关于甲醇精馏系统水资源循环利用的探讨

关于甲醇精馏系统水资源循环利用的探讨

刘坤  魏亚兰

陕西长青能源化工有限公司   陕西宝鸡  721000

摘  要：在煤制甲醇工艺中，甲醇精馏工序设计采用多个换热器对系统中的汽相甲醇进行冷却、降温，而这些换热器一般会采用冷却水进行换热，同时需要加入一定量除盐水萃取分离其中杂质，这便造成精馏系统对于水资源产生较大的依赖性，如何有效地降低精馏系统水资源消耗，实现水资源循环利用将是我们持续关注的课题。下面以我公司首期60万吨/年煤制甲醇工艺为例，结合甲醇精馏工序的工艺特点，对甲醇精馏系统水资源减量和循环利用进行探讨。

关键词：甲醇精馏；冷却水；除盐水；减量。

1

1引  言

近些年煤化工行业的蓬勃发展，煤制甲醇工艺技术已经十分成熟。煤制甲醇工艺主要流程包括煤气化、净化、合成、精馏等工序，其主要任务是将煤与氧气在高温下反应产生以氢气、一氧化碳、二氧化碳为主的粗煤气，再经过一系列净化工序脱出其中硫化物等杂质，调整粗煤气中有效组分的配比，最后进入合成工序在催化剂的作用下反应产生粗甲醇，合成产生的粗甲醇中含有水、乙醇等杂质，根据需要在精馏工序中对其提纯、除杂，得到合格的产品甲醇。

精馏是将由挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔内通过同时而且多次进行部分汽化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。在精馏过程中，混合料液由塔的中部某适当位置连续加入，塔顶设有冷凝器，将塔顶蒸汽冷凝为液体，冷凝液的一部分返回塔顶，进行回流，其余作为塔顶产品连续排出，塔底部装有再沸器以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体在塔板或填料上进行充分的逆流接触并进行热量传递和物质交换，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。下面以我公司甲醇精馏工序为例，对精馏系统水资源降耗、减量利用进行探讨。

2甲醇精馏工艺流程

国内甲醇精馏工艺普遍采用二塔精馏、三塔精馏及“3+1”塔精馏等生产工艺，各种精馏工艺技术都已非常成熟。我公司首期60万吨/年甲醇精馏采用“3+1”塔工艺技术，其工艺流程如下：

    来自甲醇合成或中间罐区的粗甲醇先后经粗甲醇预热器E-3501、粗甲/精甲换热器E-3501A，分别与来自预塔冷凝液再沸器E-3504B的蒸汽冷凝液和来自加压塔回流槽V-3504的精甲醇换热，粗甲醇被加热送入预塔C-3501。

为了防止粗甲醇中酸性物质对设备、管道的腐蚀，通过碱液泵P-3501A/B/C/D从碱液槽V-3502向预塔和粗甲醇预热器E-3501的入口粗甲醇中加入一定量的稀碱液，控制预后甲醇的酸碱度。

预塔热源有两个：蒸汽再沸器E-3504A和冷凝液再沸器E-3504B。E-3504A采用0.5MPa饱和蒸汽提供热量，E-3504B采用加压塔再沸器E-3506来的蒸汽冷凝液提供热量。预塔塔顶出来的甲醇、甲酸甲酯、二甲醚、水及不凝气体等，经预塔冷凝器E-3502和尾气冷却器E-3503冷凝冷却后进回流槽V-3503，用预塔回流泵P-3502A/B加压后送预塔顶回流。不凝气体和未冷凝的轻组分经尾气洗涤塔C-3505洗涤后送出界区，洗涤液送至回流槽V-3503作为回流液。为了有效脱除轻组分，向预塔回流槽内加入脱盐水作为萃取剂，对进入V-3503的杂醇油进行萃取分离，分离出的杂醇油进入杂醇油泵P-3506A/B的入口管线。

预后甲醇由加压塔进料泵P-3503A/B加压送加压塔进料预热器E-3505，由加压塔C-3502塔釜出来的甲醇/水溶液将预后甲醇加热后送到C-3503。加压塔顶出来的甲醇蒸汽进入冷凝再沸器E-3508冷凝，冷凝液进入回流槽V-3504。部分冷凝液经加压塔回流泵P-3504A/B加压送加压塔顶回流；其余部分作为精甲醇产品，先后经粗甲/精甲换热器E-3501A、精甲醇冷却器E-3507冷却后送往精甲醇中间储罐。加压塔底为甲醇/水溶液，经E-3505换热冷却后进入常压塔C-3503。加压塔再沸器E-3506采用1.0MPa的饱和蒸汽提供热量。

常压塔C-3503底部有冷凝再沸器E-3508作为塔底再沸器。E-3508使用加压塔顶甲醇蒸汽冷凝热作为再沸热源。常压塔顶出来的甲醇蒸汽经常压塔冷凝器E-3509冷凝，进回流槽V-3505，用常压塔回流泵P-3505A/B加压后送塔顶回流。C-3503回流采出产品精甲醇,经精甲醇冷却器E-3510/E-3510B冷却后送入精甲醇中间罐。塔中下部采出杂醇油，经回收塔进料泵P-3510A/B加压后作为回收塔C-3504的进料。常压塔底工艺水经工艺水泵P-3511A/B后送C-3504。

回收塔再沸器E-3513使用0.5MPa饱和蒸汽作为再沸热源。C-3504塔顶出来的甲醇蒸汽经回收塔冷凝器E-3511冷凝，进回收塔回流槽V-3506后，用回流泵P-3509A/B加压作塔顶回流，同时回流采出产品精甲醇。采出的精甲醇经冷却器E-3512冷却后可送入低温甲醇洗、污水处理、精甲醇中间罐或含硫甲醇罐。塔中采出的杂醇油经

E-3514冷却后送杂醇油槽V-3508。塔底含甲醇≤0.3%（wt）的废水，经废水泵P-3507A/B升压和E-3515冷却后送出界区。

3甲醇精馏工艺水资源使用情况

甲醇精馏工艺的用水情况主要有两个方面：

（1）冷却水，精馏系统内设计多个冷却水换热器，对工艺系统内的甲醇进行降温，其中预塔、常压塔、回收塔塔顶的冷凝器用水量较大，总计可达1000吨/小时，同时冷却水运输过程中需要消耗大量电力，增加一定电耗。

（2）除盐水，粗甲醇中含有一部分难溶于水的杂质与甲醇形成共沸物，这部分共沸物的沸点与甲醇接近，难以通过简单精馏的方式分离，需要在精馏预塔处理过程中需要加入一定量水，萃取出其中的甲醇，使难溶于水的杂质与甲醇水溶液分离，达到除杂的目的。分离用的萃取水一般采用除盐水，由于产品甲醇需要控制其中的水含量，加入的除盐水会以废水的形式送出界区，未得到有效利用。

有必要采取一定措施降低甲醇精馏工艺中冷却水和除盐水的消耗。

4甲醇精馏工艺水资源减量措施

经分析研究，我公司从以下两个方面减少精馏工艺水资源用量。

（1）采用绿色的大气资源代替冷却水。将预塔、常压塔、回收塔塔顶水冷器改为空冷器，采用冷空气与甲醇蒸汽进行换热，这样可以直接减少这部分水资源消耗，降低冷却水输送产生的电耗；由于换热器长期运行容易在冷却水侧结构、堵塞，影响换热效果，增加检维修和运行成本，改造后可以减少因换热器列管结构而产生的检修费用；空冷器运行期间可以根据气温变化，灵活调整空气量，降低运行成本。

（2）回收部分精馏废水。精馏工序加入的除盐水只是在系统里溶解一部分甲醇，并通过进一步处理提出其中的甲醇，最终这部分除盐水会排放掉，资源利用率较低。经分析，精馏排放的废水中乙醇等杂质的含量较低，具有回收利用的价值，可将一部分废水返回到预塔循环再利用，为了避免杂质积累，关注产品甲醇和废水中杂质含量的变化情况，对循环利用的废水量进行动态调整，实现资源循环利用。

5结  论

（1）通过对甲醇精馏工艺部分冷却水换热器改造更换为空冷器，有效地降低精馏系统的冷却水用量，减少电能消耗，避免因换热器列管堵塞增加运行维护成本，充分利用绿色的大气资源，达到生产需求。

（2）通过对精馏萃取水改造，回收利用部分精馏废水，减少除盐水的用量，降低水资源的浪费，实现资源的循环利用；同时也减少精馏外排废水量，具有一定环保效益。

（3）水资源属于不可再生资源，甲醇精馏工艺甚至是煤化工行业一直面临着节水降耗的大难题，生产过程中工艺系统仍有一定的缺陷和不足，在循环利用、节能降耗等方面也有可挖掘之处，需要我们在日后的生产工作中不断地优化和改进，不论从节水降耗、资源循环利用还是环保方面，本项目都具有较为深远的推广意义，值得同行业相互借鉴、学习。

参考文献：

[1]陈迎春，3+1塔甲醇精馏的流程特点与工艺分析，《广州化工》，2010，38（11）:200-201.

[2]朱莉莉，甲醇精馏三塔工艺技术，《同煤科技》，2018（6）:27-28.

[3]袁冬艳、李飞，粗甲醇精馏操作中产品质量的控制，《中国化工贸易》，2012, 4(1):191.

[4]赵忠尧，张军•甲醇生产工业[M]•北京：化学工业出版社，2013.

[5]赵建军•甲醇生产工艺 [M]•北京：化学工业出版社，2008.

作者简介：刘坤(1988年11月生)，男，陕西咸阳人，汉族，本科学历，工程师，从事化工生产管理工作。

1

1