甲醇精制的控制与优化

    高帆

    

    

    摘 要：本文通过对甲醇精制单元流程介绍及其影响因数入手，分析了甲醇精制效果的影响因素，从中总结出该单元的控制方法。

    关键词：甲醇精制;双效精馏

    在化学品的制造、加工与使用过程中，几乎处处都使用溶剂和助剂。其作用是用来克服分子或化学品合成与制造中的特殊障碍。甲醇，作为一种重要的工业原料，因其具备良好的溶剂性能参数，常常被用来当做化学反应溶剂。在其工业应用过程中，往往存在具有不同成分的甲醇溶液，虽然浓度不同，但其中主要成分还是水和甲醇，在甲醇回收过程中，甲醇和水的分离是耗能的主要部分，关于甲醇水溶液精馏过程的节能研究具有重要意义。

    多效精馏因其对能量利用的高效性，常用于甲醇的精馏与回收。我装置采用高低压塔双效顺流串联的精馏方式用于对装置甲醇进行回收，具体工艺流程见图1。

    1 工艺简介

    在我装置甲醇精制单元中，装置需要回收的甲醇进入高压精馏塔经底部蒸汽加热，高压塔顶部气相甲醇引至低压精馏塔再沸器，与低压精馏塔塔底物料经过换热后冷凝进入高压精馏塔回流罐，一部分作为粗甲醇产品采出，另一部分经回流泵加压送至高压精馏塔塔顶用作回流液。高压精馏塔底部物料继续进入低压精馏塔进行分离，低压精馏塔作为装置另外几个低压塔再沸器的热源，经过换热后冷凝液进入低压精馏塔回流罐，一部分作为精甲醇产品采出，另一部分经回流泵加压送至低压精馏塔塔顶用作回流液。塔底残液送往污水处理系统。

    2 精馏塔操作的影响因素

    根据双效精馏塔其作用原理，我们可以对该系统进行简化分析，将其看成两个串联的精馏塔，高压精馏塔与低压精馏塔两个部分。需要分离的甲醇，经过高压塔进行初步分离，采出一部分粗甲醇，底部未分离的甲醇，进入低压塔，通过高压塔顶部提供的热源对这一部分甲醇进行进一步分离，从顶部得到精甲醇，其底部含微量甲醇的水进入后续系统经行处理。

    对于工业生产而言，一个设计成型精馏塔的控制，因其进料口及塔板数固定，在日常操作中，我们平常操作的参数主要有塔的进料流量、组成及温度，顶部采出流量，底部采出流量，即回流比，以及该塔的热负荷。下面就我们装置生产负荷变化时，对我们装置高低压塔的参数调整进行分别进行讨论。

    3 进料的影响

    目前工业生产中关于精馏塔工艺进料的具体形式有五种，分别是冷进料、饱和液、气液混合物、饱和气、过热气。进料状况的变化会对产品的质量产生一定的影响，包括进料量、温度以及主要组成的变化。

    首先，关于进料量对精馏塔的影响，其情况分为两种情况。其一对顶温和釜温的影响，进料量变化范围要保障在精馏塔相关位置所能承受负荷的范围之内，如果料量不合理，会同时对顶温、釜温以及蒸汽三者产生严重的影响，尤其是对前两者而言极为严重。其二是精馏塔进料量变化范围超出塔顶冷凝器以及加热设备的负荷范围时，会影响精馏塔内部气液相接触交换情况、改变顶温以及釜温，严重时会使精馏塔塔板部位的气液平衡结构遭到破坏，从而影响产品质量。

    其次是进料温度的影响，进料温度的高低都会影响塔顶冷凝器及塔底再沸器的工作状况。其中如果进料温度过高会使精馏塔工艺整体的温度升高，严重时导致轻组分气相负荷增加，顶部出料变多，底部出料浓度降低，产品不合格;反之如果进料温度过低，加热设备的热负荷不够，严重时，会使轻组分带至塔底，导致底部出料不合格。

    最后是进料组成的变化的影响，进料组成的变化直接对精馏塔工艺的操作过程造成严重的影响。首先进料组成中轻组分的影响，进料中轻组分增加，在分离要求不变的条件下，塔顶、塔底温度保持不变;塔内气相负荷随之增大; 塔内液相负荷在精馏段几乎不变，而在提馏段内液相负荷随之增大;所需回流比也随之减小;塔内热负荷随之增大;如果调整不及时会造成轻组分带至塔底，导致底部出料不合格。

    就我们装置而言，该塔的进料流量、组成及温度的变化变化主要是由于生产负荷调整造成，为了装置生产的平稳，减少这种波动，我们在装置正常生产时采取了多项有效措施，针对进料组分中水不足的情况，通过对系统补加回收废水从而控制系统组分的相对稳定，另外通过控制来料各塔的压力稳定及来料各塔采出比例来控制出料组分，从而控制进料温度、组成相对稳定。另一方面在控制系统稳定，保证生产的情况下，也需要减少水的带入从而达到节能的目的。

    4 回流比的影响

    对于一个精馏塔回流比是影响塔顶部甲醇纯度的重要指标， 也是精馏操作过程中重要的调节指标。在生产调整过程中，加大回流比，会使塔顶甲醇纯度增加， 但是当回流比增大到一定程度时，受物料衡算影响，增加回流比，塔顶产品质量不会又名小的提高，同时也会增加精馏系统的能耗;减小回流比，会导致顶部甲醇纯度下降， 影响甲醇质量， 只有回流比合适，才能在确保塔顶采出甲醇质量的同时不会增加过多能耗。

    因装置生产时分离的甲醇水溶液浓度大致在82%左右，根据模拟软件计算结果分析，不同回流比下对应的高压精馏塔、低压精馏塔塔顶甲醇纯度如图2和图3所示。由图2、图3可知，随着回流比的增加塔顶甲醇纯度也随之增加。当加压精馏塔回流比为1.25， 常压精馏塔回流比为1.20时，塔顶甲醇纯度达到98%以上， 继续增加回流比虽然有利于产品质量提高，同时也会增加能耗， 因此确定加压精馏塔、常压精馏塔最佳回流比分别为1.25和1.20。在日常生产中，可视化验分析及进料组成变化对回流比进行小幅度调整。

    5 系统热负荷的影响

    因低压精馏塔加热蒸汽的热源全部来之高压精馏塔顶部气相甲醇蒸汽的热量，低压精馏塔与另外几个低压塔换热的热源主要来自低压精馏塔顶部气相甲醇蒸汽的热量，装置甲醇精制单元的热负荷主要有高压精馏塔底部再沸器蒸汽控制。故而当装置负荷发生变化时，为保证各塔热量供应充足，应及时调整高压塔的蒸汽供给量。

    结论

    就我们装置而言，为了生产的平稳运行，在日常生产中，首先，我们要控制好各甲醇塔来料的流量、组分及受热状态的稳定，以减少系统的波动;其次，在当进料组分发生改变时需要适当调整回流比，改变气液相负荷的大小，以稳定塔顶产品质量;再有当系统进料流量发生变化时，需要及时调整再沸器内加热剂流量、压力等，改变气相负荷大小，保证塔底产品的质量，以稳定生产。

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