甲醇三塔精馏与双塔精馏的比较
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[摘 要]三塔精馏与双塔精馏在工艺流程、产品质量、操作、能耗的探讨。
[关键词]双塔 三塔 精馏
中图分类号：T23 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）10-0298-01
引言
随着甲醇工业的发展， 和甲醇生产的相关技术也得到了快速发展， 在甲醇生产过程中， 甲醇精馏做为整个甲醇生产过程中能耗占近20%的一个工段，是技术攻关、节能、提升产品质量的重点环节， 因此甲醇精馏技术的攻关和优化日益引起人们关注， 目前醇生产中普遍使用的精馏工艺有双塔精馏和三塔精馏技术。 为了降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力，在此就甲醇双塔精馏和三塔精馏从工艺流程、投资、产品质量、操作、能耗等几个方面进行综合比较探讨。
1、精馏原理
精馏是根据在相同温度下，同一液体混合物中不同组分的挥发度不同，经多次部分气化和多次部分冷凝最后得到较纯的组分，实现混合物分离的操作过程。
这种部分气化部分冷凝的次数（即级数）越多，所得轻组分浓度越高，最后几乎可得到纯态的易挥发组分。同理，若将从各分离器所得溶液产品进行多次部分气化和分离， 那么这种级数愈多，得到的溶液组分浓度越高，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。
常温、常压下，甲醇是易挥发和易燃烧的无色液体，纯甲醇的沸点为64.5-64.8℃，杂质的沸点有高有低，低于甲醇沸点的为轻馏分，高于此值的为重馏分。一般情况下，甲醇中所含轻馏分杂质主要有二甲谜、乙醛、丙酮等， 约占粗甲醇重量的1%；重馏分主要有水、异丁醇、异丁醚等约占粗甲醇重量的4～5%。甲醇合成不论采用何种催化剂，均受其选择性的限制以及合成条件（压力、温度和合成气组成）的影响，在进行甲醇合成反应的同时，还会伴随着一系列副反应发生，甲醇合成过程中副反应产物多达40多种，这些杂质只有通过精馏工序加以去除，才能得到符合国标要求的精甲醇。
2、双塔精馏和三塔精馏流程
目前我国在甲醇生产过程中主要使用的甲醇精馏技术有双塔精馏和三塔精馏工艺。
2.1 双塔精馏工艺
该流程为我国以前老的甲醇装置中采用是较广的一种精馏流程。精甲醇先经预精馏塔， 经预精馏后的含水甲醇直接由泵输送经热交换器后再至主精馏塔， 最终在主精馏塔将甲醇与水、重组份及残余轻组份进行有效分离，从而得到精甲醇产品。生产实践证明双塔精馏流程简单、操作方便、运行稳定，能满足甲醇生产要求。
来自粗甲醇储槽的甲醇，经泵加压，再经粗甲醇预热器加热到45℃后进入预精馏塔，在预精馏塔脱除轻馏分后，直接由泵输送至主精馏塔，进一步把高沸点的重馏分杂质脱除，主要是水、异丁基油等。从塔顶或侧线采出的精甲醇经过冷却器冷却至常温后，就可得到纯度在99.9%以上的符合国标的精甲醇产品。
2.2 三塔精馏工艺
三塔流程是目前甲醇生产装置应用最广泛的精馏工艺。三塔均采用复合填料， 且我国目前在建的甲醇装置亦大部分采用此法粗甲醇按次序分别进入预精馏、加压塔和常压塔进行精馏，大部分轻组份在预精馏塔去除，加压塔和常压塔均采出产品，约各占一半。美国曾报导过另一种三塔流程，该流程的特点是三个塔基本上等压操作，由第三精馏塔采出产品，第二精馏塔分离水份，第一精馏塔相当于预精馏塔，主要用作分离轻组份，我国尚未采用此种精馏流程，目前我应用最广泛的三塔精馏工艺，其具有精馏能耗低、操作稳定、产品质量好等突出优点，但操作相对比较复杂。从进料泵来的粗甲醇加入碱液后经预热器加热后进入预塔，进塔后与从再沸器来的气流换热后，未冷凝的部分低沸点组分及不凝气进入其中，绝大部分甲醇经冷却器冷凝后回流，不凝气体经过五合一冷却器在冷凝后，经气液分离器后液相回收，气相进入放空总管；出预塔的甲醇液经过加压塔给料泵加压后进入加压塔，进塔后与从再沸器来的气流换热后，气相从塔顶出塔后进入常压塔再沸器给常压塔提供热源，冷凝后的甲醇进入加压塔回流槽，一部分打回流，一部分作为产品采出。液相出塔后进入常压塔，进塔后与从再沸器来的气流换热后，气相出塔顶后经常压塔冷凝器冷却后进入常压塔回流槽，一部分打回流，一部分作为产品采出，常压塔底的排出废水，合格后送往污水处理。
3、双塔精馏和三塔精馏的比较
3.1 操作条件
双塔精馏和三塔精馏不仅在工艺流程上差别较大， 其具体操作指标也相差甚远。
3.2 产品质量
精甲醇中乙醇含量是一个重要指标，从国内双塔精馏现状来看，精甲醇中乙醇含量较高，这是一个比较突出的问题，联醇工艺生产中的精甲醇其乙醇含量更高些，相对于国外标准有较大差距，而且也不能满足像用于醋酸生产用的高端用户，限制了其发展。
三塔精馏可制取乙醇含量较低的优质甲醇，其他有机杂质含量也相对减少。精甲醇产品质量不仅跟精馏工艺有关系，而且还跟甲醇合成压力、合成气组成、合成催化剂有关，甚至和合成塔等设备的选材也有关系。甲醇产品中乙醇含量的高低与粗甲醇中乙醇含量有很大关系，粗甲醇中乙醇含量低时，精甲醇中乙醇含量自然也低。在三塔精馏中常压塔采出的精甲醇质量更好些。实际分析结果表明，常压塔采出的精甲醇中乙醇含量极低，仅1ppm～2ppm，有时甚至分析不出来，而加压塔采出的精甲醇中乙醇含量大多在20ppm～80ppm。
3.3 能耗
甲醇是一种高能耗产品，而精馏工序的能耗占总能耗的10%～30%，所以精馏的节能降耗不容忽视。双塔精馏每吨精甲醇耗蒸汽约为1.8～2.0t，不少工厂消耗蒸汽量在2.0t以上。三塔精馏与双塔精馏的区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔，一个加压操作，一个常压操作，利用加压塔的塔顶蒸汽冷凝热作为常压塔的加热源，既节约了蒸汽，也节约了冷却用水。每精制1t精甲醇约节约1t蒸汽，所以三塔精馏的能耗较低，吨甲醇精馏节约蒸汽近50%，大大的降低了吨甲醇的生产能耗，为企业减低消耗，节约成本，提升企业竞争力具有巨大的意义。
3.4 投资与操作费用
双塔精馏与三塔精馏的投资与操作费用比较，可见双塔精馏与三塔精馏的投资、操作费用、能耗的相互关系与生产规模有很大关系，随着生产规模的增大，三塔精馏的经济效益就更加明显，另外还有产品质量优等优点，因此目前大的甲醇装置，大家一致都选择采用三塔精馏。
4、 结论
双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单易于操作和管理。虽然消耗高于三塔精馏工艺， 但在5万吨/ 年生产规模以下的小装置时其技术经济指标较占优势， 其节能降耗途径可以采用高效填料来达到降低蒸汽消耗的目的。5 万吨/ 年生产规模以上时， 宜采用三塔精馏技术， 虽然一次性投资较高， 但是操作费用和能耗都相对较低。三塔精馏生产的精甲醇产品质量较好， 尤其是产品中乙醇含量较低， 能满足甲醇羰基化合成醋酸、醋酐等对优质甲醇的要求， 虽然一次性投资较高， 但操作费用和能耗都相对较低。因此三塔精馏和双塔精馏得选择， 又要根据装置的能力、产品的要求等指标参数进行选择合适的工艺， 才能真正发挥其作用。
参考文献
[1] 廖卫昌.甲醇双效精馏节能技术[J].中氮肥，2001年.
[2] 姚玉英.化工原理（下册）[M].天津：天津大学出版社，2001年.