李铮
天津辰力工程设计有限公司 天津 300000
摘要：本文的主要目的是对甲醇精馏基本原理、工艺流程、单元操作要点，文中以三塔和四塔甲醇精馏工艺为主进行了介绍。
关键词：甲醇精馏装置 工艺流程 操作要点
一、概述
甲醇是一种重要的有机化工原料可以用来生产甲醛、合成橡胶、甲胺、对苯二甲酸二甲脂、甲基丙烯酸甲脂、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等一系列有机化工产品，而且还可以加入汽油掺烧或代替汽油作为动力燃料以及用来合成甲醇蛋白。随着世界能源市场尤其是原油供求矛盾的不断尖锐，甲醇作为最基本的有机化工原料之一和替代能源的一部分，在当前全球化工市场上起着越来越重要的作用。而甲醇装置的大型化和工艺流程的优化控制对节能降耗、提高经济效益起着至关重要的作用。
二、精馏工艺基本原理
精馏是利用不同物质的挥发度不同将液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝使混合物分离到所要求组分的操作过程。在保证有适宜的液相回流的情况下，塔顶冷凝器产生塔顶产品，塔底再沸器产生上升蒸汽流，上升汽相在接触下降液相后，发生的传热和传质得以保障足够多次的汽化和冷凝，从而使得精馏过程能持续不断地进行。精馏过程节能的关键是选择经济合理的回流比，大量热量在精馏过程中被消耗，如何节能则取决于精馏过程的优化设计和合理控制；对精馏装置的余热加以回收并再利用，也是精馏过程节能的重要措施；优化操作和保证工作环境的最优性，也是令能耗降低的有效途径。
三、甲醇精馏工艺流程
3.1 双塔精馏工艺流程
双塔精馏是一种传统的甲醇精馏方式，其应用的时间比较早，有着较长的发展历程，在双塔精馏的过程中，需要应用精馏装置，这种装置比较大，在工业中有着广泛的应用，这一装置可以实现对甲醇原料的预热加压处理，然后使原料进入预精馏塔，利用冷凝的方式对甲醇进行回收，然后与液化的水蒸气进行混合，在进入塔底部，还有一部门甲醇会随着水蒸气逸出塔顶。在塔底连接这管道，可有将甲醇运输到主精馏塔中继续处理。所以，双塔精馏装置有预精馏塔与主精馏塔两部门构成，主精馏塔主要是对甲醇进行加压处理，可以对甲醇以及废料进行再利用。
3.2 三塔精馏工艺流程
精馏工段的装置采用节能型三塔精馏流程，与双塔流程相比较其主要区别在于三塔流程采用两个主精馏塔，一个加压操作，一个常压操作，用加压塔塔顶蒸汽冷凝热作常压塔塔底再沸器热源，从而可减少蒸汽消耗和冷却水消耗，能耗比双塔流程低10%～20%。三塔流程的特点是：能生产高纯度无水甲醇（甲醇含量可达到99.95%）：同时不增加甲醇的损失量，甲醇回收率可达99%以上；在不增加甲醇损失量的基础上，从甲醇产品中分出有机杂质，特别是乙醇，能合理利用热能。甲醇三塔精馏工艺流程，如图1所示。
图1甲醇三塔蒸馏系统工艺流程简图
3.3 四塔精馏工艺流程
四塔流程包括预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和回收塔。来自合成装置的粗甲醇经换热后进入预精馏塔，从塔顶脱除粗甲醇中的轻组分（主要为不凝气、二甲醚、丙酮等），塔底粗甲醇加压后进入加压精馏塔，加压精馏塔塔顶气相引入常压塔再沸器壳程为常压塔再沸器提供热源，同时气相被冷凝。冷凝后的精甲醇一部分作为加压塔回流，另一部分作为精甲醇产品送出界区。加压塔底的甲醇、杂醇、水等经换热后进入常压精馏塔，常压塔顶部同样馏出精甲醇产品，塔底废水送生化处理或送其他装置利用。常压塔设侧线采出，采出物主要为甲醇、杂醇和水，将其送到回收塔回收其中的甲醇，回收塔同样设侧线采出以保证塔顶精甲醇质量和塔底废水中甲醇含量不超标。回收塔的侧线采出作为杂醇油送出界区。
四、三个平衡
设计精馏塔的操作应当掌握三个平衡。
a、物料平衡
塔的总进料量（F）＝塔顶馏出物量（D）＋塔底排出物量（W）；
某一组分（x）的总进料量（Fxfi）＝塔顶采出量（Dxdi）+塔底排出量（Wwi）
物料平衡的建立，是衡量精馏塔内操作的稳定程度，它表现在他的能力大小和产品质量的好坏，一般应当根据入料量（F）而适当采取馏出物量（D），保持塔内物料平衡，才能保证精馏塔内操作条件稳定。在粗甲醇精馏操作中，维持物料平衡的操作是最频繁的调节手段，操作时还必须同时考虑塔内的热量平衡。
b、汽液平衡
汽液平衡影响到甲醇产品的质量和精馏损失等，主要是通过调节精馏塔的操作条件，来调整塔盘上的气液接触的情况以及塔板间各组分气相分压平衡等来达到经济的效果。
c、热量平衡
热量平衡是操作的重要依据，当精馏塔在正常运行时，塔内的温度和压力是稳定的，加入塔的热量和出塔的热量也是平衡的。入塔热量包括进料及回流的流量与温度、再沸器蒸汽流量，出塔热量则包括塔顶、塔底出料的温度、流量、汽化热以及热损失等。正常操作中多用塔顶回流量、再沸器的蒸汽量来调整塔的热量平衡。
总之，精馏系统的操作就是要掌握好精馏塔的物料平衡和热量平衡，并由此稳定好塔盘的汽液平衡，来达到产品质量合格，同时排放废液中甲醇含量低、甲醇收率高的目的。
五、甲醇精馏单元操作要点
5.1 概述
甲醇精馏的正常操作是指整个系统都达到平衡。精馏的平衡条件：各个塔的温度、压力、流量、液位均需保持稳定，操作一旦波动，应特别注意平衡影响的滞后时间。
5.2 维持稳定的措施
（1）预塔再沸器，加压塔再沸器和汽提塔再沸器，加热蒸汽的压力要尽量维持稳定，加热量禁止大幅度的波动。
（2）甲醇合成系统的负荷波动，应以粗甲醇槽作缓冲调节，不可随意变更精馏的操作负荷。
（3）保持粗甲醇组成的相对稳定。如果粗甲醇中加入了不合格的精甲醇返料，其量超过粗甲醇量的20%时，则应在粗甲醇槽（或预塔回流槽）内加入适当的脱盐水。
（4）不合格的精甲醇应分批加到粗甲醇中处理，处理量一次不能过大，否则将影响精馏的操作，精甲醇的采出量每小时的波动量不得超过3%。进料组成不同，不凝气的组分也不同，故进料组分变化时应特别注意维持塔顶压力的稳定。
（5）操作中，严密监视各塔灵敏板温度的变化，遇有变动要
立即分析原因做出相应的预见性调节，来保证产品质量的稳定。
5.3 打破精馏平衡的原因
精馏不平衡，可能由下列原因而引起，如：加热蒸汽压力、温度的波动，环境条件的急剧变化，原料量和原料组成的波动，精甲醇采出量波动大等。在操作时一方面尽量保持这些因素的稳定，另一方面要根据某种因素的变动作预见性调
节，以免引起系统较大的波动而影响产品质量。
5.4如何节能降耗
在保证产品合格的同时，适当降低回流比；提高粗甲醇的质量，适当优化上游工艺装置；调整适合的进料温度，以降低精馏单元对蒸汽或者循环水等换热公用工程物料的消耗；保证设备、管线的良好状态，及时维护、保养、减少装置的停车的频率；加入合适的萃取水量；控制好塔顶、塔底的操作温度。
六、甲醇精馏系统的经济性评估
工程项目的经济评价是非常有必要的，它可以预测并估算拟建项目的经济利益。我们必须首先为拟建项目做出经济评价，才能选出具有可行性的工艺路线。经济性评价的重要基础是生产成本以及建设投资的估算.Aspen Plus过程经济分析器可根据有限的成本数据及具体的流程模拟数据对成本进行初步估算，估算结果可以有效应用于可行性研究、设计方案的选择等。使用过程经济分析器对甲醇精馏系统进行成本估算，分析结论报告并得出模拟结果见表1。
表1甲醇精馏系统的成本估算结果
七、结束语
通过上文的分析可以发现在甲醇生产中，根据产品的要求选择合理的工艺技术和流程，能够满足生产和节省投资和节能降耗，掌握精馏的生产原理、相应的工艺技术控制要求和合理的精馏操作，既有利于控制甲醇产品的质量，也有利于节省各项的投资
参考文献：
[1]《化工工艺设计手册》 上海医药设计院编。
[2]《石油化工装置工艺管道安装设计手册》 张德姜 主编
[3]王师祥 杨保和编著《小型合成甲醇厂生产工艺与操作》 化学工业出版社
[4]黄风林 向小凤，甲醇四塔精馏过程模拟分析，现代化工，2006，26：324-327
[5]美国联邦标准 O-M-232K
论文作者:李铮
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/21
标签：精馏论文; 甲醇论文; 操作论文; 塔顶论文; 工艺流程论文; 装置论文; 热量论文; 《建筑模拟》2018年第31期论文;