崔海鑫 薛嘯辰 張兵 林長青(.新疆廣匯新能源有限公司，新疆 哈密 89000； .河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津 00；.天津奧展興達(dá)化工技術(shù)有限公司，天津 00400)

0 引言

甲醇[1]是一種重要的有機(jī)化工基礎(chǔ)原料，應(yīng)用廣泛。2016年甲醇世界需求量達(dá)到9500 萬噸，其中我國占比80%[2]，國內(nèi)需求量大，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高。而在甲醇化工生產(chǎn)過程中，分離單元直接決定最終產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。其中占據(jù)分離方法主導(dǎo)地位的就是精餾，精餾操作是一個(gè)高耗能過程[3-5]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)化工過程中40%～70%的能耗用于分離，而其中95%的為精餾能耗[6]。我國是能耗大國，隨著能源的日益短缺，精餾過程如何能夠更節(jié)能一直是挖潛降耗的熱點(diǎn)。本文就從精餾塔節(jié)能改造這一主題展開了簡(jiǎn)單的研究，以甲醇精餾三塔工藝作為研究對(duì)象，重點(diǎn)闡明介紹一種三塔雙效工藝[7]向三塔三效工藝升級(jí)轉(zhuǎn)變的方法。甲醇三塔三效精餾工藝較甲醇三塔雙效精餾工藝具有熱利用率高、消耗低、環(huán)保效益高等特點(diǎn)，對(duì)甲醇生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展和企業(yè)效益起著積極的促進(jìn)作用。

1 流程簡(jiǎn)述及分析

1.1 三塔雙效工藝流程

利用低壓蒸汽加熱的再沸器，向預(yù)精餾塔塔釜提供熱量。預(yù)塔氣相經(jīng)預(yù)塔空冷器、預(yù)塔冷凝器Ⅰ和預(yù)塔冷凝器Ⅱ降溫，經(jīng)預(yù)塔冷凝器Ⅰ降溫后氣體中的大部分甲醇冷凝下來，進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽。回流槽底部出來的甲醇液送入預(yù)精餾塔頂部作為回流。經(jīng)預(yù)塔冷凝器Ⅰ降溫后部分未冷凝的氣體進(jìn)入冷凝器Ⅱ被進(jìn)一步冷卻，絕大部分的甲醇冷凝下來，經(jīng)氣液分離器進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽。預(yù)塔冷凝器Ⅱ和氣液分離器中不凝氣則進(jìn)入排放槽洗滌后放空。

預(yù)精餾塔塔底的甲醇水溶液用泵加壓后，經(jīng)加壓塔預(yù)熱器送至加壓塔。加壓塔用低壓蒸汽熱源給塔底加熱。從加壓塔頂出來的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝再沸器(作為常壓塔的熱源)。甲醇蒸汽被冷凝后進(jìn)入加壓塔回流槽，一部分由加壓塔回流泵升壓后送至加壓塔頂部作為回流液。另一部分由加壓塔回流槽采出精甲醇，經(jīng)過粗甲醇預(yù)熱器后，進(jìn)入加壓塔精甲醇冷卻器，送入罐區(qū)?；亓鞑凵喜繗怏w送至常壓塔頂部集氣管。

加壓塔底部排出的甲醇溶液進(jìn)入常壓塔。從常壓塔頂出來的甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔空冷器和常壓塔塔頂冷凝器冷卻后，進(jìn)入常壓塔回流槽。在常壓塔下部設(shè)有側(cè)線采出口，所采次甲醇溶液經(jīng)次甲醇冷卻器冷卻后，進(jìn)入次甲醇貯槽，經(jīng)次甲醇泵送入罐區(qū)。

常壓塔回流槽內(nèi)的甲醇液，經(jīng)常壓塔回流泵加壓。一部分送至常壓塔頂作為回流，一部分經(jīng)精甲醇冷卻器作為采出送罐區(qū)。回流槽中氣相送至排放槽洗滌后放空，洗滌下來的甲醇水去地下槽。常壓塔塔底廢水通過殘液泵經(jīng)殘液冷卻器送至生化處理。甲醇精餾三塔雙效工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 甲醇精餾三塔雙效工藝流程簡(jiǎn)圖

1.2 三塔雙效向三塔三效工藝轉(zhuǎn)變的方法

甲醇精餾的工藝流程的優(yōu)化控制對(duì)節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益有著至關(guān)重要的作用。為了高效利用加壓塔的塔頂甲醇蒸汽，在原三塔雙效基礎(chǔ)上將工藝流程升級(jí)為三塔三效工藝。三塔三效是指加壓塔與常壓塔熱量耦合稱為二效精餾，加壓塔與預(yù)精餾塔熱量耦合稱之為三效精餾，因而形成三塔三效的工藝。甲醇精餾三塔三效工藝流程較三塔雙塔工藝流程相比，其區(qū)別在于加壓塔向常壓塔供熱的基礎(chǔ)上同時(shí)向預(yù)塔供熱，達(dá)到節(jié)約蒸汽又節(jié)約冷卻水的目的。

通過三塔三效的熱耦合工藝，充分利用加壓塔塔頂甲醇?xì)庀囔手?，分配給預(yù)精餾塔和常壓精餾塔再沸器提供熱量，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)能降耗目的。將加壓塔頂甲醇蒸汽的能量分成兩部分，一部分給常壓塔再沸器加熱，滿足常壓塔精餾所需能量，剩余部分給預(yù)精餾塔再沸器加熱，預(yù)精餾塔未滿足能量部分由水蒸汽提供熱源。再沸器加熱熱源不同，傳熱溫差不同，會(huì)有不同的熱虹吸的能力，通過換熱器結(jié)構(gòu)、安裝高度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以滿足正常供熱的要求。

在加壓精餾塔塔頂至常壓塔再沸器殼程的氣相管線上增加一個(gè)支路，在預(yù)塔的旁邊增加一臺(tái)緩沖液位控制罐和一臺(tái)立式熱虹吸的預(yù)塔再沸器。緩沖罐頂部通過管線進(jìn)入到加壓塔回流槽，加壓塔回流槽的側(cè)面設(shè)計(jì)了一條管線，與預(yù)塔新增再沸器下段冷凝液出口相連，再沸器出來的液體經(jīng)過一條管線與緩沖罐底部相連，并形成液位連通器。緩沖罐內(nèi)甲醇液體使用離心泵輸送至加壓塔回流槽，泵出口設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥，對(duì)緩沖罐的液位進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

在常壓塔的兩臺(tái)再沸器旁邊增加一臺(tái)液位控制緩沖罐，與之聯(lián)通，通過液位的精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)再沸器有效換熱面積的控制，可以對(duì)其熱負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)整，罐底出料通過泵和調(diào)節(jié)閥組進(jìn)行精準(zhǔn)液位控制。甲醇精餾三塔三效工藝流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

1.3 工藝升級(jí)的可行性及效果

圖2 甲醇精餾三塔三效工藝流程簡(jiǎn)圖

其升級(jí)方式為流程改造，結(jié)合能量轉(zhuǎn)移方面，是在常壓塔熱源過剩的基礎(chǔ)上把加壓塔甲醇蒸汽熱能重新優(yōu)化分配，從而獲得預(yù)期中的節(jié)能效果。加壓塔分向常壓塔的熱源減少后，常壓塔所需對(duì)應(yīng)空冷器水冷器的冷源相對(duì)減少，加壓塔分向預(yù)塔供熱后，預(yù)精餾塔所需蒸汽熱源對(duì)應(yīng)減少，能夠在一定程度上提升精餾裝置的能源利用率。

結(jié)合精餾裝置工藝流程升級(jí)相關(guān)研究成果顯示，表格如表1 所示。

表1 三塔雙效與三塔三效數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)表格數(shù)據(jù)對(duì)比可知，升級(jí)為三塔三效工藝流程后，產(chǎn)品純度仍滿足生產(chǎn)要求，在雙效的基礎(chǔ)上能源利用率上升17%，同時(shí)可有效的降低了甲醇精餾裝置生產(chǎn)甲醇所需消耗的蒸汽量與冷卻循環(huán)水量。升級(jí)后的三塔三效工藝流程具有對(duì)原有裝置改動(dòng)小、物料消耗少、自動(dòng)化程度高且安全可靠的特點(diǎn)。

2 結(jié)語

精餾是化工行業(yè)生產(chǎn)工作中的基礎(chǔ)分離裝置，加強(qiáng)該裝置的能源利用率有助于加強(qiáng)化工行業(yè)的生產(chǎn)。工藝流程由三塔雙效向三塔三效的升級(jí)設(shè)計(jì)合理，可操作性強(qiáng)，投入少，且依托原有設(shè)施進(jìn)行工藝流程升級(jí)能有效的降低能耗，降低成本，具有良好的社會(huì)、環(huán)境、生態(tài)效益。由三塔雙效向三塔三效的升級(jí)設(shè)計(jì)可以降低甲醇生產(chǎn)過程中的能耗，對(duì)甲醇生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展和企業(yè)效益起著重要的促進(jìn)作用。