甲醇精馏工艺操作优化

甲醇精馏工艺操作优化分析

作者：杨东亮

摘要：甲醇及其衍生产品作为替代能源的应用也越来越得到人们的重视。2012年国内甲醇产量达到2600万吨，由于甲醇产能的扩大以及在国家相关能源政策的号召下，降低生产能耗、控制生产成本在甲醇生产企业已显的尤为重要。通过优化精馏工艺操作对节约能耗、提高产品经济效益有着至关重要的作用。

关键词：甲醇精馏 物料平衡 热量平衡 气液平衡 回流比 操作优化

正文：

甲醇精馏是将粗甲醇经过精馏操作提纯得到工业要求纯度的精甲醇。以色谱分析粗甲醇的组成有40多种，大概分为水、甲醇和有机杂质等，其主要组成及组成物沸点见下表。

精馏操作过程是建立在物料、热量、气液平衡的基础上，是要在连续稳态和最经济的条件下处理更多的原料。实际生产中精馏操作通常是用物料平衡为主要调节手段，并控制热量平衡来维持气液平衡的稳态操作。要维持稳态操作就要保证塔压稳定、进出系统物料稳定、进料组成和系统热状况稳

定、回流比稳定、再沸器和冷却器传热条件稳定。由此可见影响精馏操作的条件十分复杂，下文就其主要原因结合实际生产对甲醇精馏操作优化进行分析，为装臵在生产中连续稳定地运行提供一定的参考。

物料平衡是衡量精馏操作稳定程度的重要条件。一般应根据入料量来确定采出量，保持塔内物料平衡，保证精馏塔内操作条件稳定。当物料平衡一旦破坏时，可从塔压差的变化情况看出，如果进得多采得少，塔压差上升；反之塔压差下降。如此导致的结果是当采出量小于入料量时，塔内各点温度下降，轻组份下移，以致釜液中甲醇含量大大超出指标，而造成甲醇有效组份的损失，而且产品可能初馏点降低，影响其质量；当采出量大于入料量时，重组份上移，全塔温度升高，以致产品馏程增大，纯度降低，质量不合格。

汽液平衡主要表现了产品的质量及损失情况，是靠调节塔的操作条件（T、P）及塔板上汽液接触的情况来达到。汽液平衡和物料平衡密切相关，物料平衡掌握得好，汽液接触好，传质效率高，每块板上的汽液组成接近平衡的程度就高，即板效率高。

热量平衡是实现前面两个平衡的基础，热量平衡又依附于物料平衡和汽液平衡。当塔的操作压力、温度发生了改变，则每块板上汽相的冷凝热量和液相的汽化热量也会发生改变，最终体现在塔釜供热和塔顶取热的变化上。

精馏正常操作主要是维持系统的三大平衡，三者是互为影响的。操作中一切工艺条件都必须是缓慢、逐步地调节，在进行下一步调节之前，必须待上一步调节显现效果后才能进行，否则会使工况紊乱，调节困难，达不到预期效果。

为了维系物料平衡系统需要加减进料量时，应遵循以下原则：预精馏塔加进料量时应先加蒸汽后加进料，减进料量时应先减进料再减蒸汽，以保证轻组分脱除干净；加压塔、常压塔加进料时应先加进料再加回流，后加蒸汽，减量时先减蒸汽，再减进料后减回流，这样才能保证两塔塔顶产品质量；加减进料量同时碱液量也随之调整，保证预塔底取样处PH值为7-9。

热量平衡即系统热状况调节一般是通过调节蒸气量来实现的。蒸汽量增大，塔温上升，重组分上移，水和乙醇共沸物上移，影响精精甲醇质量，同时蒸汽加入量过大，上升汽速度增快，有可能造成液泛。因此稳态时精馏塔温升应小于1℃/h。相应地蒸汽量减少，塔温下降，轻组分下移，对预塔来说轻组分有可能被带到后面几个产品塔，造成产品的KMnO4值和水溶性试验不合格。

压力对系统的影响也非常大。压力升高一方面对安全不利；另一方面压力升高使不凝气不能顺利排放，带入后系统，影响精甲醇的酸度和水溶性试验。预塔压力可以通过放空阀开度，塔顶冷凝器冷却水量及预塔再沸器蒸汽加入量调节。

对加压塔来讲，压力若不足，塔顶甲醇蒸汽量下降，影响常压塔再沸器的供热量，导致常压塔塔釜温度下降，废水醇含量超标。加压塔压力调节是通过蒸汽加入量及放空阀、回流量来调节。对常压塔来讲，压力不足有可能引起负压，使设备受到损坏，压力过高使甲醇在塔底的分压增高，造成塔釜废水醇含量超标。常压塔的压力是通调节过放空阀、回流量、回流温度共同实现的。

液位调节在操作中也尤为重要，塔釜液面给定太低，造成釜液蒸发过大，釜温升高，釜液停留时间较短，影响换热效果；塔釜液位给定太高，液位高至再沸器回流口，液相阻力增大，不仅会影响甲醇汽液的热循环，还容易造成液泛，导致传质传热效果差。故各塔液面应保持在60-80%。加压塔、常压塔回流槽液位在开车初期为了使生产的不合格甲醇回流液尽快臵换，回流槽液面可以给定20%，分析产品合格后，液面再给定30-60%。正常生产时，回流槽应有足够的合格甲醇供回流及调节工况。

回流是构成汽液两相接触传热、传质的必要条件。当回流量不足时，塔温上升，重组分上移，影响精甲醇的产品质量，这时就应减小采出，增加回流量。尤其是在产品质量不合格时应增大回流量。当塔的负荷过低，为了保证一定的上升蒸汽速度，应适当加大回流比；当精馏液的轻组分下降到提馏段，造成塔下部温度降低时，可以适当减小回流比，将

塔底温度提高。大的回流比需增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝量，代价是能耗增大，由于加大回流比是靠增大塔底加热率达到的，因此增加了精馏段的液汽比，也增加了提馏的汽液比，对提高两组份的分离程度都起积极作用。回流比增大对塔顶出产品的精馏来说，可提高产品质量，但降低了塔的生产能力，增加水、电、汽的消耗，将造成塔内物料的循环量过大，一定程度甚至会发生液泛，破坏塔的正常操作。对于精馏操作有一最佳回流比的选取，在此回流比下操作总费用最低。最佳回流比通常是根据生产情况及装臵能力经验得来，理论上最佳回流比会在最小回流比的1.1-2倍之间。

结论：精馏操作是建立在稳态和连续的基础上，其操作性强。本文通过对三大平衡及围绕三大平衡的一些实际操作优化的分析，希望能在甲醇精馏生产中和操作人员培训方面有一定的参考，以达到精馏生产装臵在最低能耗、最小成本、稳态连续的工况下安全长周期运行。