甲醇精餾工藝參數(shù)的優(yōu)化探究

余濤

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

甲醇是一種有毒性氣體，其主要特點(diǎn)為無色透明、氣味強(qiáng)烈并且易被揮發(fā)，是化工產(chǎn)業(yè)中十分重要的原料，能夠參加到化學(xué)反應(yīng)中用于甲酸、乙酸以及氯甲烷等有機(jī)產(chǎn)品的制造。近年來，我國化工行業(yè)發(fā)展迅速，其能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，甲醇的使用范圍也愈加廣泛，使用量與日俱增。在具體制備環(huán)節(jié)，不僅需要使用傳統(tǒng)有機(jī)物合成，還需要使用人工合成蛋白。但是，在具體制備環(huán)節(jié)獲得的甲醇存在一定的醚、酮以及高級醇。因此，制備粗甲醇需要通過精餾操作獲得精甲醇。該廠以三塔精餾技術(shù)為基礎(chǔ)，完成精餾操作獲得精甲醇，進(jìn)而有效提高精制甲醇精度。經(jīng)過相關(guān)研究數(shù)據(jù)可知，目前，精餾流程在占據(jù)全部交流生產(chǎn)流程的1/5，所以，需要合理設(shè)計甲醇精餾工藝參數(shù)。

1 甲醇制備工藝概述

在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)，無論是使用哪種催化劑，因?yàn)榉磻?yīng)過程中受到溫度以及壓力的作用，其產(chǎn)物中存在較多雜質(zhì)，主要成分包括水、醚、酮等有機(jī)雜質(zhì)混合液。通常情況下，可以將粗甲醇劃分為輕組分、甲醇以及重組分。其中，輕組分屬于沸點(diǎn)低于甲醇的雜質(zhì)，重組分則是沸點(diǎn)高于甲醇的雜質(zhì)。

粗甲醇的雜質(zhì)主要包括水、有機(jī)物和乙醇。三者中水的含量較少，具有特殊性，能夠使用常規(guī)方法分離；乙醇含量較少，但是，對甲醇質(zhì)量有較大的影響，因此，精餾的過程中應(yīng)重視對其的處理。粗甲醇的精餾工藝主要原理為：因?yàn)槠渲须s質(zhì)和甲醇的揮發(fā)性存在差異，使用蒸餾法將其分離。當(dāng)下具體時間過程中的甲醇精餾流程可以分為單塔流程、雙塔流程和三塔流程。

單塔精餾流程僅僅根據(jù)精餾塔對粗甲醇實(shí)現(xiàn)蒸餾操作，導(dǎo)致輕組分從精餾塔塔頂分離出去，重組分則當(dāng)作殘余的液體從精餾塔的塔底排出。該精餾流程的主要優(yōu)勢在于成本低、結(jié)構(gòu)簡單，但是，在這一流程下得到甲醇的純度不佳。雙塔精餾工藝主要是通過預(yù)精餾塔和主精餾塔實(shí)現(xiàn)。預(yù)精餾塔是單塔精餾的一個重要組成部分，雙塔精餾工藝將其中獲得的重組分雜質(zhì)在主精餾塔中進(jìn)行二次處理，進(jìn)而提高最終得到甲醇的濃度。雙塔精餾工藝得到了我國中小甲醇生產(chǎn)企業(yè)。三塔精餾工藝主要需要預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔。當(dāng)前，該廠所使用的的精餾工藝為三塔精餾工藝，完成對粗甲醇的三次蒸餾處理，進(jìn)而保證能夠得到純度更好的甲醇。本文重點(diǎn)分析三塔精餾工藝中的重要參數(shù)優(yōu)化，不僅要保證甲醇純度，同時，還需要使其具有節(jié)能的作用。

精餾塔是甲醇精餾裝置中的最重要設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對裝置的耗能、產(chǎn)品登記以及設(shè)備成本等由決定性影響，因此，對于其內(nèi)部的設(shè)計和選型十分重要。我國甲醇精餾塔內(nèi)部構(gòu)件多為浮閥、篩板以及導(dǎo)向浮閥等塔板式內(nèi)部構(gòu)件。除此之外，還包括填料式內(nèi)部構(gòu)件。填料式內(nèi)部構(gòu)件精餾塔的操作彈性較好，效率較高，能夠降低精餾塔高度，優(yōu)勢明顯，其主要不足之處體現(xiàn)在壁流現(xiàn)象嚴(yán)重，致使熱量損失較大，耗能增加，而且采出點(diǎn)位于分布器，調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量較為困難。而塔板式精餾塔能夠有效防止壁流問題，并且存在都城塔板，能夠根據(jù)其原料雜質(zhì)設(shè)置不同的產(chǎn)品及雜質(zhì)采出口。與不同粗甲醇成分以及不同用戶對成品的需求結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化操作，進(jìn)而滿足乙酸生產(chǎn)企業(yè)中對甲醇中乙醇含量的要求。其主要不足表現(xiàn)在操作彈性不佳。因此，上述兩種設(shè)備均各有利弊，在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇。

2 甲醇精餾工藝流程模擬

本文使用模擬分析的方法優(yōu)化甲醇三塔精餾工藝相關(guān)參數(shù)，所使用的軟件為Aspen Plus 軟件。將該軟件作為基礎(chǔ)建立專門的甲醇精餾工藝流程模型。該廠所使用的的三塔精餾工藝產(chǎn)量約為60 萬t/a。在三塔精餾工藝過程中，預(yù)精餾塔承擔(dān)粗甲醇幾乎全部的精餾任務(wù)，加壓精餾塔以及常壓精餾塔的主要目的除了蒸餾外，還包括減少熱能的消耗。

2.1 粗甲醇精餾要求

粗甲醇通過三塔精餾工藝后得到的甲醇含量約為100%，通過甲醇中乙醇的含量≤10×10-6，全部工藝流程中甲醇的回收率高于99%。

2.2 甲醇精餾模擬工藝流程的建立

（1）預(yù)精餾塔工藝流程模擬。與具體生產(chǎn)過程中預(yù)精餾塔工藝流程結(jié)合，將Aspen Plus 軟件作為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的模擬流程圖，進(jìn)入預(yù)精餾塔粗甲醇的參數(shù)。

（2）加壓精餾塔工藝流程模擬。與具體生產(chǎn)加壓精餾塔工藝參數(shù)結(jié)合，在Aspen Plus所建立的模擬流程具體參數(shù)。

（3）與具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加壓精餾塔工藝參數(shù)結(jié)合，在Aspen Plus 建立的模擬流程相關(guān)參數(shù)。

3 甲醇精餾工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1 預(yù)精餾塔工藝參數(shù)優(yōu)化

對精餾塔甲醇純度以及能耗影響的因素較多，主要包括下述幾方面：理論板數(shù)、質(zhì)量回流比、采出率、進(jìn)料設(shè)置、工藝萃取水量和不凝氣防控溫度等。所以，優(yōu)化預(yù)精餾塔需要從下述幾項參數(shù)展開。

（1）理論板數(shù)對質(zhì)量回流比的直接影響。根據(jù)相關(guān)研究顯示，理論板數(shù)和質(zhì)量回流比呈反相關(guān)關(guān)系，前者的增加會導(dǎo)致后者減少，對其影響拐點(diǎn)的理論板數(shù)等于35。并且如果理論板數(shù)＜35，則會導(dǎo)致預(yù)精餾塔的熱負(fù)荷及操作成本增加。所以，最合適的理論板數(shù)為35 塊。

（2）質(zhì)量回流比和粗甲醇組分的分離程度呈正相關(guān)關(guān)系，前者的提高會導(dǎo)致后者程度加深，同時，也會導(dǎo)致系統(tǒng)的熱負(fù)荷提升，進(jìn)而使能耗持續(xù)提升。所以，對組分程度及耗能因素展開全面分析，最合適的回流比為75，應(yīng)將塔頂最佳采出率保持在0.85%左右。

（3）通過理論研究能夠發(fā)現(xiàn)，如果進(jìn)料位置超過10 塊板，精餾塔中丙酮的含量＞15×10-6，如果進(jìn)料位置不足10快板，精餾塔中丙酮的含量則會15 ＜×10-6，符合分離的要求。但是，基于對節(jié)能效果的考慮，如果進(jìn)料板的位置＜17，那么熱負(fù)荷基本趨于穩(wěn)定并且較低。所以，進(jìn)料板的最佳位置為17 塊板。除此之外，對丙酮分離效果及經(jīng)濟(jì)因素展開全面分析，需要合理控制工藝萃水量，通常情況下，需要使其保持在5500kg/h，將不凝氣放空溫度控制在42℃。

3.2 加壓精餾塔和常壓精餾塔工藝參數(shù)優(yōu)化

對上述分析方法進(jìn)行總結(jié)，優(yōu)化加壓精餾塔及常壓精餾塔參數(shù)，最終的結(jié)果如表1 所示。

通過以上優(yōu)化后的工藝參數(shù)能夠應(yīng)用于甲醇精餾工藝流程中，其主要使用價值主要體現(xiàn)在下述兩大方面：第一，甲醇的回收率得到有效改善；第二，甲醇精餾工藝的總耗能顯著降低，約10%。

表1 加壓精餾塔和常壓精餾塔工藝參數(shù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)語

在制備甲醇工藝過程中，無法預(yù)防在甲醇產(chǎn)品中存在水、乙醇、酮及醚等雜質(zhì)，對其應(yīng)用場合造成嚴(yán)重影響。并且該廠甲醇精餾工藝漢能所占比例較大。所以，在三塔精餾工藝中優(yōu)化預(yù)精餾塔、加壓精餾塔及常壓精餾塔中的理論板數(shù)、質(zhì)量回流比及進(jìn)料位置。根據(jù)結(jié)果可知，通過優(yōu)化后的參數(shù)能夠有效提高甲醇的回收率及節(jié)能率。