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萃取精馏在甲醇精馏中的应用

论文作者:教育理论论文
发表时间:2017-6-4

摘 要:为了提高甲醇产品质量,研究了萃取精馏在甲醇精馏中的应用。结合实际工程经验,应用ASPEN模拟软件,分析在甲醇精馏中应用萃取精馏的实例。结合萃取精馏的基本原理,分析萃取精馏在甲醇精馏中的应用。
  关键词:萃取精馏 甲醇 精馏 应用
  甲醇作为重要的基本有机化工原料之一,在世界经济中起着十分重要的作用。随着世界能源的日趋紧缺,甲醇又逐步发展成为重要的能源替代品,以甲醇为原料合成二甲醚、烯烃等化工产业也得到了迅速的发展。目前,我国甲醇产能已占世界总产能的1/4,总能力逾1500万t/a。而且,随着甲醇衍生物及其下游产品的迅速发展和甲醇燃料的应用,甲醇需求量还会越来越大,因此提高甲醇产品质量和降低生产消耗就越来越引起人们的关注。甲醇精馏是甲醇生产装置的最后一道工序,其能耗约占甲醇生产总能耗的20%左右,甲醇精馏技术的好坏直接关系到精甲醇的质量,因此选择适合企业生产需要的精馏技术,是降低成本、节能降耗、提高企业经济效益和市场竞争力的重要举措。
  甲醇精馏是多个简单蒸馏的组合。由于液体混合物中所含组分的沸点不同,当其在一定温度下部分气化时,低沸点物在气相中的浓度高于其在液相中的浓度,反之液相中高沸点物的浓度较高,这就改变了气液两相的组成。当对部分气化所得的蒸汽进行部分冷凝时,因高沸点物易于冷凝,使冷凝液中高沸点物浓度较高,未冷凝气中低沸点物的浓度较高。如此不断地气化、冷凝,最后使混合液中的组分几乎以纯甲醇组分被分离出来。
  一、萃取精馏原理和萃取剂的选用
  萃取精馏作为一种分离近沸点混合物及其他低 相对挥发度混合物的技术,在石油、化学工业中得到 广泛的应用。它是在相对挥发度接近1或者在形成 共沸物的物料中加入挥发性小、沸点高的第3组分,使物系中组分间的相对挥发度增大,易于用精馏方 法分离。
  萃取剂选择是一个关键问题,良好的萃取剂应符合以下条件:①选择性好,加入少量的萃取剂就能使原组分的相对挥发度有较大提高;②沸点高,与被分离组分的沸点差适当的大,使萃取剂易于与被分离组分分离;③与原料液互溶度大,不产生分层现象;④使用安全,性质稳定,价格便宜等。
  按照相关文献所提供的实例,甲醇-醋酸甲酯、甲醇-丙酮等共沸体系选用水作为萃取剂。水在此精馏体系中具有选择性好(可使醋酸甲酯、丙酮、烃类等与甲醇形成共沸物的组分问相对挥发度有较大提高),沸点高(后续精馏方便),与甲醇可互溶且性质稳定,无毒,且水的性质稳定,价格便宜,故确定水为预塔精馏的萃取剂。
  二、萃取精馏工艺分析
  (一)双塔精馏工艺
  双塔精馏工艺是以前最为普遍采用的流程。这流程主要由预精馏塔和主精馏塔构成。粗甲醇首先进入预塔,它实际上是一个萃取精馏塔,在塔顶和回流槽加入的相当于粗甲醇进料20%~30%的水作为萃取剂,将粗甲醇中所含低沸点的非水溶性杂质脱除。脱除轻馏分的预后甲醇进入主精馏塔,在此实现甲醇和水、高沸点杂质的分离。为了保证粗甲醇中高级醇、酮从甲醇中彻底脱除,在主精馏塔的中下部设有侧线,采用管线形式,其主要杂质水从主塔底部排出(必须保证主塔塔底温度大于104℃,同时主塔塔底残液的pH值在7~9)。脱除杂质后在主塔上部或回流液中得到纯度为99.9%的精甲醇。
  (二)三塔精馏工艺
  三塔流程是由预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔组成的精馏系统。其中,预精馏塔与双塔流程中的预精馏塔流程相同、作用相同。预精馏塔底部脱除轻馏分后密度保持在0.84g/cm3-0.87g/era3的预后甲醇液由加压塔给泵加压到0.56MPa~0.60MPa,经加压塔出料换热器和加压塔再沸器冷凝水换热,将温度提高到125℃后送入加压精馏塔中下部,加压塔塔底由0.4MPa蒸汽通过加压塔再沸器加热到135℃左右,塔顶蒸出的甲醇蒸气进入加压塔冷凝器冷却,甲醇蒸气冷凝潜热作为常压精馏塔的热源,出加压塔冷凝器的甲醇液再次进入加压塔回流槽,一部分由加压塔回流泵加压后送入加压精馏塔作为回流液,其余部分经精甲醇冷却器冷却到40℃作为合格产品。将加压精馏塔底部排出的甲醇液送至常压精馏塔中下部,常压精馏塔与双塔精馏工艺中的主塔流相同、作用相同。所不同的是,常压精馏塔的底部源由加压精馏塔的塔顶蒸汽冷凝潜热提供。常压精馏塔的再沸器跟加压精馏塔的回流冷凝器是同一台设备。
  三、甲醇精馏塔的选择
  对精馏过程来说,精馏设备是使过程得以进行的重要条件,它直接影响到生产装置的产品质量、生产能力、产品收率、能源消耗、三废处理等。按内件分,精馏塔可分为板式精馏塔和填料型精馏塔两种。传统的板式精馏塔,塔身高大,操作弹性小,结构复杂,安装和检修十分困难,具有开孔率低,传质、传热效果差的弊端。在生产过程中粗甲醇、水、电、蒸汽等消耗较高,而且控制点多,操作复杂,工艺指标反应滞后,产品质量不太稳定。随着新型板塔的开发,又出现了导向浮阀、斜孔筛板、垂直筛板等板式塔结构,使之在能耗、甲醇回收率等方面有了较大的改善。
  目前甲醇精馏使用较广泛的是填料塔,其塔内件一般采用经特殊工艺处理的不锈钢丝网波纹填料,配套新型气液分布器,可有效防止“壁流”的存在,具有比表面积大,液体均布能力强,塔体阻力小,传质、传热效率高,操作弹性大,安装检修方便等优点。与传统板式塔相比,相同生产规模下能使主、预塔的塔高降低1/3左右,只是设备造价较高。
  四、实例分析
  某甲醇工程合成工段选用等压合成工艺,催化剂选用铜基催化剂。精甲醇要求满足美国联邦AA级甲醇技术规格(0一M-232E)。预塔操作条件:塔顶0.045MPa(表压),粗甲醇预热到72℃进料,萃取回流液送回塔顶。结合ASPEN流程模拟软件分析萃取精馏对于粗甲醇精馏的作用。萃取剂加入质量分数约为粗甲醇进料质量分数的10%较为合适。工程中针对萃取水质量分数的变化对辛烷、癸烷、丙酮与甲醇相对挥发度加以分析。辛烷、癸烷相对甲醇的挥发度随着萃取剂水质量分数增大而增高。实验中,丙酮随萃取水质量分数增大相对挥发度逐渐减少。可见萃取剂质量分数增大可使癸烷、辛烷等和甲醇形成沸点低于甲醇的共沸物,更易从塔顶脱除,而萃取剂质量分数过大则会导致丙酮等相对挥发度减少。且随着萃取剂质量分数的增加会导致塔热负荷的增加,以致增大精馏工序的蒸汽消耗。通过软件模拟与工程实际操作经验得出选择水作为萃取剂,萃取剂质量分数为粗甲醇进料质量分数的10%。
  结合模拟软件对粗甲醇精馏预塔采用萃取精馏,选用水作为萃取剂,分为2股加人塔内。此技术在多个甲醇项目精馏工段工艺设计采用,并一次投料成功,产品均同时达到美国联邦AA级标准和国标优等品标准。
  参考文献
  [1]刘建新,肖翔. 萃取精馏技术与工业应用进展[J]. 现代化工. 2004(06)
  [2]黄洁,郭志强,高燕如,张振欧. 甲醇双塔精馏过程的模拟与分析[J]. 化肥设计. 2004(01)
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