您的位置:首页 > 资料下载 > 学术论文> 正文
甲醇精馏工艺的选择与生产中指标的控制
发布时间:2012/7/30 10:47:02 点击次数:5691
摘要:本文阐述了甲醇精馏工艺选择中应注意的几点问题并介绍了建滔(河北)化工有限公司在其10万吨/年甲醇精馏工程中使用了天津市创举科技有限公司开发的径向侧导喷射塔板,产品蒸汽耗降至0.95~1.0吨/吨精醇,质量可达到美国AA标准并节约投资的实际情况。对甲醇精馏中所出现的问题,包括酸碱度的控制、甲醇水混溶性控制和乙醇指标的控制等作了详细的分析,提出了相应的解决方案。


甲醇精馏工艺的选择与生产中指标的控制

(天津市创举科技有限公司,天津 300130)

    目前,我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化,总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升,作为有机化工基础原料——甲醇的价格还会稳步提高。国内又有一批甲醇项目在筹建。这样,选择最好的工艺和设备,同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。由化二院设计的建滔(河北)化工有限公司10万吨/年焦炉煤气制甲醇装置,其甲醇精馏三塔内件选用了天津创举公司专利技术径向侧导喷射塔板,在2005年9月5日投产以来,吨精甲醇蒸汽消耗降到了0.95~1.0吨,这在国内是很先进的指标;产品质量达到美国AA级标准;同时甲醇精馏三塔的设备投资在目前可选的技术方案中也是最低的,比填料塔低80万元左右投资。在此我们就建滔厂的实际运行情况,讨论甲醇精馏的工艺问题,以求最大程度地节能并提高产品质量。

1、  选择三塔精馏工艺

    所谓三塔精馏,就是甲醇精馏系统由预塔、加压塔和常压塔三塔组成,当环保要求高时还要加上一个回收塔以减少废水中的甲醇排放,使排放污水达标。增设加压塔的目的就是改两塔精馏为三塔精馏。除预塔可除去杂质中的轻组分外,使用两个塔来提纯由预塔过来的粗甲醇,能量利用比二塔精馏更合理,能耗能降低。生产中加压塔和常压塔同时采出甲醇。并且利用加压塔顶蒸气的冷凝热来加热常压塔底再沸器中的甲醇液,由于常压塔的再沸器不再使用蒸汽,而加压塔的塔顶也没有了冷凝器,从而可以降低能耗,理论上三塔精馏的吨醇蒸汽耗比双塔精馏的蒸汽耗少42%,约在1.0~1.3t蒸汽左右。但是它的投资较两塔流程高,同时操作比较复杂,对操作人员的素质和控制仪表的质量和配置的要求也将大大提高。

    由于我们要求进行精馏操作时尽可能节能,同时还要求产品的质量高,特别是甲醇中的乙醇含量要低,以满足甲醇后续加工中后工段对甲醇质量的要求。因此,现在一般的甲醇精馏都选用三塔精馏。

2、板式塔和填料塔的比较

    甲醇精馏塔内件可选用板式塔和填料塔两种。

2.1、能耗分析

    填料塔:目前甲醇精馏有的选用板式塔,有的选择规整填料加塔板的复合塔,但实际上填料塔的能耗要比使用高效塔板的高,为什么?分析一下:填料塔的填料高度等于使用软件计算出来的理论板数除以所采用填料的等板高度。因此只要各塔的理论板数和采用的填料规格确定下来,各塔的填料高度就可确定下来。填料高度确定后,接下来就是在塔内合理的布置填料层数并确定塔内的结构。而填料塔的最大缺点就是填料塔内存在壁流,由于壁流的存在,一部分热甲醇液将不参加塔内的精馏过程而沿塔壁流下,这会使填料塔的填料效率降低,热损失增大,能耗增大。为了减少壁流,需将每层填料高度设计得小一点,并在两层填料之间加上一个槽盘式气液再分布器以割断壁流并再次均匀分布气液负荷。这种分布器相对填料讲价格较贵,为了节约投资,设计方就可能尽量增大每层填料的高度,减少分布器的数量。因此填料塔内每层填料高度的确定就成了各家两难的选择。为了提高填料效率,减少壁流,应当降低塔内每层填料的高度;而为了降低投资,又有人会减少分布器数量而加高每层填料的高度。目前设计的甲醇精馏塔内件每段填料的最大高度已由过去规定的3m增大到5m了。这就造成壁流增加,从而加大能耗。供货商为了达到中标的目的,可能更多的考虑降低设备投资,因此现在填料塔单层填料的最大高度都会接近5m。而即使每层填料高度不到3m,塔内也会有壁流存在,填料效率总会受影响,蒸汽耗量高。

    板式塔:因为板式塔内不存在填料塔的壁流,从而降低能耗。又因为板式塔中的性能领先的径向侧导喷射塔板(CJST塔板,国家创新基金支持项目)的板效率高,回流比可降低许多,甲醇精馏蒸汽消耗可下降很多。对于建滔厂用软件模拟计算的结果是:加压塔回流比为2.5,常压塔回流比为2.0,并假设预塔理论板数35,加压塔52,常压塔60时,计算吨醇蒸汽耗1.12t。而实际上建滔(河北)化工有限公司的蒸汽耗已降到了0.95~1.0t,至今持续生产已一年多。这在国内是很先进的。

    综上所述,从实际使用效果看,填料塔的能耗大于板式塔中的径向侧导喷射塔板。

2.2、精甲醇—产品质量比较

    一套先进的甲醇精馏装置必须具备能有效快捷的控制产品质量的能力,即尽可能地降低产品中的杂醇含量。现在以甲醇为原料生产醋酸、烯烃等产品的装置越来越多,而这样的装置对甲醇中的乙醇含量要求为≤50×10-6mg/l。因此对精甲醇的质量要求也就愈来愈高。甲醇出口,要求质量达到美国AA标准。因此从长远看,新上甲醇精馏装置必须具备产生美国AA标准甲醇的能力,当然装置实际生产中,应市场需求又可生产质量符合目前国标的甲醇。

    填料塔不易控制产品质量:由于填料塔的采出点只能放在分布器上,而填料塔的分布器间距要比板式塔板间距大得多。一般讲,填料塔的两层分布器间距最小也要1.8米。这样,填料塔的侧线采出位置极可能碰不上杂醇的峰值区域。因此侧线也就很难采到高浓度的杂醇,也就不能有效地控制产品质量。这是填料塔的缺点之一。而在甲醇生产的前期和后期,粗醇的浓度不同,杂质也不同。因此当粗醇成分变化较大或市场要求乙醇含量较低时,填料塔就会变得很难设计、很难进行甲醇精馏生产操作控制。

    板式塔易控制产品质量:板式塔的采出点放在塔板上,容易调整控制采出位置,而塔板间距小,一般为400~500mm,若在相邻6块板上布置6个采出点,那么就可以很容易的找到杂醇的峰值区,从而确定采出点,采出点杂醇含量高,便于提高产品质量。板式塔的甲醇精馏产品质量控制就变得很容易,因此板式塔是甲醇精馏的首选。而专利塔板——径向侧导喷射塔板(CJST)又是板式塔内件的首选。该塔板比浮阀塔板的板效率还高,处理能力还大,因此,在同样的理论板数时塔板层数少,一般使用普通浮阀塔板时主塔塔板层数为85层,而径向侧导喷射塔板的主塔塔板层数可降至70层,塔径也可减小。所以塔的投资比其它内件的少。

3、甲醇质量与能耗的误区

    有的塔板供应商,在推销自己的塔板时,称自己的塔板是最好的,甚至说自己的塔板可以将常压塔排出的废水含甲醇降到25PPm以下,其它塔板所不具备这种特性。这实际上是一个误区。其实废水含醇量是一个塔的设计指标,而不是评价塔板性能优劣的指标。一切塔板的计算都是相同的,也就是说任何一种塔板都可以将该值算到25PPm以下,并把自己的塔设计到该值以下。问题是你这样设计值不值?能耗考虑了没有?甲醇精馏的经济性考虑了吗?好的塔板应该是效率高,处理量大,能耗低,三者都好才算好。

4、甲醇精馏装置的总投资

    采用径向侧导喷射塔板的投资将比采用规整填料省;由于甲醇在精馏时腐蚀性很小,采用径向侧导喷射塔板时就可以在塔内的一定位置使用碳钢材质,相对于不锈钢材质的规整填料塔内件来说,投资就低了。又由于采用径向侧导喷射塔板的塔径比采用规整填料的塔径为小,因此塔体的投资也会小;两项相加数量就可观了。对于20万吨/年甲醇精馏装置的三个塔来讲总投资大约可以节省100万元以上。

5、建滔(河北)化工有限公司甲醇精馏工艺流程简介

    由合成工段来的粗甲醇进入粗甲醇储槽,经粗甲醇泵加压后进粗甲醇预热器被加压塔采出的精甲醇预热后进入预精馏塔,该塔作用是除去溶解在粗甲醇中的气体和沸点低于甲醇的含氧有机物,以及C10以下的烷烃。塔顶有两个冷凝器,塔顶蒸汽中所含的大部分甲醇在第一冷凝器中被冷凝下来,流入预塔回流槽经预塔回流泵打回流,未冷凝的少部分甲醇蒸汽、低沸点的组分和不凝气进入第二冷凝器继续冷凝,冷凝液可进入回流槽也可作为杂醇采出,不凝气经排放槽中的脱盐水吸收其中的甲醇后高空排放。用不凝气的排放量控制预塔塔顶压力,排放槽吸收液达到一定浓度后作为杂醇送入杂醇储槽或返回粗甲醇储槽重新精馏。预塔再沸器的热源采用0.5─0.6MPa的低压蒸汽,蒸汽冷凝液返回锅炉工段循环使用。为中和粗甲醇中的少量有机酸,在配碱槽中加入定量固体NaOH配制成碱溶液储存在碱液槽中,经碱液泵后沿预塔进料管线加进入预塔,控制预塔塔釜溶液PH值9─10[1]。

    预塔塔釜维持一定液位,塔釜甲醇溶液经泵加压后进入加压精馏塔,加压塔顶甲醇汽作为常压精馏塔再沸器的热源进入常压塔再沸器冷凝,冷凝后的甲醇液进入加压塔回流槽,一部分经加压塔回流泵后打回流,其余部分经粗甲醇预热器与粗甲醇换热降温再经精甲醇冷却器冷却作为产品送往精甲醇中间槽。加压塔再沸器的热源采用0.5─0.6MPa的低压蒸汽,蒸汽冷凝液返回锅炉工段循环使用。

    加压塔塔釜维持一定液位,甲醇溶液靠自压进入常压精馏塔,常压塔顶甲醇蒸汽被塔顶冷凝器冷凝冷却后进入回流槽,一部分经常压塔回流泵后打回流,其余作为产品送往精甲醇中间槽。常压塔中上部和下部塔板设有侧线可采出杂醇,降低塔内高沸点物的富集浓度,杂醇经杂醇冷却器冷却后进入杂醇储槽,累计到一定量后由杂醇泵送往综合罐区。从常压塔釜排出的残液由残液泵加压后经残液冷却器至常温后送往生化处理岗位。在开车和事故状态下,当采出的精甲醇不合格时,由付线改送到粗甲醇储槽重新精馏。

6、甲醇精馏系统的操作要点

6.1、甲醇精馏各塔的操作条件:

 

塔顶压力/MPa

塔顶温度/℃

塔釜压力/ MPa

塔釜温度/℃

回流温度/℃

预塔

0.028-0.03

75-76

0.078-0.08

85-86

57.1

加压塔

0.58-0.6

120-122

0.6-0.62

136-138

119.6

常压塔

0-0.001

58-60

0.03-0.04

107-108

44

6.2、邢台建滔公司甲醇精馏设备情况:

    预精馏塔的主要任务是将粗甲醇中的轻组分及一些与甲醇共沸的物质去除,必须从塔顶加入水作为萃取剂才能完成。

    加压塔的任务是在一定的塔板层数下通过调节回流比控制该塔和常压精馏塔产品中乙醇的含量达到AA级合格的要求,同时通过调整两塔塔顶采出量使得加压精馏塔的高品位冷凝热能够满足常压精馏塔再沸器所需的热量。所以该塔的回流比和采出量控制着常压精馏塔中乙醇的含量,通过调节此回流比和采出量可以达到两塔分别生产出不同质量的精甲醇产品的目的。

    常压精馏塔的操作相对于加压塔较困难,不但要采出合格的精甲醇产品,同时还要保证塔底废水含醇尽量低,必须通过调节回流比控制精甲醇质量。在该塔上部和下部分别设侧线采出口,通过调节侧线杂醇油采出量控制精甲醇质量和废水中甲醇含量。

    三个塔的塔内件均采用高效径向侧导喷射塔盘,三个塔的设计情况分别是:预精馏塔45块塔板;加压塔70块塔板;常压塔为70块塔板。塔内件的材质除预塔有几层不锈钢外其余全部为碳钢。

6.3、甲醇操作中的质量控制:

6.3.1 精甲醇酸碱度即PH值的控制:粗甲醇中含有一些酸性物质和胺类物质,在精馏系统中这些酸性物质常会腐蚀塔内件和塔体,降低塔的使用寿命。为了避免酸性腐蚀,同时为促进胺类和羟基物的分解,在预塔进料的同时补入1─5%的碱液,中和酸性物质,消除腐蚀。碱液的加入量和产品的酸碱度由预塔塔底的PH值决定,一般控制在9~10。过高将导致产品的碱度超标,而过低将导致产品的酸度超标。

6.3.2 产品质量分析中水混溶性试验的控制

    开车初期,水混溶性试验产品分析均能通过1+3达到优级品要求,随着粗甲醇中含有的高级醇、烷烃等杂质的积累,水混溶性试验分析经常通不过1+3试验,重组分的采出原则应是连续性的,采出量一般控制在精醇产量的1%左右,但这些重组分从哪层塔板采出和采出量的控制是操作关键,采出位置选择不好,就会造成杂醇成分不好,含量最高的杂质采不出来。

    精甲醇产品多次经色谱分析发现产品在Rt[2]4.2min时有一种杂质,通常在常压塔产品中含量10─40ppm,加压塔产品中含量为0─15ppm,观察发现,总采出的成品中此杂质含量在15ppm以上时就对水溶性试验产生影响,小于10ppm即可通过1+3试验。此杂质通常在预塔冷凝器Ⅱ的冷凝液和常压塔第40、44、46层塔板采出的杂醇中含量较多。由上述分析数据可知,适当采出预塔冷凝器Ⅱ的冷凝液和常压塔中、上部的杂醇是工艺上解决水溶性问题的关键,同时要尽量减少此杂质带入后面主塔的机会,定期采出常压塔的杂醇减少杂质的积累,经过生产实践证明,这一方法是正确有效的。

6.3.3 产品质量分析中乙醇的控制

    精甲醇产品中的乙醇含量在国标GB338─2004中没有具体要求,但公司出口产品中要求乙醇含量<50ppm,生产中经色谱分析,产品中乙醇含量一般在0─20ppm,能达到出口要求。

    在生产过程中通过色谱分析数据可知,乙醇主要积累在常压塔中,因此在塔下部适当位置取出一部分甲醇液即可达到生产质量要求,其他的杂质同时也得到一定的处理。

6.3.4 运行调节:

    正常运行时的工艺调节主要就是调节系统的物料平衡、热量平衡和气液平衡。三者是互相影响的。工艺调节应力求一个“稳”字。在一切工艺调节中都必须缓慢逐步进行,我们强调缓慢,就是对于系统中的进料、压力、温度、回流比等关键指标都要强调缓慢调节,必须把上一步调节稳定显出效果后才能进行下一步调节,否则就可使工况平衡失调,操作困难,生产难以正常进行。

    当然,在调节各个指标时我们应当注意的方法不同,但是这也就是我们在刚开始培训时就会接触到的一些最基本的操作原则和方法,在此就不再赘述。

7、结语

    本文通过对建滔(河北)化工有限公司10万吨甲醇精馏装置生产运行情况的介绍,对甲醇精馏中所出现的问题,包括酸碱度的控制、甲醇水混溶性控制和乙醇指标的控制等都作了分析,并提出了相应的解决方案。随着精馏技术的不断进步,新型塔内件层出不穷,径向侧导喷射塔板在建滔河北焦化有限公司甲醇精馏塔上的成功应用,表现出来该塔板处理能力大,板效率高、侧线采出灵活等优点,并可节省设备投资和操作运行费用,对于在建滔的甲醇项目有指导和参考作用。

注:[1]冯元琦.甲醇生产操作问答.北京:化工工业出版社,2003

    [2]Rt  停留时间

 

创举主页 | 联络我们 | 加入我们 Copyright ©2012 天津市创举科技股份有限公司 津ICP备09015401号-2 网站建设:犀牛广告
博评网