2012年6月第35卷第3期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 35 No.3甲醇精餾方案技術(shù)對(duì)比王同寶,周亭亭,趙國(guó)忠(中國(guó)石化集團(tuán)寧波工程有限公司,浙江寧波315103)摘要:對(duì)粗甲醇的雙塔精餾和三塔精餾工藝進(jìn)行技術(shù)方案、投資、消耗、能耗、成本等方面的對(duì)比,對(duì)采用空冷器時(shí)的技術(shù)方案進(jìn)行初步研究,研究結(jié)果界定兩種工藝方案的適用裝置規(guī)模。關(guān)鍵詞:甲醇精餾雙塔精餾三塔精餾空冷器隨著甲醇衍生物及其下游產(chǎn)品的迅速發(fā)展和消耗的介質(zhì)暫按某地區(qū)價(jià)格計(jì)算,具體定價(jià)見表甲醇燃料的應(yīng)用,甲醇需求量還會(huì)越來(lái)越大,因此2。對(duì)比按生產(chǎn)期14a、設(shè)備折舊14a計(jì)算;根據(jù)中提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)消耗就越來(lái)越引起國(guó)石化集團(tuán)公司2010年規(guī)定進(jìn)行投資估算;甲醇人們的關(guān)注。產(chǎn)品質(zhì)量按照美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)AA級(jí)。由于原料氣在甲醇合成塔內(nèi)發(fā)生甲醇反應(yīng)的表1粗甲醇組成同時(shí),還伴隨著一系列的副反應(yīng),合成所得粗甲醇組分摩爾含量,%組分摩爾含量,%是多種組分形成的混合液,主要組分是甲醇,還包括一些雜質(zhì)。因此,為獲得高純度的精甲醇必須經(jīng)74900NH缸0005300025過(guò)精餾的過(guò)程。根據(jù)粗甲醇的質(zhì)量決定精餾過(guò)程0600000085的復(fù)雜程度。甲醇工業(yè)最早采用鋅鉻催化劑合成00436粗甲醇的高壓法,得到的粗甲醇質(zhì)量較差,因此精00287CHoH0.0006制方法采用了精餾和化學(xué)凈化相結(jié)合,比較復(fù)雜。表2所消耗介質(zhì)的定價(jià)近年來(lái),世界上新建的甲醇工廠都采用了銅系催化劑,中、低壓法合成甲醇,國(guó)內(nèi)也相繼采用了銅循環(huán)水/(元)系催化劑,改善了粗甲醇的質(zhì)量。試驗(yàn)證明,粗甲低壓蒸汽(04MPa飽和)/(元t)醇的雜質(zhì)含量主要決定于催化劑本身的選擇性,電/(元·(kWh)-)0.58反應(yīng)溫度、壓力對(duì)其影響不很顯著2。燕汽凝液/(元t)8.00目前工業(yè)上甲醇精餾的流程主要有:兩塔精注:定價(jià)的不同會(huì)使測(cè)算結(jié)果有一定的偏差餾流程和三塔雙效精餾流程,本文擬對(duì)此兩種方案進(jìn)行研究,供相似裝置進(jìn)行技術(shù)選擇。2流程概述21兩塔流程1比較基準(zhǔn)③來(lái)自儲(chǔ)罐的粗甲醇由泵送至預(yù)精餾塔上部。由于甲醇生產(chǎn)中所用原料、工藝過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)為提高產(chǎn)品質(zhì)量,中和粗甲醇中的有機(jī)酸,注入量要求、各消耗的定價(jià)、投資取價(jià)等不同,要全面而準(zhǔn)確的對(duì)甲醇精餾作出對(duì)比比較困難。收稿日期:2012-03-15為了便于比較,本次研究假定以下內(nèi)容作為作者簡(jiǎn)介:王中國(guó)煤化工碩士學(xué)位,2005比較基準(zhǔn),若與此基準(zhǔn)偏差較大則需要相應(yīng)作出年畢業(yè)于西北大CNMHG國(guó)石化集團(tuán)寧波工程有限公司從事煤化工、天然氣化工等化工行業(yè)的工程咨詢、調(diào)整。設(shè)計(jì)等方面的工作。聯(lián)系電話:0574-87974856;E-mail:wan對(duì)比中的粗甲醇組成見表1。對(duì)于兩方案中所194去做2012年第35卷2%的堿液,粗甲醇在粗甲醇預(yù)熱器中被來(lái)自主精器冷凝,冷凝甲醇在重力作用下流入常壓塔回流餾塔的塔底水預(yù)熱至54℃后送入預(yù)精餾塔。罐,再由泵送至常壓塔頂部作為回流,同時(shí)送出一從預(yù)精餾塔頂部出來(lái)的氣體包括不凝性氣股產(chǎn)品甲醇體、輕組分、水蒸氣及甲醇。經(jīng)過(guò)預(yù)精餾塔塔頂二些重組分有機(jī)物,主要為乙醇和丁醇,容易級(jí)冷凝后,大部分水和甲醇通過(guò)預(yù)精餾塔回流槽在常壓塔內(nèi)甲醇/水的分界面上發(fā)生積聚,在此處及預(yù)精餾塔回流泵回流入塔,回流比約為0.8-09?！げ沙鲆恍」蓚?cè)線產(chǎn)品以排出這部分重組分。這股不凝氣和大部分二甲醚等低沸點(diǎn)雜質(zhì)及少量甲醇側(cè)線產(chǎn)品即所謂的雜醇油。雜醇油在雜醇油管中蒸氣經(jīng)水洗后達(dá)標(biāo)排放。氣體在冷凝過(guò)程中,一小收集,同時(shí)雜醇油管也接收來(lái)自預(yù)精餾塔次級(jí)冷部分輕組分冷凝并進(jìn)入甲醇中,為防止其在系統(tǒng)凝器排放的一股次級(jí)甲醇。中累積,連續(xù)排放少量冷凝液到雜醇油槽來(lái)自加壓塔和常壓塔的產(chǎn)品甲醇冷卻至45℃從預(yù)精餾塔塔底出來(lái)的粗甲醇由主精餾塔給后送出界外4。料泵送至主精餾塔。主精餾塔釜溫度維持在116℃,塔頂溫度維持在71℃左右,由再沸器加熱塔釜3方案對(duì)比液體。主再沸器的熱源為表壓04MPa的飽和蒸31技術(shù)方案對(duì)比汽。產(chǎn)品甲醇從主精餾塔側(cè)線采出,冷卻至40℃三塔精餾與兩塔精餾的區(qū)別主要在于主精餾后,送往產(chǎn)品甲醇儲(chǔ)罐。塔的設(shè)置和能量綜合利用方面。粗甲醇經(jīng)過(guò)預(yù)熱22三塔雙效流程后進(jìn)入預(yù)精餾塔,預(yù)精餾塔為常壓操作,粗甲醇中從界外來(lái)的粗甲醇在送入預(yù)精餾塔前通過(guò)燒含有的輕組分在預(yù)精餾塔中分離出來(lái),由塔頂逸堿給料包添加氫氧化鈉溶液。預(yù)精餾塔操作壓力出。脫除大部分輕組分后離開預(yù)精餾塔底部進(jìn)入(絕壓)為015MPa,略高于大氣壓,粗甲醇在預(yù)精加壓塔,加壓塔頂氣相不使用循環(huán)水作為冷卻介餾塔中初步精餾質(zhì),而是直接做為常壓塔塔底再沸器的熱源,為常離開預(yù)精餾塔塔頂?shù)募状颊魵馐紫冉?jīng)過(guò)預(yù)精壓塔提供熱量。因此,加壓塔與常壓塔形成雙效精餾塔初級(jí)冷凝器進(jìn)行冷卻,冷凝甲醇溫度約為70餾,前一塔的頂部出氣作為后一塔的加熱熱源,可℃,在重力作用下回流至預(yù)精餾塔回流罐中。來(lái)自以節(jié)省后一塔的外加熱源,也省去了前一塔的冷初級(jí)冷凝器的未冷凝的氣相再經(jīng)過(guò)預(yù)精餾塔次級(jí)卻水。因此三塔精餾也被稱為三塔雙效精餾。冷凝器被冷卻至45℃產(chǎn)生更多的冷凝甲醇,在此為保證常壓塔塔底再沸器有足夠的傳熱溫分離出來(lái)的冷凝甲醇又稱為次級(jí)甲醇。差,兩塔的前一塔必須加壓才能使其塔頂出氣具預(yù)精餾塔回流罐收集的冷凝甲醇由泵送至預(yù)有較高的溫度,滿足常壓塔的生產(chǎn)要求。產(chǎn)品精甲精餾塔頂部作全回流。來(lái)自預(yù)精餾塔塔底的液體醇部分采自第一主精餾塔的塔頂冷凝液,部分采含甲醇、水以及其他重組分雜質(zhì),由泵送入加壓自第二主精餾塔的塔頂冷凝液。由于加壓精餾塔塔。塔頂溫度較高,為綜合利用能量,有些流程將加壓預(yù)精餾甲醇送人加壓塔繼續(xù)蒸餾,加壓塔塔精餾塔塔頂?shù)囊合喈a(chǎn)品作為熱源加熱來(lái)自甲醇合頂操作壓力(絕壓)約為08MPa;在加壓塔頂部附成裝置的粗甲醇。近采出一股產(chǎn)品甲醇,在此采出的產(chǎn)品甲醇約占因此,三塔雙效精餾與兩塔精餾相比減少了總量的一半。剩余的甲醇/水混合塔底液作為常壓蒸汽與循環(huán)水的消耗,但電的消耗會(huì)有所增加,且塔的進(jìn)料流股,常壓塔塔頂操作壓力(絕壓)約為由于增加了一個(gè)塔系統(tǒng),工藝設(shè)置及操作復(fù)雜,投0.13MPa。資及占地增加。由于加壓塔和常壓塔之間存在操作壓力的差32消耗及能耗對(duì)比異,因此加壓塔頂氣體的冷凝潛熱可供常壓塔蒸兩塔精餾和三塔雙效精餾的能耗及消耗分別餾所需的熱量,換熱過(guò)程在塔間換熱器內(nèi)進(jìn)行。加見表中國(guó)煤化工壓塔頂?shù)睦淠镌谥亓ψ饔孟滤腿爰訅核亓鰿NMHG由于三塔流程多設(shè)罐,再由泵送至加壓塔頂部作為回流。置一個(gè)塔,必須多設(shè)置一臺(tái)泵,因此耗電方面高于常壓塔頂部的甲醇蒸氣經(jīng)過(guò)常壓塔回流冷凝兩塔,但蒸汽和循環(huán)水消耗,三塔流程均低于兩第3期王同寶等.甲醇精餾方案技術(shù)對(duì)比塔。從表4能耗指標(biāo)計(jì)算也可看出,三塔的能耗為表4甲醇精餾公用工程消耗指標(biāo)對(duì)比(以噸醇計(jì))4.37GJ,也低于兩塔的510GJ。項(xiàng)目?jī)伤s三塔雙效精餾表3甲醇精餾公用工程能耗指標(biāo)計(jì)算對(duì)比(以噸醇計(jì))預(yù)精餾塔預(yù)塔再沸器(蒸汽)0.37兩塔精餾塔雙效精餾預(yù)塔回流冷凝器(循環(huán)水)/t156915.10名稱能耗指標(biāo)/消耗量能耗/GJ消耗量能耗/CJ排氣冷凝器(循環(huán)水)回流泵/kWh蒸汽/t2763146主精餾塔再沸器(蒸汽)/t108循環(huán)水/t41986020.3672110.30主塔回流冷凝器(循環(huán)水)6777電/kWh003冷凝液冷卻器(循環(huán)水)/t2.103.14合計(jì)5.104.37回流泵/kWh3.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比常壓塔再沸器(蒸汽)對(duì)兩種甲醇精餾方案的投資、成本、靜態(tài)投資回流冷凝器(循環(huán)水)5201回收期等做了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,分析對(duì)比見表57。精甲醇冷卻器(循環(huán)水)1無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)0.89從表5可以看出,當(dāng)精餾規(guī)模為10萬(wàn)噸/年精甲醇泵/kWh0.25時(shí),兩種工藝的成本基本相當(dāng),投資方可以根據(jù)實(shí)合計(jì)總消耗蒸汽1.71146際情況選擇流程,當(dāng)規(guī)模大于10萬(wàn)噸/年時(shí),建議總消耗循環(huán)水/86.0272.11總耗電/kWh1.61選用三塔雙效精餾工藝表5技術(shù)經(jīng)濟(jì)匯總0ta工藝方案投資/公用工程消工資及福利制造費(fèi)用/單位成本/靜態(tài)投資回單位成本增成本增量規(guī)模/萬(wàn)元耗/(萬(wàn)元·a4)費(fèi)/(萬(wàn)元a4)(萬(wàn)元·a-)(元·t+)收期/a量/(元t)比例,%兩塔782.895.1塔l1911144.6兩塔l186.5592.4144.182.6三塔180542192827.64-0.72兩塔1513.38885183.877.5002302767.0279.62.26兩塔179810226332372.25.79241-3.33兩塔2293.71777.190.071.5000三塔3490.215339423.8-3.26兩塔272592369433106980三塔414772045.3503.7-3.79-5.74兩塔311642961.8378468.60三塔474192556.6575.8645兩塔347663554.15290.13067964243.73-443兩塔3813.54146.5463.67.10三塔5802.735792900704.63.51-4,65-745兩塔413164738.9501,70塔6286.8-4.83兩塔443425331.290.06747.14601.890.0819.33.17-8.14空冷器方案對(duì)比由表6可知,無(wú)論是兩塔流程還是三塔流程,上述工藝方案對(duì)比是基于裝置中采用循環(huán)水空冷器的一次投資遠(yuǎn)高于水冷器,此外,由于空冷冷卻,需消耗大量水資源,但其電耗和投資較低,器設(shè)備多中國(guó)煤化工冷器的鋼結(jié)為便于部分缺水地區(qū)的方案選擇,特對(duì)甲醇精餾構(gòu)費(fèi)用也較CNMHG和三塔流程中的部分冷卻器改為空冷器8,主要參數(shù)對(duì)比見表由于采用空冷器,循環(huán)水分別節(jié)省1043t/h和8396(折算為10萬(wàn)噸/年裝置能力)。t/h,相應(yīng)節(jié)省循環(huán)水場(chǎng)投資、消耗、占地。去做012年第35卷表6空冷器與水冷器方案主要參數(shù)對(duì)比兩塔流程三塔流程項(xiàng)目空冷器方案水冷器方案空冷器方案水冷器方案預(yù)精餾塔塔頂主精餾塔塔頂預(yù)精餾塔塔頂主精餾塔塔頂預(yù)精餾塔塔頂常壓塔塔頂預(yù)精餾塔塔頂常壓塔塔頂設(shè)備重量/t86.7設(shè)備投資/萬(wàn)元44.8168.7126.520.6鋼結(jié)構(gòu)費(fèi)用/萬(wàn)元4.8管道增加費(fèi)用/萬(wàn)元0.655,474.74投資/萬(wàn)元254.11.3電消耗/kWh循環(huán)水消耗0年運(yùn)行費(fèi)用/萬(wàn)元31.282406302噸醇能耗/MJ98.565.7283.9121788占地大小/m6x3x26x3x80.8×614x66x3x26x3×60.8x61.2×5從占地上看,空冷器設(shè)備尺寸的絕對(duì)占地面精餾。積較大,但是,空冷器的構(gòu)架一般都在25m左右,此對(duì)比結(jié)果便于改造、配套等小規(guī)模裝置的管束下方可布置其他設(shè)備或做為管廊,空間利用技術(shù)選擇,由于對(duì)比基準(zhǔn)及項(xiàng)目情況的不同其選率較高9。擇需進(jìn)一步論證。從施工配管難易程度看,塔頂回流冷凝器后參考文獻(xiàn)為兩相流液體,為防止管道震動(dòng),影響管道壽命,Ⅱ]章日讓石化工藝及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)間答(第二版)M要求兩相流管道盡量靠近下游設(shè)備?？绽淦饕话惚本?中國(guó)石化出版社,2007:87為多個(gè)設(shè)備并聯(lián),且設(shè)置在管廊框架上方,空冷器[2]宋維端,肖任堅(jiān),房鼎業(yè),等.甲醇工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991:248.出口管道多個(gè)并聯(lián)對(duì)稱,管道分布較多,配管難度[3]戴墨笑,熊興和甲醇精餾的雙塔與三塔流程比較[]化工大。水冷器出口管道少于空冷器,設(shè)置在主裝置框設(shè)計(jì),1985(2):1-5架上,同下游設(shè)備距離更近一些,配管相對(duì)容易。[4]張蔚.甲醇技術(shù)淺析[J.山西化工,2009(1):52-54.對(duì)兩種工藝流程中各規(guī)模(5-90萬(wàn)噸/年)裝[5]廖衛(wèi)昌.甲醇雙效精餾節(jié)能技術(shù)[J].中氮肥,2001(1):22置中部分冷卻器采用空冷器進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究對(duì)6]劉保柱章淵相,陳平,等,節(jié)能型甲醇精餾工藝研究[]化比后發(fā)現(xiàn):空冷器節(jié)省了循環(huán)水耗量,增加了電和工進(jìn)展,2007(5):739-742.投資,總體上節(jié)省了消耗,增加了投資;由于兩塔7]國(guó)家發(fā)展改革委建設(shè)部建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)(第精餾循環(huán)水耗量大,采用空冷器后較三塔雙效精三版)[Z].2006-08-01[8]王松漢石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第3卷).化工單元過(guò)程[M].北餾節(jié)省了更多的循環(huán)水。經(jīng)核算,當(dāng)采用空冷器京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:739-747后,規(guī)模為15萬(wàn)噸/年時(shí),兩種工藝的成本基本相[9]張德姜,趙勇主編石油化工工藝管道設(shè)計(jì)與安裝M]北當(dāng);當(dāng)規(guī)模大于15萬(wàn)噸/年時(shí),建議選用三塔雙效京:中國(guó)石化出版社,2002:254-267COMPARISON OF METHANOL DISTILLATION TECHNOLOGYWang Tongbao, Zhou Tingting, Zhao GuozhongSINOPEC Ningbo Engineer Co, Ltd, Ningbo 315103)Abstract: A comparison of bi- tower and tri-tower raw-methanol distillation process in investmentconsumption, energy consumption and cost is made, while aH中國(guó)煤化工地 hnical scheme usingair-cooler is also conducted and the study result has defined tlCNMHGy of the two processKeywords: methanol distillation bi-tower distillation; tri-tower distillation; air-cooler