作為精甲醇產品采出，另一部分經回流泵加壓送至低壓精餾塔塔頂用作回流液。塔底殘液送往污水處理系統。

2 精餾塔操作的影響因素

根據雙效精餾塔其作用原理，我們可以對該系統進行簡化分析，將其看成兩個串聯的精餾塔，高壓精餾塔與低壓精餾塔兩個部分。需要分離的甲醇，經過高壓塔進行初步分離，采出一部分粗甲醇，底部未分離的甲醇，進入低壓塔，通過高壓塔頂部提供的熱源對這一部分甲醇進行進一步分離，從頂部得到精甲醇，其底部含微量甲醇的水進入后續系統經行處理。

對于工業生產而言，一個設計成型精餾塔的控制，因其進料口及塔板數固定，在日常操作中，我們平常操作的參數主要有塔的進料流量、組成及溫度，頂部采出流量，底部采出流量，即回流比，以及該塔的熱負荷。下面就我們裝置生產負荷變化時，對我們裝置高低壓塔的參數調整進行分別進行討論。

3 進料的影響

目前工業生產中關于精餾塔工藝進料的具體形式有五種，分別是冷進料、飽和液、氣液混合物、飽和氣、過熱氣。進料狀況的變化會對產品的質量產生一定的影響，包括進料量、溫度以及主要組成的變化。

首先，關于進料量對精餾塔的影響，其情況分為兩種情況。其一對頂溫和釜溫的影響，進料量變化范圍要保障在精餾塔相關位置所能承受負荷的范圍之內，如果料量不合理，會同時對頂溫、釜溫以及蒸汽三者產生嚴重的影響，尤其是對前兩者而言極為嚴重。其二是精餾塔進料量變化范圍超出塔頂冷凝器以及加熱設備的負荷范圍時，會影響精餾塔內部氣液相接觸交換情況、改變頂溫以及釜溫，嚴重時會使精餾塔塔板部位的氣液平衡結構遭到破壞，從而影響產品質量。

其次是進料溫度的影響，進料溫度的高低都會影響塔頂冷凝器及塔底再沸器的工作狀況。其中如果進料溫度過高會使精餾塔工藝整體的溫度升高，嚴重時導致輕組分氣相負荷增加，頂部出料變多，底部出料濃度降低，產品不合格;反之如果進料溫度過低，加熱設備的熱負荷不夠，嚴重時，會使輕組分帶至塔底，導致底部出料不合格。

最后是進料組成的變化的影響，進料組成的變化直接對精餾塔工藝的操作過程造成嚴重的影響。首先進料組成中輕組分的影響，進料中輕組分增加，在分離要求不變的條件下，塔頂、塔底溫度保持不變;塔內氣相負荷隨之增大; 塔內液相負荷在精餾段幾乎不變，而在提餾段內液相負荷隨之增大;所需回流比也隨之減小;塔內熱負荷隨之增大;如果調整不及時會造成輕組分帶至塔底，導致底部出料不合格。

就我們裝置而言，該塔的進料流量、組成及溫度的變化變化主要是由于生產負荷調整造成，為了裝置生產的平穩，減少這種波動，我們在裝置正常生產時采取了多項有效措施，針對進料組分中水不足的情況，通過對系統補加回收廢水從而控制系統組分的相對穩定，另外通過控制來料各塔的壓力穩定及來料各塔采出比例來控制出料組分，從而控制進料溫度、組成相對穩定。另一方面在控制系統穩定，保證生產的情況下，也需要減少水的帶入從而達到節能的目的。

4 回流比的影響

對于一個精餾塔回流比是影響塔頂部甲醇純度的重要指標， 也是精餾操作過程中重要的調節指標。在生產調整過程中，加大回流比，會使塔頂甲醇純度增加， 但是當回流比增大到一定程度時，受物料衡算影響，增加回流比，塔頂產品質量不會又名小的提高，同時也會增加精餾系統的能耗;減小回流比，會導致頂部甲醇純度下降， 影響甲醇質量， 只有回流比合適，才能在確保塔頂采出甲醇質量的同時不會增加過多能耗。

因裝置生產時分離的甲醇水溶液濃度大致在82%左右，根據模擬軟件計算結果分析，不同回流比下對應的高壓精餾塔、低壓精餾塔塔頂甲醇純度如圖2和圖3所示。由圖2、圖3可知，隨著回流比的增加塔頂甲醇純度也隨之增加。當加壓精餾塔回流比為1.25， 常壓精餾塔回流比為1.20時，塔頂甲醇純度達到98%以上， 繼續增加回流比雖然有利于產品質量提高，同時也會增加能耗， 因此確定加壓精餾塔、常壓精餾塔最佳回流比分別為1.25和1.20。在日常生產中，可視化驗分析及進料組成變化對回流比進行小幅度調整。

5 系統熱負荷的影響

因低壓精餾塔加熱蒸汽的熱源全部來之高壓精餾塔頂部氣相甲醇蒸汽的熱量，低壓精餾塔與另外幾個低壓塔換熱的熱源主要來自低壓精餾塔頂部氣相甲醇蒸汽的熱量，裝置甲醇精制單元的熱負荷主要有高壓精餾塔底部再沸器蒸汽控制。故而當裝置負荷發生變化時，為保證各塔熱量供應充足，應及時調整高壓塔的蒸汽供給量。

結論

就我們裝置而言，為了生產的平穩運行，在日常生產中，首先，我們要控制好各甲醇塔來料的流量、組分及受熱狀態的穩定，以減少系統的波動;其次，在當進料組分發生改變時需要適當調整回流比，改變氣液相負荷的大小，以穩定塔頂產品質量;再有當系統進料流量發生變化時，需要及時調整再沸器內加熱劑流量、壓力等，改變氣相負荷大小，保證塔底產品的質量，以穩定生產。

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