30萬噸每年甲醇精餾工段常壓精餾塔工藝設計及分析論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 器冷凝，同時為常壓塔提供熱量。從加壓塔、常壓塔頂部(或上部側線)采出的精甲醇，經冷卻器降溫后進入精甲醇貯槽。工藝流程： 三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區別在于三塔精餾采用了兩個主精餾塔(其中1個是加壓塔和1個常壓塔)，較雙塔流程多1個加壓塔。這樣，在同等的生產條件下，降低了主精餾塔的負荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂的蒸汽冷凝熱作為加熱源，所以三塔精餾既節約蒸汽，又節省冷卻水。(6) 甲醇精餾四塔工藝流程 ’ 甲醇精餾四塔工藝流程見圖 15甲醇精餾工藝的四塔流程四塔流程包含精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。甲醇經換熱后進入預精餾塔，脫除輕組分后( 主為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點組分加后進入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂的氣相進入冷凝蒸發器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時對加壓塔塔氣相冷凝。冷凝后的精甲醇進入回流罐，一部分為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進入常壓塔，常壓塔塔頂餾出精甲醇產品，在進料板下方設置側線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點組分，進入甲醇回收塔再回收甲醇，塔底廢水進入生化系統處理；回收塔設有側線抽出，主要抽出物為高沸點醇類，以保證回收塔塔頂精甲醇質量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。 甲醇精餾的目的，是實現甲醇與水及有機物等雜質的分離，生產出合格的精甲醇產品。在甲醇精餾流程的選擇上，往往以規模的大小來確定裝置。通常年產4萬噸以下( 包括4萬 噸 ) 的甲醇裝置選擇二塔流程，年產4萬噸以上的采用三塔流程。所謂二塔流程是指只有預塔和主精餾塔的裝置，三塔是指有預塔、加壓塔和常壓塔 。三塔流程實際上是將二塔流程中的主精餾塔分成了加壓塔和常壓塔。無論是二塔還是三塔流程，其預塔的作用都是除去溶解在粗甲醇中的氣體及低沸點雜質等，其它塔的作用是脫除甲醇中的水和重組分。三塔流程 比二塔流程復雜，投資大，操作難度大，但突出的優點是能耗小，操作費用低。 MPa和 121℃的甲醇蒸汽，不象二塔流程中主精餾塔出來的蒸汽直接冷凝，而是作為常壓塔的精餾熱源來充分利用。本設計甲醇的年生產能力是30萬噸 ，選用了三塔流程 。 三塔精餾系統的優點 1） 產品質量高 雙塔精餾生產的精甲醇產品中乙醇和有機物雜質含量只能控制在一定范圍，根據粗甲醇質量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為100~600mg／kg；三塔精餾生產的精甲醇質量一般能夠達到美國AA級標準，10 5左右。 2) 節能降耗 蒸汽和循環水消耗低主要在于：(1)兩塔精餾預塔再沸器、主塔再沸器和預塔預熱器均需蒸汽提熱源；三塔精餾的常壓塔再沸器( 主塔再沸器) 的熱源不再是蒸汽，而是用來自加壓塔頂121℃甲醇飽蒸氣經液化放出的潛熱供常壓塔。(2) 粗醇預熱器(塔預熱器) 的加熱源不再直接利用蒸汽加熱，而是用脫醚塔再沸器(預塔再沸器)和加壓塔再沸器蒸冷凝液將粗甲醇加熱到飽和溫度。因此蒸汽消耗低，隨之循環水用量減少。按噸精甲醇消耗計， ～ t ， ～ t ；循環水三塔精餾為60 ~80 m3，兩塔精餾為 150 ~180 m3。如果將三個平衡作為精餾操作的基礎，溫度的控制視為維持平衡的主要信號，那么，除了設備問題以外，經常影響精餾操作的主要因素，是進料狀況(組成、流量、狀態等)、回流比(包括熱負荷)和物料的采出量。實際上一個因素的變化，常常牽涉到其他一些因素同時發生變動，要詳細討論這些問題是比較復雜的，現只能就在正常工藝條件下單獨討論某一因素變化的情況。下面仍討論主精餾塔有關精餾操作的幾個重要操作因素。1) 進料狀態精餾塔的進料(含水甲醇)：當進料狀況發生變化(回流比、塔頂精餾產物的組成固定)時，這直接影響到提餾段回流量的改變。進料板的位置也隨著改變，將引起理論板數和精餾段，提餾段塔板數分配的改變。對于固定迸料狀況的精餾塔來說，進料狀況的改變，將會影響到產品質量及損失情況的改變。2) 回流比回流比對精餾塔操作影響很大，直接關系著培內各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。最終反映在塔的分離效率上，是重要的操作參數之一。一般情況下，～2倍。～()。其調節的依據是根據塔的負荷和精甲醇的質量。當塔的負荷較低時，可以取較低的回流比比較經濟，為保證精甲醇的質量，精餾段靈敏板的溫度可以控制的略低；反之，則增大回流比，在照顧精甲醇質量的同時，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。對粗甲醇精餾，回流比過大或過小，都會影響精餾操作的經濟性和精甲醇的質量，一般在正常生產條件受到破壞或產品不合格時，才調節回流比；調節后盡可能保持塔釜的加熱量穩定，使回流比穩定。在調節回流的同時，要注意板式塔的操作特點，防止液泛和嚴重漏液，都將會造成塔內操作溫度的混亂。當改變回流比時，由于操作的變動，必然特引起塔內每層板上濃度(組成)和溫度的改變，影響甲醇的質量和甲醇的收率，必須通過調節，控制塔內適宜的溫度，達到新的平衡，在粗甲醇含量和產量確定的條件下，甲醇精餾系統正確的設計十分關鍵。3) 進料量和組成甲醇精餾塔進科量和組成改變時，都會破壞塔內物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動，如不及時調節，將會導致精甲醇的質量不合格或者增加甲醇的損失。隨著進料量的調節，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應。粗甲醇的組成一般是比較穩定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應溫度的升高而變化較大。但是預精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會有些小幅度波動。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會造成塔內物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低或塔項溫度升高，加大了甲醇損失或降低了精甲醇的質量。這時，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對精甲醇的采出量稍作調節，就可達到塔溫穩定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時，則需適當改變其進料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當合成催化劑后期生產的粗甲醇進行蒸餾時，有時為確保精甲醇的質量，以保證精餾塔進料位置降低，同時適當加大回流比。如前所述，對粗甲醇精餾塔的操作概念，可以概括如下：在穩定塔壓的前提下，采用在較高蒸汽速度(負荷)下操作，既提高傳質效果又最經濟；選擇適宜的回流比，降低能量消耗；一般在進料穩定和變化緩慢的情況下，通過經常性小量調節精甲醇和重組分的采出量，以保持塔溫的合理分布和穩定，維持好塔內三個平衡，使產品甲醇達到質量指標，同時回收副產品——重組分，并盡最大可能降低殘液中有機物的含量。 本課題來源及思路近幾年，全球甲醇需求量不斷上升，2000年全球甲醇生產能力為3803萬噸，需求量為3020萬噸，預計到2005年產能將達4294萬噸，需求量為3481萬噸；到2010年，世界甲醇產能將達5099萬噸，需求量為4226萬噸。美國、西歐、亞洲甲醇供不應求，主要依賴進口解決。國內甲醇項目也在不斷上馬，10萬噸甲醇在規模上已遠遠落后于新項目的規模，以往的設計資料有的設計院還在沿用以往已用的設計資料或是對于需要新建設、規模大的項目設計上無從下手，造成了大規模甲醇設計基礎研究和設計資料不完善的狀況。本論文即以完善大規模甲醇工藝設計并作應用基礎研究為目的，對具有不同特點的工藝進行分析和理論總結，對流程加以改進，提高產品質量、提高裝置的能力。本論文的主要研究內容包括以下幾個方面：1) 建立單元操作模型，根據甲醇物系的特點，選擇合適的熱力學方程并根據實際情況進行修改，利用流程模擬軟件Aspen，實現對甲醇精餾系統的全流程模擬，建立物料平衡和能量平衡，確定各主要設備的操作參數。2) 利用所建立的單元操作模型，對不同的甲醇精制系統做詳細的分析，用模擬軟件進行模擬，考察不同的工藝流程的特點以及分離效果和能耗指標。3) 考察甲醇精餾系統的模擬計算結果并進行更深入的討論，開發新的甲醇精餾系統流程。4) 從建立甲醇精餾系統工藝包的高度，對甲醇精餾系統的設備因素加以考慮，選擇合適的塔設備以及相應的塔內件等等，并對塔內壓降進行計算，使之滿足設計需要。第二章 物料衡算原料為粗甲醇，成份及含量如下表： 成分含量（wt%）N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHH2O合計100注：精餾工段產品為精甲醇，%(重量百分含量)。 物料衡算按年30萬噸精甲醇計算，%。年工作日按330天計，則精甲醇每日，每小時產量為 =909噸/日=每小時所需粗甲醇的量 = 預塔物料衡算 圖21 入料（以小時計） 粗甲醇： Kg/h通過各組分質量分數計算各組分的量：Mi=M總Wt%例：CO2的量 %=709(Kg/h） 依此計算其它組分的量列表如下 表22組分CO2 CH3OHCH3OCH3 C2H5OH C4H9OHH2O N2＋Ar百分數（%） 組分量（Kg/h）709一般來說， 粗甲醇進入預塔的水含量在20%左右為最佳，本設計采用水含量11%，則設加水為m t/h(m+)/(+m)=11%得 m= t/h堿液：， Kg 92%的NaOH，則耗5%堿液量= t/h塔頂出料：表23組分CH3OCH3N2＋ArCO2組分量（Kg/h）709塔釜出料:表24組分甲醇乙醇丁醇水軟水組分量（Kg/h）310 出料總計 ++709+++++310 = （Kg/h)其中，汽相：： 加壓塔的物料衡算 因為堿液和軟水最終以廢液排出，對物料衡算沒有影響，這里就不加入計算。 入料： 表25組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O組分量（Kg/h）進料各物料的質量分數：表26組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O質量分數（%）塔頂出料的質量分數： 甲醇； 100%塔釜出料的質量分數：表27組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O質量分數（%）以甲醇為關鍵組分進行物料衡算F = D + W F XF = W XW + D XD 帶入數據可得， = D + W ①% =W%+D100% ②則計算可得D = （Kg/h） Kg/h塔釜出料 W = – = (Kg/h)塔釜出料：表28組分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O組分量（Kg/h） 常壓塔物料衡算 加壓塔塔釜出料即為常壓塔進料常壓塔塔頂出料的質量分數： 甲醇； 100%常壓塔塔釜出料的質量分數： 水； 100%