化I進(jìn)展2007年第26卷第5期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS●739●{節(jié)能技術(shù)專欄節(jié)能型甲醇精餾工藝研究劉保柱，章淵昶，陳平，姚克儉(浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江杭州310032)摘要: 提出兩種節(jié)能型甲醇精餾新工藝。在改進(jìn)的三塔雙效精餾工藝中，加壓塔的蒸汽不僅用作常壓塔的熱源，還同時供給預(yù)塔的再沸器。四塔雙效精餾工藝在傳統(tǒng)三塔流程中新增-一個加壓塔， 它的蒸汽用于預(yù)塔的再沸器,新增加壓塔的塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底排出廢水。對兩種新工藝進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)模擬，結(jié)果表明各換熱器的兩側(cè)有合適的溫差，換熱器可以正常工作,對3種工藝的對比表明，改進(jìn)的三塔工藝比傳統(tǒng)三塔工藝節(jié)能16.67%，四塔工藝比傳統(tǒng)三塔工藝節(jié)能16.17%.關(guān)鍵詞:甲醇; 精餾;節(jié)能; 模擬中圖分類號: TQ 053.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1000- 6613 (2007) 05 - 0739 - 04Research on energy-saving process of methanol distillationLIU Baozhu, ZHANG Yuanchang, CHEN Ping, YAO Kejian(School of Chemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032,Zhejiang, China)Abstract: Two energy-saving processes of methanol distillation were proposed. In the improvedthree-column process with double-effect distillation, the vapor from higher-pressure column was notonly the heat source of the lower-pressure column, but also the heat source of pretreatment column. Anew higher-pressure column was added in the four-column process with double-effect distlltion, andits vapor was used to heat up the reboiler of pretreatment column. The distillate of the newhigher-pressure column is methanol product and the bottom stream is waste water. A steady-statesimulation was carried out. The result showed that the difference of temperature at two sides of heatexchangers was appropriate so the heat exchangers could work normally. A comparison between twoenergy-saving processes and the traditional three- column processes indicated that the improvedthree-column process reduced the heat consumption by 16.67% of traditional three-column process andthe four-column process reduced the heat consumption by 16.17% of traditional three column process.Key wordst methanol; distillation; energy-saving; simulation甲醇是重要的化工原料，以其為原料可生產(chǎn)現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝一般由預(yù)塔、加壓塔、甲基叔丁醚、甲醛、乙酸、甲酸甲酯、甲胺、二.常壓塔及預(yù)塔和加壓塔的進(jìn)料預(yù)熱器等組成，其中甲醚等，甲醇制烯烴的技術(shù)最近也取得了一定進(jìn)加壓塔和常壓塔組成順流雙效精餾流程，而預(yù)塔仍展。甲醇還是一種清潔的燃料，除了直接摻入汽、使用水蒸氣作為熱源[5-8]。本文提出兩種新工藝,柴油作為燃料外，燃料電池技術(shù)正越來越受到人目的是使預(yù)塔使用二次蒸氣作為熱源，通過運(yùn)用計們的關(guān)注1-2。在合成甲醇生產(chǎn)過程中,粗甲醇的算機(jī)對現(xiàn)有工藝和新工藝進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和對比，證精餾提純是十分關(guān)鍵的一環(huán)，不僅決定著甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量，而且該工序的能耗對甲醇生產(chǎn)成本有收稿日期2006-09-11; 修改稿日期2007-01-08。很大影響。為了降低精餾工序的能耗，目前較大第一作者簡介劉保柱 (1971-),男，硬士,講師，從事精慵技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。聯(lián)系人姚克儉， 教授。電話0571 - 820706; B-規(guī)模的甲醇裝置大多采用三塔雙效精餾工藝[3-4。mil yokozj@t.du.c●740●化I工進(jìn)展2007年第26卷實(shí)了新工藝的可行性，同時得到了新工藝節(jié)能的定自量數(shù)據(jù)，為進(jìn)一-步的工業(yè)應(yīng)用提供依據(jù)。中.1節(jié)能精餾新工藝1.1 現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝流程如圖1所示。該工藝主要包含預(yù)塔C、加壓塔C2、常壓塔C3及預(yù)塔預(yù)熱器E環(huán)加壓塔預(yù)熱器Er等設(shè)備。粗甲醇首先利用加壓塔的精甲醇產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)熱,然后進(jìn)入預(yù)塔，影，預(yù)塔塔頂除去絕大部分的低沸物，塔底得到主要含甲醇和高沸物的物料，與加壓塔底物料換熱后進(jìn)入加壓塔。加壓塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底物料則經(jīng)圖2改進(jìn)的三塔雙效精餾⊥藝流程圖加壓塔預(yù)熱器后繼續(xù)進(jìn)入常壓塔。常壓塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品,塔底得到含甲醇較少的廢水，排出系統(tǒng)。換熱器的能量匹配并有合適的傳熱溫差,故需要對改該流程中加壓塔頂?shù)恼魵庾鳛槌核俜衅鞯臒嵩催M(jìn)的流程進(jìn)行嚴(yán)格穩(wěn)態(tài)模擬以驗(yàn)證其可行性。形成雙效精餾，該工藝僅有預(yù)塔和加壓塔需要消耗1.3四塔雙效精餾新工藝水蒸氣，從而達(dá)到節(jié)能目的。讓預(yù)塔使用二次蒸氣的另外一個途徑是新增一對以上三塔雙效精餾流程分析發(fā)現(xiàn)，常壓塔使個加壓塔Ca向預(yù)塔提供蒸氣,兩者組成雙效精餾，用加壓塔的塔頂蒸氣作為熱源，而塔底溫度比常壓而原有加壓塔和常壓塔流程保持不變。由于預(yù)塔塔底塔還低的預(yù)塔卻直接使用了水蒸氣作為熱源，這從溫度低于常壓塔,故新增加壓塔的操作壓力低于現(xiàn)有能量合理利用的角度上考慮不盡合理，因此可考慮加壓塔，甲醇和水的分離難度也低于現(xiàn)有加壓塔,新對現(xiàn)有流程進(jìn)行改進(jìn)，使預(yù)塔也使用二次蒸氣作為增加壓塔在塔頂?shù)玫骄状嫉耐瑫r塔底直接得到廢熱源，以提高節(jié)能的幅度。水，不需要再經(jīng)過常壓塔處理。該流程中原有加壓塔Fs和常壓塔壓力和溫度不發(fā)生變化,僅僅是處理量有所減少，而減少的這部分處理量則由新增加壓塔承擔(dān)。該流程中新增加壓塔不僅要能向預(yù)塔提供熱源，而且還要保證塔底得到廢水，故該工藝的關(guān)鍵是為新增加PosFF」L0壓塔選擇合適的操作壓力,使水蒸氣與該塔塔底、該TE塔塔項(xiàng)與預(yù)塔塔底都有合適的溫差。自己包_DFaOll F圖1現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝流程圖1.2改進(jìn)的三塔雙效精餾新工藝根據(jù)現(xiàn)有三塔雙效精餾各塔頂?shù)椎臏匚唬岢隽烁倪M(jìn)的三塔雙效精餾工藝,其流程如圖2所示。該流9程相比現(xiàn)有三塔流程,改變了加壓塔和常壓塔采出精圖3四塔雙效精餾工 藝流程圖甲醇的比例,使得加壓塔的蒸氣供給常壓塔后還有富2新工藝的穩(wěn)態(tài)模擬及討論余，富余的這部分蒸氣則送全預(yù)塔再沸器作為熱源，從而將預(yù)塔也納入雙效精餾的范圍，節(jié)約更多的熱2.1 工況條件及模擬方法量。該流程能否正常運(yùn)行的一一個關(guān)鍵問題是要保證各選取某100 kt/a甲醇廠的精餾工序作為研究對第5期劉保柱等:節(jié)能型甲醇精餾工藝研究●741●象,其粗甲醇進(jìn)料Fo流量為16 000 kgh,溫度為該塔需稍微加壓操作，加壓塔項(xiàng)壓力則按其再沸器25 C，組成如表1所示。和冷凝器都具有較合適溫差的原則確定，三塔的壓降都按填料塔估算.用于預(yù)熱的換熱器按逆流考慮，表1進(jìn)料組成.設(shè)定其最小溫差為15 C.序號組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)%根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，預(yù)塔運(yùn)行時回流量與進(jìn)料二氧化碳0.40量的比值一般為0.5~0.8,此處按0.6計算。精甲醇二甲鰱0.075產(chǎn)品的甲醇含量要求為99.99% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),廢水0.055中的甲醇含量要求為0.5%,加壓塔和常壓塔的回流甲醇85.00比都按照此分離要求進(jìn)行計算。加壓塔底去往常壓乙醇0.03塔物料中的甲醇含量則按照組成雙效精餾的冷凝器14.44和再沸器熱負(fù)荷匹配要求確定。2.2模擬結(jié)果工廠使用的熱源為0.6 MPa(絕對壓力,下同)壓力運(yùn)用計算機(jī)對各流程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，各塔數(shù)據(jù)的飽和水蒸氣，飽和溫度為158.7 C.使用冷卻介質(zhì)及主要物流數(shù)據(jù)模擬結(jié)果分別見表2和表3。為循環(huán)水，進(jìn)水溫度為30 C,升溫至36 C返回。2.3 改進(jìn)的三塔工藝結(jié)果討論對流程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，用NRTL方法計算其相由模擬計算結(jié)果可知改進(jìn)的三塔工藝中除加壓平衡。預(yù)塔冷凝器的出口溫度(即不凝性廢氣的溫塔底溫度從131.6 C升高到133.9 C外其他各塔的度)按40 C計算，為了減少廢氣中的甲醇含量,塔頂和塔底溫度皆沒有變化。加壓塔底溫度升高的表2塔模擬計算結(jié)果一覽流程名塔名理論板數(shù)回流比塔頂壓力/kPa塔頂溫度/C塔底溫度/C冷凝器熱負(fù)倚kW 再沸器熱負(fù)荷kW總耗熱kW節(jié)能%現(xiàn)有三塔Ci 20.600013170.476.2-3025.93205.38843.0.00流程C2 401.7399123.2131.6-5223.85637.81.724064.4101.9-533555224.5"改進(jìn)三塔C3062.4*7368.916.67流程Cr 4(1.8040701133.9-6895.8"441.941410-3900.23834.4四塔流程C 22133173.4中7413.3 16.17Cr 470- 3861.394167.3C3441.7238101-3944.13861.92.138732136.2-3173.33246.0注:①對預(yù)塔C來說回流比指回流量比進(jìn)料量，其他各塔皆指回沈量與塔頂液相出料之比.②相同上標(biāo)的冷凝器和冉沸器熱負(fù)荷進(jìn)行熱交換。表3主要物流模擬計算結(jié)果一覽流程名項(xiàng)目WIFDr2WzFsDV3D4 Wo現(xiàn)有三塔流量/kg.h-' 16000 106 15894 15894 7151 8743 8743 6417 2326流程溫度/心63.4840.0076.16 100.4123.2 131.6 91.16 64.44 101.9甲醇含量/% 85.0020.0185.4385.4399.99 73.53 73.5399.990.50改進(jìn)三塔流量/g.h1 16000106 15984 15984 9225 6696 694344 2326溫度/C74.0140.00 76.16 96.351339 91.1664.44. 1019甲醇含量/%99.9965.30 65.3099.99 0.50四塔流程流量/kg.h-' 16000158941174952866463 64634744171941453539 6065.85 40.000 76.16 100.5 123.2 131.6 91.16 64.44 101.985.0 96.97 13620.01 85.4385.43 99.9973.53 73.5385.499.99 0.5化I進(jìn)展2007年第26卷原因是加壓塔為了向預(yù)塔提供蒸汽，比現(xiàn)有三塔工3結(jié)論藝生產(chǎn)了更多的精甲醇，使得加壓塔底物料的甲醇含量降低，從而使溫度升高。加壓塔底溫度升高后(1)提出了改進(jìn)三塔流程和四塔流程兩種節(jié)能水蒸氣與它的溫差從27.1 C下降至24.8 C，對再型甲醇雙效精餾新工藝。沸器有一定不利影響，但仍處于正常溫差范圍。加(2)改進(jìn)的三塔雙效精餾工藝中將加壓塔塔頂壓塔頂與預(yù)塔塔底的溫差高達(dá)47 C,遠(yuǎn)高于原雙蒸氣分出一部分用于加熱預(yù)塔，各換熱器仍能保持效精餾中加壓塔頂與常壓塔底的21.3 C,故該換熱合理的傳熱溫差。器可正常運(yùn)行。分析可知，改進(jìn)的三塔工藝中各處(3)四塔雙效精餾工藝中新增-一個加壓塔 與預(yù)溫差皆可滿足雙效精餾的要求。塔組成雙效精餾，不改變原加壓塔和常壓塔的壓力現(xiàn)有流程中預(yù)塔和加壓塔再沸器都需要水蒸和溫度參數(shù)，新增加壓塔和預(yù)塔的雙效換熱器也有氣，而改進(jìn)的三塔工藝中只有加壓塔再沸器需要消合適的溫差。耗水蒸氣，模擬結(jié)果顯示其水蒸氣消耗量比現(xiàn)有三(4)對實(shí)例的計算表明，改進(jìn)的三塔雙效精餾塔流程節(jié)省了16.67%。工藝比現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝節(jié)能16.67%, 改進(jìn)的2.4四塔工 藝結(jié)果討論四塔雙效精餾工藝比現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝節(jié)能由模擬結(jié)果可知四塔工藝中預(yù)塔、原加壓塔及16.17%。常壓塔的塔頂塔底溫度皆保持不變。水蒸氣與新增(5)四塔工藝中原加壓塔和常壓塔的負(fù)荷下加壓塔的塔底溫差為22.5 C,新增加壓塔頂與預(yù)塔降，故可以在保持此兩塔不變的條件下新增加壓塔塔底的溫差為20.8 C,也達(dá)到了基本的溫差要求。.和改造預(yù)塔，能在節(jié)能的同時擴(kuò)產(chǎn)35%以上。新增加壓塔塔頂和塔底分別得到精甲醇和廢水，故參考文獻(xiàn)它的頂?shù)诇夭钸h(yuǎn)高于原加壓塔，所以只適合和塔底溫度較低的預(yù)塔組成雙效精餾，而不能與常壓塔組[]沈佩芝, 雷玉萍.甲醇市場狀況及科技開發(fā)進(jìn)展[].化工進(jìn)展，203022 (1): 94-98.成雙效精餾。[2] 程立泉， 沈佩芝甲醇熱點(diǎn)下游產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用[D].化工進(jìn)展，2004,0四塔工藝中雖然仍舊有新增加壓塔、原加壓塔23 (10); 1138- 141.兩個塔需要水蒸氣，但是新增加壓塔消耗的能量基[3] 黃沾; 高燕如，張振欣，等.甲醇精增加壓雙效三塔流程初探凹石本相當(dāng)于原預(yù)塔，同時卻將部分粗甲醇分離成精甲油化工設(shè)計, 2004,0 21 (3); 6-8.醇和廢水，使得加壓塔和常壓塔的處理量減少。模4] 林K青，張振欣.甲醇三塔精館工中加壓塔與常壓塔工作狀態(tài)的優(yōu)化[D.化肥工業(yè)，2005, 32(6); 18-20.擬結(jié)果顯示該流程比現(xiàn)有三塔流程節(jié)能16.17%。[5]吳嘉,陳露. 具有熱集成和水集成的甲醇精餾新工藝及其模擬D.化四塔工藝中預(yù)塔的負(fù)荷基本保持不變，而加壓工學(xué)報，2005, 56 (3); 477- 481.塔和常壓塔的負(fù)荷同比降低至現(xiàn)有工藝的73.92%。[6] .劉生鵬，何壽林.甲醇精墻的模擬與分析I]。湖北化工，1999 (5);根據(jù)這一特點(diǎn)，保持現(xiàn)有流程中投資較大的加壓塔36- 38.和常壓塔不變，新增-較小的加壓塔并對預(yù)塔進(jìn)行刀] 唐錦文.甲醇精餾工藝模擬計算及分析D.化工設(shè)計, 2006, 16(2); 13-17.必要改造，即可達(dá)到擴(kuò)產(chǎn)35%以上和節(jié)能16.17%的[8] 陸文斌， 時正興.新型高效規(guī)整填料塔在甲醇精餾生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。0.現(xiàn)代化工, 2005, 25 (12): 54-57., 在建和擬在建項(xiàng)目●區(qū):四川.地區(qū):河北項(xiàng)目名稱:年產(chǎn)200kt二甲醚項(xiàng)目項(xiàng)目名稱:年產(chǎn)100kt二甲醚項(xiàng)目項(xiàng)目性質(zhì):新建.項(xiàng)目性質(zhì):新建建設(shè)周期: 2007~2008 年投資總額: 37 768萬元投資總額: 10000 萬元進(jìn)展階段:施工準(zhǔn)備進(jìn)展階段:工程設(shè)計關(guān)鍵設(shè)備:合成塔、精餾塔、冷卻塔、真空泵、貯槽、自動關(guān)鍵設(shè)備:合成塔、冷凝器、檢測設(shè)備、儀器儀表?；刂葡到y(tǒng)、水處理設(shè)備。建設(shè)內(nèi)容:年產(chǎn)二甲醚100kt。建設(shè)內(nèi)容:年產(chǎn)二甲醚200kt。.由中國擬在建項(xiàng)目信息網(wǎng)( www.bhi.com.cn)提供.咨詢電話: 010-68570776， 68570774; 傳真: 010-68570772