一种节水减排的甲醇热耦合精馏系统及精馏方法

摘要

本发明属于精馏技术领域，涉及甲醛精馏节能设备和优化工艺，尤其是一种节水减排的甲醇热耦合精馏系统及精馏方法。本系统中采用四塔结构，所述四塔结构包括顺次安装的加压塔、中压塔、常压塔和回收塔，在回收塔之前还安装有预塔和洗涤塔，所述系统内安装有换热网路，该换热网络包括多级预热器，所述的多级预热器安装在预塔进料侧之前，加压塔、中压塔和常压塔输出的高温精甲醇产品作为热源分别进入多级预热器的一级，均对输入预塔的粗甲醇原料进行预热。基于上述系统的结构衍伸出相应的精馏方法。一方面对于系统余热进行利用，另一方面通过改善常压产品塔少量杂醇的采出方式，即对系统内的能量进行有效利用又可解决系统危废外排的问题。

说明书

技术领域

本发明属于精馏技术领域，涉及甲醛精馏节能设备和优化工艺，尤其是一种节水减排的甲醇热耦合精馏系统及精馏方法。

背景技术

甲醇是一种非常重要的基础化工原料，也是很有前景的清洁能源。甲醇不仅可以用来生产二甲醚、甲烷氯化物、甲胺和马来酸酯类等精细化学产品，也可以用来生产乙烯和丙烯等轻烃产品，被称为除烯烃和芳烃以外，第三大基本有机化工原料。我国能源状况是多煤少油乏气，甲醇是煤制化工产品的“基石”,所以要不断扩大煤制甲醇生产规模,大力发展煤制甲醇技术。近十几年来，国内煤化工获得了迅速发展，未来甲醇生产技术的发展趋势是：大型化、低能耗、环保型发展，同时对甲醇的质量也提出更高的要求。

现在国内在建的甲醇装置最大规模已达80万吨/年，要求甲醇产品中乙醇含量≤25ppm(甚至达到10ppm)，丙酮含量≤10ppm。原有工艺生产工艺副产的杂醇油已被列入危废，不允许作为副产品销售，所以甲醇精制工艺的提升，迫在眉睫。

现在甲醇精馏工艺基本都是Lurgi公司开发的三塔工艺和四塔工艺(增设甲醇回收塔)，四塔工艺较三塔工艺提高了甲醇收率，但甲醇的能耗和产品指标并没有改善(原设计甲醇产品中乙醇含量高达200ppm)，鉴于上述因素，国内也在不断开发新的甲醇节能和提质技术。

专利CN107032959A<<一种热泵和多效耦合的甲醇精馏方法>>，将热泵精馏和差压热耦合进行了结合，对系统的潜热进行了利用，较一般的四塔精馏降低了能耗，但是工艺流程增加了压缩机，大大增加了设备投资和维护难度，运行成本太高，实际装置无法采用。

专利CN107551586A<<一种利用隔壁塔组合多效精馏精馏生产甲醇的装置>>，将常规四塔流程中的预塔和常压塔进行组合，设计成隔板塔，其它两个塔保留。该流程的有点为降低了设备投资，但是改设计导致预塔塔顶轻组分无法进洗涤塔回收甲醇，导致大量甲醇进入尾气系统，甲醇收率大大降低。

专利CN109761751A<<一种甲醇热耦合多效精馏方法及装置>>，提出了顺序五塔四效热耦合精馏方法，该方法的优点是可以进一步降低甲醇产品能耗，但是带来的缺点是需要更高压力的蒸汽和更大的设备投资，多效精馏超过三效后，节能效果已经不明显，失去了经济性。

专利CN101570446A<<一种甲醇多效精馏工艺>>，介绍了一种五塔三效甲醇精馏工艺，该流程实现了最经济可行的节能手段，同时考虑了系统余热利用和废水的回用。不足之处是余热没有设计梯度利用，回收塔釜废水含盐，直接去洗涤塔作洗涤水使用，会影响甲醇产品质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对于系统余热进行利用，消除洗涤塔的腐蚀问题，改善常压产品塔少量杂醇的采出方式，系统循环后没有危废排出并降低新鲜脱盐水耗量的节水减排的甲醇热耦合精馏系统及衍伸的精馏方法。

本发明采取的技术方案是：

一种节水减排的甲醇热耦合精馏系统，采用四塔结构，所述四塔结构包括顺次安装的加压塔、中压塔、常压塔和回收塔，在回收塔之前还安装有预塔和洗涤塔，其特征在于：所述系统内安装有换热网路，该换热网络包括多级预热器，所述的多级预热器安装在预塔进料侧之前，加压塔、中压塔和常压塔输出的高温精甲醇产品作为热源分别进入多级预热器的三级、二级和一级，均对输入预塔的粗甲醇原料进行预热。

进一步的，所述的多级预热器为三级，其中一级预热器和常压塔导通，二级预热器和中压塔导通，三级预热器和加压塔导通。

进一步的，所述换热网络还包括多个塔体再沸器和加压塔换热器，其中预塔、加压塔、中压塔、常压塔和回收塔各自配置有一个塔体再沸器，在预塔出料侧和加压塔进料侧之间安装有所述的加压塔换热器；预塔塔釜液经加压塔换热器换热后导入加压塔内，加压塔的塔顶采出蒸汽作为中压塔配置的再沸器的热源，中压塔的塔顶采出蒸汽作为常压塔配置的再沸器的热源。

进一步的，所述系统内安装有碱液加入装置，该碱液加入装置的进液侧和外部液源导通，所述碱液加入装置的出液侧设置在四个位置，分别是预塔进料侧之前的原料管线内，洗涤塔内置的洗涤水进料管线内，以及预塔内置的一级冷凝器和二级冷凝器进料侧之前的位置。

进一步的，所述的常压塔由上至下划分为顶部，中部和底部，其中顶部位置和外部的冷却设备导通，中部安装有抽取设备，该抽取设备与回收塔导通，底部安装有和洗涤塔导通的回收管路，该回收管路内安装有冷却器。

应用所述的节水减排的甲醇热耦合精馏系统的精馏方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：原料甲醇经换热网络的三级预热器分别与低温、中温和高温甲醇换热后进入预塔；

步骤2：预塔塔顶蒸汽进入洗涤塔，经脱盐水洗涤回收甲醇后，脱除系统中的一氧化碳、二氧化碳、丙酮、二甲醚等轻组分至火炬系统，洗涤液回流至预塔；

步骤3：碱液加入装置将碱液由四个位置加入系统，彻底去除系统中的H2S；

步骤4：预塔塔釜液经加压塔换热器换热后进入加压塔，塔顶采出蒸汽去中压塔耦合再沸器作为中压塔再沸器加热热源，凝液部分返回加压塔作为回流液，部分作为产品去三级预热器换热后，作为产品采出；

步骤5：加压塔塔釜液进入中压塔，塔顶采出蒸汽去常压塔耦合再沸器作为常压塔再沸器加热热源，凝液部分返回中压塔作为回流液，部分作为产品去二级换热器换热后，作为产品采出；

步骤6：中压塔塔釜液进入常压塔，塔顶采出蒸汽去常压塔耦合再沸器作为常压塔再沸器加热热源，凝液部分返回常压塔作为回流液，部分作为产品去一级换热器换热后，作为产品采出，常压塔中间抽出少量含甲醇的杂醇至回收塔，确保甲醇产品质量满足美国AA级标准，常压塔塔釜废水经冷却至废水装置；

步骤7：常压塔中间抽出杂醇流股进入回收塔，塔顶采出燃料醇产品经冷却后去作燃料，中间抽出杂醇馏分，送至气化装置作为磨煤水使用，回收塔釜废水经回收塔塔釜水冷器冷却后返至洗涤塔去回收甲醇。

本发明的优点和积极效果是：

本发明中，在原有四塔结构基础上利用夹点技术，优化设计换热网络，一方面将高温甲醇作为热源逐级对粗甲醇原料进行预热，另一方面将各塔体采出的高温蒸汽作为次级塔体配置再沸器的热源进行二次利用，极大限度的提高了能量的利用率。

本发明中，对于碱液的加入方法进行又换，由原有的单点位变为四个点位分别加入，使预塔塔顶轻组分中残留H2S充分反应，彻底消除洗涤塔的腐蚀问题。

本发明中，改善常压产品塔少量杂醇的采出方式，通过中部安装的抽取设备采用中间梯度抽出方式，经汇集进到回收塔，这样既保证了现在甲醇产品低乙醇含量的要求(≤10ppm)，产品纯度达到美国AA级标准，也实现了后续杂醇的回收利用，整个装置没有危废排出，保护环境；采用常压塔中间梯度侧线抽出杂醇流股的方式，回收塔釜废水几乎不含盐，该流股水经换热返回洗涤塔，可降低新鲜脱盐水耗量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

1-洗涤塔 2-中压塔 3-常压塔 4-回收塔塔釜水冷器 5-常压塔塔釜水冷器 6--回收塔 7-回收塔耦合再沸器 8-常压塔耦合再沸器 9中压塔耦合再沸器 10-加压塔耦合再沸器 11-加压塔 12-加压塔换热器 13-预塔 14-预塔耦合再沸器 15--甲醇产品水冷器16-一级预热器 17-二级预热器 18-三级预热器

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种节水减排的甲醇热耦合精馏系统，采用四塔结构，所述四塔结构包括顺次安装的加压塔11、中压塔2、常压塔3和回收塔6，在回收塔之前还安装有预塔13和洗涤塔1，本发明的创新在于，所述系统内安装有换热网路，该换热网络包括多级预热器，所述的多级预热器安装在预塔进料侧之前，加压塔、中压塔和常压塔输出的高温精甲醇产品作为热源分别进入多级预热器的一级，均对输入预塔的粗甲醇原料进行预热。

本实施例中，所述的多级预热器为三级，其中一级预热器16和中压塔导通，二级预热器17和加压塔导通，三级预热器18和预塔导通。

本实施例中，所述换热网络还包括多个塔体再沸器和加压塔换热器12，其中预塔、加压塔、中压塔、常压塔和回收塔各自配置有一个塔体再沸器，包括预塔耦合再沸器14、回收塔耦合再沸器7、常压塔耦合再沸器8，中压塔耦合再沸器9和加压塔耦合再沸器10在预塔出料侧和加压塔进料侧之间安装有所述的加压塔换热器；预塔塔釜液经加压塔换热器换热后导入加压塔内，加压塔的塔顶采出蒸汽作为中压塔配置的再沸器的热源，中压塔的塔顶采出蒸汽作为常压塔配置的再沸器的热源。

本实施例中，所述系统内安装有碱液加入装置，该碱液加入装置的进液侧和外部液源导通，所述碱液加入装置的出液侧设置在四个位置，分别是预塔进料侧之前的原料管线内，洗涤塔内置的洗涤水进料管线内，以及预塔内置的一级冷凝器和二级冷凝器进料侧之前的位置。

本实施例中，所述的常压塔由上至下划分为顶部，中部和底部，其中顶部位置和外部的冷却设备导通，中部安装有抽取设备，该抽取设备与回收塔导通，底部安装有和洗涤塔导通的回收管路，该回收管路内安装有冷却器。

本实施例中，在精甲醛产品的出料侧安装有甲醇产品水冷器15。

本实施例中，所述回收塔和常压塔的塔釜水排出位置的管路内分别安装有回收塔塔釜水冷器4和常压塔塔釜水冷器5。

本发明的使用过程是：

应用本发明所述的精馏系统的具体实施例如下：

表1原料组成

针对上述粗甲醇原料的精馏过程如下：

步骤1：粗甲醇原料(见表1)经输送泵加压后送至换热网络进行换热，经过一、二、三级预热器换热后，温度升至80～90℃之间，进入预塔中上部；

步骤2：预塔塔顶脱除原料中的轻组分一氧化碳、二氧化碳、丙酮、二甲醚、甲酸甲酯和轻烃，少量甲醇被轻组分气体夹带进入洗涤塔，通过脱盐水洗涤回收甲醇回流至预塔，脱盐水用量为1000～2500kg/h。

步骤3：同时碱液分成四路，分别从原料管线、脱盐水管线和预塔塔顶一级和二级冷凝器进口处加入，消除原料中残留的H2S，其中预塔操作压力在120～160KPa之间，塔釜操作温度在65～80℃之间。

表2工艺流程各塔具体操作条件

(各塔具体操作条件如表2所示)

步骤4：预塔塔釜液经加压塔换热器换热至105～112℃后进入加压塔中下部，加压塔塔顶采出蒸汽去中压塔耦合再沸器作为中压塔再沸器加热热源，凝液部分返回加压塔作为回流液，部分作为产品去三级预热器换热至85～95℃后；进入甲醇产品水冷器冷却至45℃去产品罐。其中加压塔操作压力在1300～1500KPa之间，塔釜操作温度在145～160℃之间，回流比在1.8～2.5之间。

步骤5：加压塔塔釜液进入中压塔中下部，塔顶采出蒸汽去常压塔耦合再沸器作为常压塔再沸器加热热源，凝液部分返回中压塔作为回流液，部分作为产品去二级换热器换热至64～75℃后，进入甲醇产品水冷器冷却至45℃去产品罐。其中中压塔操作压力在650～850KPa之间，塔釜操作温度在125～135℃之间，回流比在2.05～3之间。

步骤6：中压塔塔釜液进入常压塔中部，常压塔塔顶采出甲醇产品，经过回流泵输送，部分作为回流液返回塔内，部分作为产品去一级预热器换热至47～55℃后，进入甲醇产品水冷器冷却至45℃去产品罐。常压塔中间抽出少量杂醇馏分送至回收塔，抽出量在800～1600kg/h之间，确保甲醇产品质量达到美国AA级。其中常压塔操作压力在120～150KPa之间，塔釜操作温度在104～115℃之间，回流比在1.8～2.8之间。

步骤7：常压塔中间抽出杂醇流股进入回收塔，塔顶采出燃料醇产品经冷却后去作燃料，中间抽出杂醇馏分，送至气化装置作为磨煤水使用，回收塔釜废水经回收塔塔釜水冷器冷却后返至洗涤塔去回收甲醇，整个甲醇装置没有危废产生。其中塔顶燃料醇产品水含量在2～7％之间，塔釜水中甲醇含量小于50PPM，回收塔操作压力在120～150KPa之间，塔釜操作温度在104～114℃之间，回流比在3～5之间。

表3产品指标

如表3所示，本发明中，改善常压产品塔少量杂醇的采出方式，通过中部安装的抽取设备采用中间梯度抽出方式，经汇集进到回收塔，这样既保证了现在甲醇产品低乙醇含量的要求(≤10ppm)，产品纯度达到美国AA级标准，也实现了后续杂醇的回收利用，整个装置没有危废排出，保护环境；采用常压塔中间梯度侧线抽出杂醇流股的方式，回收塔釜废水几乎不含盐，该流股水经换热返回洗涤塔，可降低新鲜脱盐水耗量。

本发明中，在原有四塔结构基础上利用夹点技术，优化设计换热网络，一方面将高温甲醇作为热源逐级对粗甲醇原料进行预热，另一方面将各塔体采出的高温蒸汽作为次级塔体配置再沸器的热源进行二次利于，极大限度的提高了能量的利用率。

本发明中，对于碱液的加入方法进行又换，由原有的单点位变为四个点位分别加入，使预塔塔顶轻组分中残留H2S充分反应，彻底消除洗涤塔的腐蚀问题。