CN106957214A - 甲醇热泵精馏系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甲醇热泵精馏系统及方法，属于热泵精馏领域。系统包括4级依次串联的热泵分离装置,其中每级热泵分离装置均包括精馏塔塔体（2）、蒸汽压缩机（3）、再沸器（5）、冷凝器（4）;其中精馏塔塔体（2）塔顶蒸汽出口与蒸汽压缩机（3）入口相连，蒸汽压缩机（3）出口与再沸器（5）热源入口相连，再沸器（5）热源出口与冷凝器（4）入口相连,冷凝器（4）出口分为两路，一路作为分塔顶出料管路，一路与精馏塔塔体（2）回流口相连;再沸器（5）物料出口与精馏塔塔体（2）物料入口相连,精馏塔塔体（2）物料出口与再沸器（5）物料入口相连。本发明充分应用了塔顶蒸汽的潜热，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于热泵精馏领域，涉及一种甲醇热泵精馏系统及方法。
背景技术
甲醇是现代化工基本有机原料之一，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品。甲醇用于生产汽油辛烷值添加剂甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料，以及甲醇蛋白等产品，促进了甲醇生产的发展和市场需要。
在合成甲醇工业化生产过程中，粗甲醇的精制是保证甲醇产品质量的重要操作单元，同时在甲醇精制过程中的能耗也是影响甲醇生产成本的关键因素，直接影响到工业生产的成本。因此，通过工程技术手段降低精馏塔塔体操作成本是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲醇热泵精馏系统及方法，降低传统生产过程中的能耗。
一种甲醇热泵精馏系统，其特征在于：包括4级依次串联的热泵分离装置，其中每级热泵分离装置均包括精馏塔塔体、蒸汽压缩机、再沸器、冷凝器；其中精馏塔塔体塔顶蒸汽出口与蒸汽压缩机入口相连，蒸汽压缩机出口与再沸器热源入口相连，再沸器热源出口与冷凝器入口相连,冷凝器出口分为两路，一路作为分塔顶出料管路，一路与精馏塔塔体回流口相连；再沸器物料出口与精馏塔塔体物料入口相连,精馏塔塔体物料出口与再沸器物料入口相连；上述4级热泵分离装置中，第1级热泵分离装置的精馏塔塔体入口为粗甲醇入口，第2至4级热泵分离装置的精馏塔塔体入口与上一级热泵分离装置的精馏塔塔体的出口相连。
所述的精馏塔塔体为板式塔或填料塔。
所述的再沸器为板式换热器、或强制循环换热或降膜式换热器。
所述的蒸汽压缩机为罗茨式、或离心式、或双螺杆式。
所述甲醇热泵精馏系统及方法，其特征在于：每一级热泵分离装置中，甲醇溶液进入精馏塔塔体进行精馏，塔顶采出轻组分蒸汽经过蒸汽压缩机增压升温，压缩后的轻组分蒸汽作为再沸器的热源，再沸器排出液经冷凝器冷却后分为两部分，一部分排出，一部分作为精馏塔塔体的回流液；上述4级热泵分离装置中，第1级热泵分离装置中进入精馏塔塔体的甲醇溶液为粗甲醇，第2至4级热泵分离装置中进入精馏塔塔体的甲醇溶液是上一级热泵分离装置的精馏塔塔体的出口所排除的溶液。
所述甲醇热泵精馏系统及方法，其特征在于：所述各级精馏塔塔体操作压力为100kPa-800kPa，回流比为1.5-5；所述的蒸汽压缩机的，压缩比为1.5-3.63。
本发明的优点在于：利用热泵精馏作为甲醇的精制方式，压缩后的蒸汽作用再沸器的热源，充分应用了塔顶蒸汽的潜热，具有显著的经济效益。
附图说明
图1热泵工艺流程图；
图中标号名称:1：粗甲醇；2:精馏塔塔体；3：蒸汽压缩机；4：冷凝器；5：再沸器。
具体实施实例
实施实例1
现某单位需要每小时精制71万吨甲醇，要求精甲醇产品要求：满足美国联邦工业甲醇标准“AA”级指标。年操作时间8000小时。
粗甲醇组成见表1(质量百分比)
表1粗甲醇组成(质量百分比)
工艺描述：
粗甲醇1(313K，71t/h)进入一级精馏塔塔体进行初步精馏，塔顶甲醇蒸汽(343K，130KPa)经过压缩机3增压升温，操作压缩比为2.15，压后甲醇蒸汽(362K，280KPa)作为精馏塔塔体2再沸器5的热源，再沸器排出液(362K)经冷凝器4冷却后分为两部分，一部分塔顶出料(1.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流。精馏塔塔体塔釜出料(348K，甲醇浓度91Wt％)进入二级精精馏塔塔体进行精馏，塔顶采出塔顶甲醇蒸汽(356K，200KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为1.5，压后甲醇蒸汽(368K，300KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(368K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(30t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(75t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(361K，甲醇浓度84Wt％)进入三级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(340K，110KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为2.4，压后甲醇蒸汽(363K，260KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(363K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(29.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(59t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(356K，甲醇浓度39Wt％)进入四级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(346K，110KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为3.63，压后甲醇蒸汽(380K，400KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(380K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(4.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(4.5t/h，313K)。
所述的一级精馏塔塔体操作压力为130kPa，塔顶温度为343K，塔釜温度348K。
所述的一级精馏塔塔体的压缩机为离心式压缩机，压缩比为2.15，压缩机排气压力为280kPa。
所述的二级精馏塔塔体操作压力为200kPa，塔顶温度为356K，塔釜温度361K。
所述的二级精馏塔塔体的压缩机为罗茨式压缩机，压缩比为1.5，压缩机排气压力为300kPa。
所述的三级精馏塔塔体操作压力为110kPa，塔顶温度为340K，塔釜温度363K。
所述的三级精馏塔塔体的压缩机为离心式压缩机，压缩比为2.4，压缩机排气压力为260kPa。
所述的四级精馏塔塔体操作压力为110kPa，塔顶温度为336K，塔釜温度372K。
所述的四级精馏塔塔体的压缩机为双螺杆式压缩机，压缩比为3.63，压缩机排气压力为400kPa。
与传统精馏系统相比较，采用热泵精馏系统可节约蒸汽80t/h，循环水8250m3/h(32℃—38℃)，增加电力消耗5991kW。以现行价格计算，蒸汽160元/t，循环水0.2元/m3，电费0.8元/度，二者年操作费用比较如下表(每年运行时间按8000h计算)：
| 项目 | 传统三塔精馏 | 热泵精馏新工艺 |
| 蒸汽耗费(万元/8000h) | 10240 | 0 |
| 循环水(万元/8000h) | 1600 | 280 |
| 电费(万元/8000h) | 3834 | |
| 总计(万元/8000h) | 11840 | 4114 |
从上表可以看出，对于71t/h甲醇精制装置，采用热泵精馏每年的操作费用较传统三塔精馏节约7736余万元，约70％，大大的节约了企业的投资，降低了能耗。实施实例2
一种甲醇热泵新工艺：
粗甲醇1(313K，50t/h)进入一级精馏塔塔体进行初步精馏，塔顶甲醇蒸汽(337K，100KPa)经过压缩机3增压升温，操作压缩比为1.7，压后甲醇蒸汽(348K，170KPa)作为精馏塔塔体2再沸器5的热源，再沸器排出液(348K)经冷凝器4冷却后分为两部分，一部分塔顶出料(1.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流。精馏塔塔体塔釜出料(342K，甲醇浓度91Wt％)进入二级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(337K，100KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为1.8，压后甲醇蒸汽(352K，180KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(352K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(30t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(75t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(345K，甲醇浓度76.6Wt％)进入三级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(337K，100KPa)经压缩机增压升温，操作压缩比为2，压后甲醇蒸汽(356K，200KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(356K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(8.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(17t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(349K，甲醇浓度57Wt％)进入四级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(338K，100KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为2.8，压后甲醇蒸汽(366K，280KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(366K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(4.5t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(4.5t/h，313K)。
所述的一级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为337K，塔釜温度342K。
所述的一级精馏塔塔体的压缩机为罗茨式压缩机，压缩比为1.7，压缩机排气压力为170kPa。
所述的二级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为337K，塔釜温度345K。
所述的二级精馏塔塔体的压缩机为离心式压缩机，压缩比为1.8，压缩机排气压力为180kPa。
所述的三级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为337K，塔釜温度349K。
所述的三级精馏塔塔体的压缩机为罗茨式压缩机，压缩比为2，压缩机排气压力为200kPa。
所述的四级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为338K，塔釜温度359K。
所述的四级精馏塔塔体的压缩机为双螺杆式压缩机，压缩比为2.8，压缩机排气压力为280kPa。
实施例3
粗甲醇1(313K，20t/h)进入一级精馏塔塔体进行初步精馏，塔顶甲醇蒸汽(337K，100KPa)经过压缩机3增压升温，操作压缩比为1.6，压后甲醇蒸汽(348K，160KPa)作为精馏塔塔体2再沸器5的热源，再沸器排出液(348K)经冷凝器4冷却后分为两部分，一部分塔顶出料(1t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流。精馏塔塔体塔釜出料(342K，甲醇浓度91Wt％)进入二级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(401K，800KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为2，压后甲醇蒸汽(413K，1600KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(413K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(12t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(24t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(406K，甲醇浓度76Wt％)进入三级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(337K，100KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为2，压后甲醇蒸汽(356K，200KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(356K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(3t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(6t/h，313K)。精馏塔塔体塔釜出料(349K，甲醇浓度58Wt％)进入四级精馏塔塔体进行精馏，塔顶甲醇蒸汽(338K，100KPa)经过压缩机增压升温，操作压缩比为2.9，压后甲醇蒸汽(367K，290KPa)作为精馏塔塔体再沸器的热源，再沸器排出液(367K)经冷凝器冷却后分为两部分，一部分作为塔顶出料(2t/h，313K)，一部分作为精馏塔塔体的塔顶回流(2t/h，313K)。
所述的一级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为337K，塔釜温度342K。
所述的一级精馏塔塔体的压缩机为罗茨式压缩机，压缩比为1.67，压缩机排气压力为160kPa。
所述的二级精馏塔塔体操作压力为800kPa，塔顶温度为401K，塔釜温度406K。
所述的二级精馏塔塔体的压缩机为离心式压缩机，压缩比为2，压缩机排气压力为1600kPa。
所述的三级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为337K，塔釜温度349K。
所述的三级精馏塔塔体的压缩机为罗茨式压缩机，压缩比为2，压缩机排气压力为200kPa。
所述的四级精馏塔塔体操作压力为100kPa，塔顶温度为338K，塔釜温度361K。
所述的四级精馏塔塔体的压缩机为双螺杆式压缩机，压缩比为2.9，压缩机排气压力为290kPa。
Claims (6)
1.一种甲醇热泵精馏系统，其特征在于：
包括4级依次串联的热泵分离装置;
其中每级热泵分离装置均包括精馏塔塔体（2）、蒸汽压缩机（3）、再沸器（5）、冷凝器（4）;其中精馏塔塔体（2）塔顶蒸汽出口与蒸汽压缩机（3）入口相连，蒸汽压缩机（3）出口与再沸器（5）热源入口相连，再沸器（5）热源出口与冷凝器（4）入口相连, 冷凝器（4）出口分为两路，一路作为分塔顶出料管路，一路与精馏塔塔体（2）回流口相连; 再沸器（5）物料出口与精馏塔塔体（2）物料入口相连,精馏塔塔体（2）物料出口与再沸器（5）物料入口相连；
上述4级热泵分离装置中，第1级热泵分离装置的精馏塔塔体（2）入口为粗甲醇（1）入口，第2至4级热泵分离装置的精馏塔塔体入口与上一级热泵分离装置的精馏塔塔体的出口相连。
2.根据权利要求1中所述甲醇热泵精馏系统，其特征在于：所述的精馏塔塔体（2）和精馏塔塔体为板式塔或填料塔。
3.根据权利要求1所述甲醇热泵精馏系统，其特征在于：所述的再沸器（5）为板式换热器、或强制循环换热或降膜式换热器。
4.根据权利要求1所述甲醇热泵精馏系统，其特征在于：所述的蒸汽压缩机(3)为罗茨式、或离心式、或双螺杆式。
5.根据权利要求1所述甲醇热泵精馏方法，其特征在于：
每一级热泵分离装置中，甲醇溶液进入精馏塔塔体进行精馏，塔顶采出轻组分蒸汽经过蒸汽压缩机增压升温，压缩后的轻组分蒸汽作为再沸器的热源，再沸器排出液经冷凝器冷却后分为两部分，一部分排出，一部分作为精馏塔塔体的回流液；
上述4级热泵分离装置中，第1级热泵分离装置中进入精馏塔塔体的甲醇溶液为粗甲醇，第2至4级热泵分离装置中进入精馏塔塔体的甲醇溶液是上一级热泵分离装置的精馏塔塔体的出口所排除的溶液。
6.根据权利要求4所述甲醇热泵精馏方法，其特征在于：所述各级精馏塔塔体操作压力为100kPa-800kPa，回流比为1.5-5；所述的蒸汽压缩机的，压缩比为1.5-3.63。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170718 |