甲醇精馏毕业设计开题报告.docx

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甲醇精馏毕业设计开题报告

四川化工职业技术学院

毕业论文（设计）开题报告

专业班级

应化

姓名

**

学号

01

题目

年产十万吨甲醇的精制

一、选题的目的和意义　　

甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。

近年来随着甲醇下游衍生产品的开发,对甲醇质量提出了更高的要求,国内逐渐出现了甲醇精馏三塔流程（预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔）和四塔流程（预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔、回收塔）。

这两种流程的出现为生产高纯度甲醇提供了技术和工艺保证,是目前大型甲醇装置生产优等品、实现双效精馏的典型工艺流程。

两种流程中的加压精馏塔在保证精甲醇产品质量、实现节能减排上扮演着举足轻重的角色。

通过设计可以巩固、深化和扩大所学基本知识，培养分析解决问题的能力；还可以培养创新精神，树立良好的学术思想和工作作风。

通过完成设计，可以知道甲醇的用途；基本掌握甲醇精制的生产工艺；了解国内外甲醇工业的发展现状；以及甲醇工业的发展趋势。

二、本题的国内外研究现状

国外大型甲醇装置多以天然气为原料，采用天然气两段转化或自热转化技术，包括德国鲁奇公司、丹麦托普索公司、英国卜内门化工公司和日本三菱公司等企业的技术。

相对煤基甲醇技术，天然气转化技术成熟可靠，转化规模受甲醇规模影响较小，装置紧凑，占地面积小。

尽管近年来国际市场天然气价格也在上涨，但国外甲醇生产企业依靠长期供应协议将价格影响因素降至最低。

　而我国大部分甲醇生产以煤为原料，气化装置规模有限和占地面积大的先天缺陷制约着甲醇生产装置向大型化发展。

同时近年来煤炭价格的大幅度上涨对本来还具有一定成本优势的煤基甲醇产生较大影响，再加上煤基甲醇大多建在西部地区，运输费用较高。

种种因素进一步削弱了煤基甲醇的价格竞争力。

（1）粗甲醇中的甲醇共沸物杂质如碳酸二甲脂，这些杂质会和甲醇形成沸点相同的混合物，极难分离，目前的精馏提纯方法无法分离出这些甲醇共沸物杂质，以致于甲醇产品的纯度无法提高，而且质量很难稳定

（2）甲醇精馏残液中含醇量高残液中甲醇质量百分比浓度普遍在3%以上，在排放的过程中严重污染环境。

（3）蒸汽消耗蒸汽消耗始终无法取得突破，目前吨甲醇精馏消耗蒸汽一般在1.5〜1.8吨。

三、工艺的选择

　1.普通双塔流程

　图1.1普通双塔工艺流程

　精甲醇中的乙醇含量多少，与粗甲醇中的乙醇含量有关;粗甲醇中乙醇的含量又与合成条件有关，如压力、温度、催化剂使用前后期、合成气组份和原料结构等等。

低压法（包括轻油为原料用铜系催化剂的高压法）制得的粗甲醇中含乙醇100~1000ppm,而以煤为原料的中压法（联醇）和高压法（亦用铜催化剂）制得的粗甲醇中含乙醇的量可高达400~2000ppm。

所以精甲醇中的乙醇含量差距也较大，一般为100~600ppm,有时可能高达1000ppm。

这是因为双塔精馏系统，在采出产品的主蒸馏塔塔釜几乎全部为水，乙醇的挥发度又与甲醇比较接近，因而乙醇不可能在塔釜中浓缩，从而有部份乙醇随着甲醇升向塔顶，粗甲醇中相当数量的乙醇转移至精甲醇中。

　据国内甲醇生产经验，利用双塔常压精馏方法，也可将精甲醇中乙醇的含量降至<100ppm，满足了甲醇特殊用途的需要。

但根据蒸馏原理和流程特点，在操作中应采取如下措施。

（1）在预蒸馏塔中脱除轻组份时，结合流程特点，严格控制塔顶回流系统的冷凝温度，尽可能脱除部份乙醇。

（2）提高主蒸馏塔回流比，将沸点高于甲醇的乙醇组份大部份压至塔的下部，使其浓集于入料口附近或接近塔釜的提馏段内，以提高塔顶精甲醇的纯度。

　（3）据乙醇浓集的部位，一般为入料口上下，乙醇可达数千ppm，适当采出部份液体，以排除乙醇，否则，当塔内组份达到平衡以后，乙醇仍然逐板上升进入塔顶产品中去。

显然，以上通过增大回流比和采出乙醇（其中大部份为甲醇，需再蒸馏予以回收）的办法，是以增加粗甲醇精馏的能耗来换取低乙醇含量的精甲醇产品的。

当粗甲醇中乙醇含量较低时，提高回流比的同时，只需少量采出乙醇，即可使精甲醇中乙醇含量降至50ppm左右，且一次蒸馏甲醇收率在95%以上，这样的工况，每吨精甲醇精馏的能耗约为6MkJ。

如果粗甲醇中乙醇含量较高时，则不仅要增大回流比，而且要增大乙醇的采出量，方可使乙醇含量降至50~100ppm，如此一次蒸馏的甲醇回收率仅80%左右，采出物再回收甲醇（二次蒸馏）又需要增加能耗，因此每吨精甲醇精馏的能耗高达6.8MkJ。

显然，从节能降耗和提高产品质量两个方面同时对粗甲醇精馏过程提出要求，双塔常压精馏有其局限性，难以解决这一对矛盾。

　2.高质量三塔精馏工艺

　如果单从降低精甲醇中乙醇含量，甚至将精甲醇的纯度提至99.95%，国外早对粗甲醇精馏工艺作了改进，如美国专利所报道的三塔制取高纯度甲醇流程。

　这里对工艺流程不作详细叙述。

该流程的特点是，三塔基本等压操作，由第三精馏塔采出产品。

关键是由塔2分离水分，保持塔2顶部馏出物（塔3入料）含水量要少，以降低塔3釜液的含水量，一般10%左右，要求小于50%。

由于塔3釜液中含水量甚少，大部份为甲醇，使得乙醇和残留的高沸点杂质得以浓缩，只需塔底少量采出即达到排除乙醇的目的。

如此制得精甲醇中乙醇含量可

　显然，上述流程弥补了双塔常压精馏之不足，实质上即将主精馏塔采出产品移至第三精馏塔，这无疑增加了精馏过程

　图1.2高质量三塔精馏工艺流程

　的热负荷，所以单位产品能耗亦较高，也没有解决好节能和优质的矛盾。

　此流程可很好地产出符合美国AA标准的高质量甲醇。

3.节能型三塔流程[5]

　另一种粗甲醇精馏三塔流程与前述三塔流程不同的是第一精馏塔（加压）和第二精馏塔（常压）均采出产品，约各占一半。

该流程具有如下特点。

（1）节能

　在粗甲醇精馏系统，一般流程都考虑废热的回收利用，如采用蒸汽冷凝水或残液等来加热粗甲醇。

这里主要指多效利用热源蒸汽的潜热，如将原双塔流程的主精馏塔一分为二，第一塔（塔2）加压操作（约0.6MPa）,第二塔（塔3）为常压操作，则塔2由于加压操作顶部气相甲醇的液化温度约为1230℃,远高于常压塔塔釜液体（主要为水）的沸点温度，其冷凝潜热可作为塔3再沸器的热源。

这一过程称为双效法，较双塔流程（单效法）可节约热能40写左右，一般在正常操作条件下，比较理想的能耗为每精制1吨精甲醇消耗热能3MkJ，（折蒸汽约1吨）左右。

　自然，双效法三塔流程投资较多，以年产10万吨精甲醇规模计算，双塔单效法投资为100，则三塔双效法为113;但由于能耗下降前者的操作费用为100，后者仅为64。

显然，三塔双效法效益显著，随着粗甲醇精馏规模的增大效益更加明显。

（2）降低精甲醇中乙醇含量

　双效法三塔粗甲醇精馏工艺不仅节约热能，而且可制得低乙醇含量的优质精甲醇。

由于塔2进料多，采出产品占进料的50%左右，故塔釜甲醇浓度很高，含水量却较低，据国内操作经验一般含水10写左右。

这样的操作条件，有利于塔2内乙醇下移直至浓缩在塔釜内，避免其上升，因而加压塔塔顶的精甲醇产品中乙醇含量甚少，根据粗甲醇的质量不同有波动，约为10~60ppm;其它有机杂质含量也相对减少。

加压塔采出的优质精甲醇可保证达到国标一级品，接近美国AA级标准。

　但常压塔的塔釜中几乎全部为水，不利于乙醇的浓缩，因此若按一般操作方法，塔3顶部精甲醇中乙醇含量较塔2为高，其它有机杂质含量相应亦较高。

至于乙醇含量多少与粗甲醇中乙醇含量有关，粗甲醇中乙醇含量低（<200ppm）时精甲醇中乙醇含量可<100ppm，否则，有可能超过100ppm，与双塔精馏的产品质量相近。

　常压塔釜采出的残液，送至汽提塔回收甲醇。

甲醇中的乙醇含量可能达数千ppm,一般不宜送入产品贮罐。

　（3）甲醇收率较高

　由于加压塔获得了优质甲醇，如已满足了用户需要，则不必苛求常压塔的操作条件，一次蒸馏的甲醇收率即可达95%以上。

　由上述特点不难看出，双效法三塔粗甲醇精馏工艺协调了节能与优质这对矛盾，有50%的精甲醇产品质量特优，可满足甲醇下游加工的特殊需要，其它50%产品也能达到工业使用的要求。

能耗水平较先进。

应该说这一工艺在工业上的应用是比较成功的。

如果常压塔约50%的产品亦需进一步降低乙醇含量，也可用前述双塔流程的操作手段提高回流比、增加塔下部采出量等方法来达到。

当然能耗要增加，但总体上能耗仍低于双塔流程。

　尽管如此，此三塔流程仍然生产不出符合美国AA标准的甲醇产品。

节能型三塔流程可以将精甲醇的纯度提至99.95%

　4.双效法四塔精馏工艺流程

　图1.3双效法四塔精馏工艺流程图

　双效法：

由于加压使物料的沸点升高，顶部气相甲醇的液化温度约为121℃，远远大于常压塔塔釜液体的沸点温度，将其冷凝潜热作为再沸器的热源——这一过程称为双效法。

　预精馏塔作用：

　①脱除甲醇中二甲醚。

　②加水萃取，脱除与甲醇沸点相近的轻馏分。

　③除去其他轻组分杂质。

（2）主精馏塔的作用：

　①将甲醇组分和水及重组份分离，得产品精甲醇。

　②将水分离出来，并尽量降低有机杂质的含量。

　③分离出重组份—杂醇油

　④采出乙醇，制取低乙醇含量的精甲醇

　（3）回收塔的作用：

　回收塔设有侧线抽出，主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。

　采用三个塔精馏+回收塔的工艺流程，预塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的气体（如CO2、CO、H2等）及低沸点组分（如二甲醚、甲酸甲酯）加压塔及常压塔的目的是除去水及高沸点杂质（如异丁基油），同时获得高纯度的优质甲醇产品。

另外，为减少废水排放，增设甲醇回收塔，进一步回收甲醇，减少废水中的甲醇含量。

　从甲醇合成工号来的粗甲醇加入少量稀碱以中和其中的有机酸，然后进入粗甲醇预热器、与预塔再沸器和回收塔再沸器来的蒸汽冷凝水进行换热,预热至71℃进入预塔，经分离后，塔顶气相71.4℃为二甲醚、甲酸甲酯、CO2、甲醇等蒸汽，经二级冷凝后，不凝气通过火炬排放，冷凝液中补充脱盐水作为萃取水，使甲醇充分溶解在水中，减少甲醇在塔顶的损失，加过萃取水的冷凝液60℃返回作为回流液，塔釜为甲醇水溶液，经预后泵增压后用加压塔塔釜出料液进行预热，预热至112℃，然后进入加压塔进行分离。

　经加压塔分离后，塔顶气相为甲醇蒸汽，与常压塔塔釜液换热冷却后，部分返回进行回流，部分采出作为精甲醇产品，经冷却至40℃送中间罐区产品罐，塔釜出料液在换热器中与进料换热后作为常压塔的进料。

　在常压塔中甲醇与轻、重组分及水得以彻底分离，塔顶气相为含微量不凝气的甲醇蒸汽，经冷凝后，不凝气通过火炬排放，冷凝液部分返回作为回流液，部分作为精甲醇产品，经冷却至40℃送中间罐区产品罐，塔下部侧线采出杂醇油作为回收塔的进料。

塔釜出料液为含微量甲醇的废水，经增压后由废水冷却器冷却至40℃，送煤浆制备工段。

　经回收塔分离后，塔顶产品为甲醇蒸汽，经冷却后部分返回回流，另一部分若产品合格则送至精甲醇罐，若产品不合格送粗甲醇罐，塔中部侧线采出异丁基油进入异丁基油中间槽贮存，再间断的通过充入0.45MPaG低压氮气将异丁基油送至中间罐区副产品罐，回收塔底部的少量废水与塔底废水合并经增压冷却后送至煤浆制备工序（或污水处理厂）。

　双效法四塔粗甲醇精馏工艺具有如下特点：

（1）利用加压塔塔顶蒸汽冷凝热作常压塔塔底再沸器热源，从而减少蒸汽消耗和冷却水消耗，总的能耗比二塔流程降低10%～20%。

（2）预塔加萃取水，有效的脱除粗甲醇中溶解的气体CO2、CO、H2、和丙酮、烷烃等轻馏份杂质，使甲醇充分溶解在甲醇水溶液中，从而减少甲醇在预塔塔顶的损失。

　（3）由于预塔塔底的温度远低于加压塔的进料口处的温度，加压塔进料属于冷进料，而加压塔釜液温度又高于常压塔进料口处的温度，常压塔进料属于过热进料状态。

无论是冷进料还是热进料对精馏塔分离都是不利的，需损失一定高度的的填料用于换热。

设计的一台加压塔进料/釜液换热器，尽量降低进料和进料口处的温差，从而提高了加压塔和常压塔的分离效率。

　（4）在常压精馏塔提馏段杂醇油浓缩区设采出口，及时地将难分离的低沸点共沸物-杂醇油采出，从而有效地降低了常压塔的分离难度，减小了操作回流比，达到了节能、提高收率的目的;另外杂醇油采出后，能有效降低常压塔塔底废水中甲醇的含量。

　（5）增设的甲醇回收塔，操作弹性大，操作灵活，可回收甲醇，减少废水中的甲醇含量。

不仅甲醇回收率增加，而且可以在粗甲醇杂质含量较高时从回收塔取出的甲醇用作燃料，避免杂质在系统累积而影响产品甲醇质量。

　双效法四塔粗甲醇精馏工艺总体评价：

　一方面注意根据对粗甲醇精馏程度的要求合理的设计了精馏流程，同时考虑到了简化工艺流程，注意到精馏过程中的能量的合理利用，节约了能量的合理利用。

　另一方面并注重对副产品的回收，并做到了充分利用原料并实现了对环境的保护，最终得到了符合要求的产品精甲醇。

结合专业知识，分析选定合适的工艺参数。

进行工艺计算和设备选型能力的训练。

进行工程图纸的设计、绘制能力的训练。