甲醇―水物系精馏方案的优化和设计

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摘 要：甲醇的生产和消费呈现出快速增长的趋势，新建和扩建的甲醇生产企业越来越多，生产规模日益扩大，而且甲醇产品的质量要求也是越来越高，而以往的甲醇-水物系精馏工艺方案仍需进一步的优化设计，而本文从甲醇-水物系精馏工艺流程入手，在降低总能耗的基础上提高甲醇的生产产量及纯度的新精馏方案。

关键词：甲醇-水物系；精馏设备；精馏方法；优化设计

中图分类号： TQ028 文献标识码：A

大多数化工企业在甲醇-水物系的二元混合物中来提纯甲醇时经常采用的是连续精馏流程。具体的方案设计和操作步骤为利用泡点进料，首先将甲醇-水物系混合物通过固定的预热器进行加热当混合物达到泡点后送入精馏塔内。在精馏塔内的塔釜则直接利用这些加热产生大的间接蒸汽加热，当蒸汽上升到塔顶时采用全凝器进行冷凝，这样就会使在泡点一下的冷凝液回流至塔内，而在泡点以上的经产品经冷凝器冷却后送到储罐里，一次便可得到符合纯度要求的甲醇。

1 甲醇-水物系精馏的优化方案

1.1 优化措施一

对甲醇-水物系的精馏装置的换热网络进行优化，从而提升进料温度。传统的甲醇-水物系精馏工艺一般将其预热到泡点65 ℃左右后进入预精馏塔；本次设计改进方案推荐粗甲醇进料温度提高到75 ℃左右，进料后将甲醇-水物系的二元混合物先与常压塔塔釜水换热再与加压塔塔顶精甲醇产品进行换热。另外，再用PRO/Ⅱ软件模拟计算出不同进料温度下预精馏塔热负荷和蒸汽耗量。

1.2 优化措施二

传统的甲醇精馏装置会使甲醇-水物系混合物在精馏过程中损失一部分。其主要原因为预精馏塔塔顶中一些不凝结的气体会带出一部分甲醇再加上汽提塔侧线抽出的杂醇油也会带出一部分甲醇。针对这一问题我们采用PRO/Ⅱ软件对精馏工艺的此环节进行了相关的模拟，计算的结果发现如果在预精馏塔塔顶针对不凝结的气体设置一个洗涤器，可以吸收一部分甲醇蒸汽，从而提高甲醇的整体回收率。

1.3 优化措施三

因为预精馏塔在精馏段的液相的负荷还是相对较小的，因此会在传统的工艺中会在此步骤中加入大量新鲜水来萃取甲醇，一来提高甲醇的回收率；二来平衡负荷使整个精馏装置在操作过程中保持足够的稳定。但这样做就需要消耗大量的新鲜水，并产生大量的废水。因此，所提出的第三条优化措施为试着利用常压塔塔釜废水代替新鲜水做萃取水，但需考虑的一个问题是一旦使用废水做为萃取水是否会引入新的杂质萃取出的产品质量造成影响，而实际上在上文中提到的调节洗涤器便可较好地控制一些杂志物质的含量增高，而且这一举措也已经有人在研究。

1.4 优化措施四

在甲醇-水物系等甲醇的二元混合物的精馏过程中，汽提塔并非是精甲醇产品的产出塔，因此可以设计让汽提塔塔顶气相返回常压塔，具体来讲就是使汽提塔中塔顶的甲醇气相中心重新返回到常压塔中，借助常压塔的分离能力回收精甲醇，从而降低整体的精馏工艺的费用，节约成本。

1.5 甲醇-水物系精馏工艺优化总结

（1）优化加压塔与常压塔温度控制具体地操作步骤为将粗甲醇先与常压塔的塔釜水接触，而后和加压塔塔顶精甲醇进行换热知道粗甲醇的温度达到75℃左右后投入预精馏塔；

（2）精馏塔回流比管理：排将塔顶气先后经历两级冷凝操作后，再将未凝结的气体经一步洗涤操作后排出装置，对于遗留下来的冷凝液和洗涤水则将其返回到塔顶在进行一遍回流；

（3）将塔釜中的甲醇水通过泵进行加压后与加压塔塔釜中的甲醇水再进行换热，并置于加压塔中进行精馏操作，精馏过后加以冷凝操作，得到两种冷凝液体，一种冷凝液是用作返回塔顶做回流的，另一种则是约50%的精甲醇产品。

（4）将甲醇水通过加压塔塔釜进入常压塔中进行精馏时，会从常压塔的塔顶在分离出剩余的甲醇，并将一部分常压塔内的釜水回流至预精馏塔的塔顶中洗涤器，以便于二次使用可利用水，节约水资源。其他废水进行污水处理后排出即可。

2 塔器选型与设计

甲醇-水物系精馏生产工艺中最重要的设备就是精馏塔，它的结构与设计是直接关系到甲醇精馏的生产量和甲醇的生产精度的，同样也会影响到整个精馏过程的成本和效益，因此选择合适的塔器设备对于甲醇精馏工艺的生产质量、生产成本、后期污染处理效果具有重要的影响。现在市场上有许多类型的精馏塔，主要可以分为两种：传统的板式塔与现代化的填料塔，与之相伴的还有近几年兴起的垂直筛板、浮阀塔等精馏塔器结构。

2.1 精馏塔器的确定因素

甲醇-水物系的精馏塔器结构的设计和选择要结合精馏工艺的生产规模和纯度要求决定，因此本文通过PRO/Ⅱ工艺模拟程序，采用NRTL热力学计算模型，对热力学参数做了修正来符合生产操作数据。

2.2 预精馏塔优化设计

在甲醇-水物系的精馏过程中预精馏塔处理主要存在两大问题：一是在该段会损耗一部分甲醇且主要是由于塔顶凝气导致，因此在设计时要尽量避免预精馏塔塔顶不凝气导致甲醇损耗，可通过控制和调节塔甲醇精馏器具规格来提高甲醇精馏过程中的回收率；二是精馏段气相负荷小难以将进料完全润湿，而全塔盘可起到充分混合的作用，促进所加碱液和酸性物质的反应，因此预精馏塔可以采用全塔盘。

2.3 加压塔优化设计

对于加压精馏塔，通常只需分离出约50%的精甲醇就可以，但为了保证甲醇的纯度，应采用正规填料完成生产工艺即采用全塔采用规整填料，降低塔高或采用全塔盘。对于现有的装置，还可以在塔釜增设进料口来实现本工艺。另外，还可以通过利用加压塔与常压塔运行过程中的压力与温度相互调节控制，将加压塔温度控制于合理的范围之内。

2.4 常压塔优化设计

常压塔的主要功能是将剩余的50%甲醇分离出来，因此相比以上几种塔器它需要更高的理论级数，对于常压塔的精馏段可以通过利用单位的塔高来提供较高的理论级数，而对于塔底废水处理达到排放要求还需提馏段也提供相当的理论级数才能够满足整体需求。而且如果在填料过程中受到液蜡的影响，会对侧线的抽出造成诸多的不利影响。经多方的考虑，提馏段和侧线抽出段采用塔盘可以达到较好的生产要求。

结语

上文中介绍的一些优化甲醇-水物系精馏方案的措施，可以看出想要提高甲醇的产量和纯度，对其生产设备的优化是关键，合理的精馏塔内件选型及结构设计可有效地降低投资和提高设备利用率，节约长周期运行成本。另外，对其整套工艺流程上各个阶段的改进也可以在一定程度上提高甲醇的产量。

参考文献

[1] 朱冬梅.甲醇精馏装置的工艺设计与优化[D].华东理工大学，2006.