甲醇蒸馏装置的改进方法与流程

[0001]
本发明涉及一种甲醇蒸馏装置的改进方法。


背景技术：

[0002]
甲醇装置会产生含有反应副产物，例如乙醇和高级醇类(如丙醇)、酮类(如丙酮)、醛类和主要含有h
2
、co、co
2
、n
2
和ch
4
的溶解气体的甲醇水溶液。把这种水溶液称为粗甲醇。
[0003]
对粗甲醇进行蒸馏来满足市场上对纯度规格的要求。例如，aa级规格要求最低甲醇浓度为99.85重量％，且要求乙醇不超过10重量ppm。
[0004]
蒸馏是在包括一个或多个精馏塔的精馏段中进行的。一般来说，精馏塔将顶部的一种或多种轻质产品(即沸点相对较低的产品，如甲醇)与底部的一种或多种重质产品(即沸点相对较高的产品，如水)分离。
[0005]
典型的精馏段包括两个精馏塔，即一个中压(mp)塔和一个低压(lp)塔，分别在中压(例如大约7
–
10bar)和低压(例如大约2bar)下运行。
[0006]
mp塔设有蒸汽加热再沸器和塔顶冷凝器。mp塔输送在塔顶冷凝器中冷凝的蒸馏甲醇的塔顶流和包含水和甲醇的底部液体流，将所述底部液体流输送至lp塔进行进一步精馏。
[0007]
mp塔的塔顶冷凝器是lp塔再沸器。lp塔输送蒸馏甲醇的塔顶流、基本上由水组成的底部液体流和一种或多种被统称为“杂醇油”的侧流，该“杂醇油”主要包括水、残留甲醇和具有甲醇和水的中间沸点的合成反应的反应副产物(例如高级醇类)。选择杂醇油的流速和从中回收杂醇油的塔盘来满足甲醇顶级产品关于乙醇和其他杂质含量的规格要求。所述杂醇油具有一定的热值，并通常被用作燃料。
[0008]
所述精馏段还可以包括用于从粗甲醇中分离挥发性化合物(例如h
2
、co、co
2
、n
2
、ch
4
、丙酮)的预处理工段或顶部塔(topping column)。所述塔基本上在大气压力或稍高压力(例如1.5bar)下运行。
[0009]
在us 4 210 495中公开了顶部塔和两个蒸馏塔的结构。
[0010]
近年来，人们已经强烈感受到需要在没有过多资本成本的情况下提高生产能力(即甲醇的产量)。然而，现有的具有mp塔和lp塔的精馏段不能提供显著的产能增长空间。


技术实现要素：

[0011]
本发明的目的是提高包括mp蒸馏塔和lp蒸馏塔的甲醇蒸馏装置的精馏段的产能，同时维持低能耗和低资本成本，并且不使现有mp蒸馏段和lp蒸馏段超载。
[0012]
用权利要求1的一种精馏段的改进方法来达到这些目的。独立权利要求中陈述了所述方法的优选特征。
[0013]
本发明提供了一种精馏段的改进方法，所述精馏段进料有粗甲醇流，且包括设置在第一蒸馏压力(p1)下运行的中压(mp)精馏塔和设置在第二蒸馏压力(p2)下运行的低压(lp)精馏塔，其中p1高于p2，并且其中：
[0014]
所述mp精馏塔和所述lp精馏塔各包括至少一个底部锅炉(boiler)，分别给mp精馏塔和lp精馏塔提供蒸馏热，
[0015]
所述mp精馏塔包括用于蒸馏甲醇气体流的顶部输出管线和用于含甲醇溶液的底部输出管线，
[0016]
所述顶部输出管线被引导至lp精馏塔的至少一个底部锅炉，其中所述蒸馏甲醇气体流作为热源，
[0017]
所述底部输出管线被引导至lp精馏塔，其中所述含甲醇溶液被进一步精馏，
[0018]
所述方法的特征在于：
[0019]
安装设置在第三蒸馏压力(p3)下运行的高压(hp)精馏塔，其中p3高于p1，
[0020]
安装将从所述hp塔顶部回收的蒸馏甲醇气体流进料至mp塔的至少一个底部锅炉的管线，其中所述蒸馏甲醇气体流作为热源，
[0021]
安装用于输出来自新安装的hp塔的基本上由水组成的液体流的底部输出管线。
[0022]
根据一个优选实施方案，所述改进方法还包括安装至少一个侧面输出管线用于输出来自新安装的hp塔的杂醇油。相关的优点是，对于给定的粗甲醇组成和给定的蒸馏级数，离开hp塔顶部的甲醇纯度更高。
[0023]
术语“输出”是指基本上由水组成的液体流和杂醇油没有分别被送至组成精馏段的任何设备中；正相反，它们作为精馏塔本身的产品被输出。因此，所述基本上由水组成的液体流没有被进料至现有的精炼塔中，因此使得从hp塔顶部回收的气体流以及在精馏段的脱瓶颈中的气体流的热回收最大化。
[0024]
根据一个优选实施方案，所述改进方法进一步包括安装至少一个设置为mp精馏塔提供蒸馏热的底部锅炉，且有利地将所述hp塔顶部回收的蒸馏甲醇气体流进料至所述新安装的底部锅炉，或者如果有多于一个的底部锅炉，则进料至他们中的至少一个锅炉。所述底部锅炉可以替代现有锅炉，或者与其串联设置。
[0025]
从hp塔和mp塔顶部回收的蒸馏甲醇气体流主要由甲醇组成，根据所需规格(如aa级)，含有低浓度杂质。
[0026]
因此，改进的精馏段包括至少三个精馏塔，所述三个精馏塔在3个蒸馏压力下运行，即分别在p3、p1和p2压力下运行的hp、mp和lp精馏塔，其中p3>p1>p2。高蒸馏压力(p3)优选为10
–
35bar，例如根据一种具体实施情况，至少为20bar。
[0027]
新安装的hp塔需要高能量的热源，例如在10bar或更高的压力下进行蒸汽冷凝。因此，本发明的改进方法有利地还包括安装至少一个设置为所述新安装的hp塔提供蒸馏热的锅炉。
[0028]
申请人发现hp塔的安装提高了蒸馏过程中热量回收的可能性，这是由于在高温和高压下蒸馏甲醇气体流的可用性。研究发现，改进后的热回收对较高能量水平下的热输入的需要进行了过度补偿。
[0029]
优选地，从hp塔中提取的蒸馏甲醇气体流通过与从mp塔出来的含甲醇溶液的间接热交换向mp塔供应热量。例如，所述溶液是从mp塔底部取出的，并且加热的溶液再次被进料至所述塔底部，从而加热mp塔本身。所述溶液优选通过所述热交换的作用至少部分蒸发，且所述气体流优选在所述热交换期间至少部分冷凝，从而获得蒸馏甲醇液体流。
[0030]
根据一个优选实施方案，本发明的改造方法包括安装将部分所述冷凝液体流返回
至hp塔的流体管线，以及安装用于输送来自精馏段的所述液体流的剩余部分的流体管线。
[0031]
类似地，从mp塔提取的蒸馏甲醇气体流优选通过与从hp塔出来的含甲醇溶液进行间接热交换来给hp塔供应热量，所述含甲醇溶液优选至少部分蒸发，且所述气体流至少部分冷凝为蒸馏甲醇液体流。
[0032]
因此，所述蒸馏甲醇气体流各通过分别与从mp塔和hp塔提取的各自的含甲醇液体溶液进行间接热交换来向随后的塔(即mp塔和hp塔)供应蒸馏热。更优选地，液体溶液蒸发的同时，蒸馏甲醇气体流冷凝。冷凝和蒸发分别至少是部分的，优选是全部的。
[0033]
根据一个优选实施方案，现有的精馏段还包括设置用以去除挥发性更强的组分并在顶部压力(p
t
)下运行的顶部塔，其中p
t
不大于p2。所述顶部塔包括用于所述粗甲醇的输入管线、用于挥发性成分的气体流的顶部输出管线和引导至mp精馏塔的液体溶液底部输出管线，根据本发明的改进方法的特征在于安装引导部分所述液体溶液至新安装的hp精馏塔的支路。
[0034]
所述顶部压力(p
t
)优选接近大气压，更优选为大约1
–
1.5bar。
[0035]
根据本发明的一个实施方案，lp塔运行的蒸馏压力(p2)基本上大于所述顶部压力(p
t
)，顶部塔包括底部锅炉，lp塔包括用于蒸馏甲醇气体流的顶部输出管线，改进方法的特征在于安装引导部分所述甲醇气体流至顶部塔的底部锅炉的支路，因此，所述部分气体流作为所述锅炉的热源。
[0036]
从lp塔中提取的所述部分气体流优选通过与从在顶部塔的底部出来的含甲醇溶液的间接热交换在顶部塔的底部锅炉中至少部分冷凝，且所述溶液优选至少部分蒸发。
[0037]
lp塔是精馏段的最后一个塔。其也记作底部塔，p2也记作底部压力。
[0038]
采用基本上高于顶部压力的底部压力能够节能，并优化热流，用底部塔中蒸馏的气态甲醇为顶部塔供应热量。
[0039]
lp塔通常也产生主要由水和至少一种杂醇油侧流组成的底部溶液。
[0040]
优选地，本发明从底部塔回收热量的实施方案具有以下压力：顶部压力(p
t
)约为1.5bar；hp塔的压力p3约为30bar；mp塔的压力p1约为15
–
20bar；lp塔的压力p2至少为2bar，优选约为5bar。
[0041]
优选地，本发明没有从底部塔回收热量的实施方案具有以下压力：顶部压力(p
t
)和；lp塔的压力p2约为1.5bar；hp塔的压力p3约为18
–
20bar；mp塔的压力p1约为8
–
10bar。
[0042]
根据本发明的改进方法允许利用从新安装的hp塔回收的蒸馏甲醇气体流的冷凝热作为现有mp塔的蒸馏热，从而获得热集成的能源优势。
[0043]
所述改进方法是特别有利地，因为新安装的塔可以提高精馏段的产能，同时保持低蒸汽消耗，且不会影响现有的mp塔和lp塔。实际上，本发明减少了有待在现有的mp塔和lp塔中处理的液体进料，因为新安装的lp塔已经输送了基本由水组成的底部料流和优选输送一个或多个杂醇油侧流。同时，安装hp塔和用于输出基本上由水组成的液体流的底部管线具有最大化热回收的优势。
[0044]
本发明的优点将从下面的详细描述中更清楚地显现出来。
附图说明
[0045]
图1是根据现有技术的甲醇蒸馏设备的精馏段的示意图。
[0046]
图2是图1的精馏段在根据本发明的一个实施方案进行改进后精馏段的示意图。
具体实施方式
[0047]
图1的精馏段包括顶部塔100和两个蒸馏塔300、400。蒸馏塔300在压力p1下运行，蒸馏塔400在压力p2下运行，其中，p1>p2。顶部塔100在大约1.5bar的压力p
t
下运行；在此实施例中，蒸馏塔400的压力p2基本上等于顶部塔压力p
t
，即p2＝～p
t
。
[0048]
顶部塔100包括底部再沸器101和塔顶冷凝器102。塔300、400分别包括底部再沸器301、401。塔400的底部再沸器401也作为塔300的顶部冷凝器，塔400设有顶部冷凝器402。
[0049]
顶部塔100接收粗甲醇流103，并分离出含有比甲醇轻的挥发性成分(轻馏分)的气体流104和含有甲醇的底部溶液105。
[0050]
通过底部再沸器101对底部溶液105的第一部分106进行加热，优选至少部分蒸发，并再循环进入塔100。在一个等效实施方案中，不分离所述部分106，而从塔100底部取出液体流，分别在再沸器101中加热，和再循环进入塔100。再沸器101从外部热源q1(如蒸汽)进料。
[0051]
底部溶液的第二部分107被进料至泵120，所述泵120为塔300进料甲醇溶液流303。除了在至塔300的供应管道中的压降外，流303基本上处于压力p1下。
[0052]
气体流104在顶部冷凝器102中冷凝，冷凝流的一部分110再循环进入塔100。剩余部分111被排出或去除。
[0053]
塔300在压力p1下分离出蒸馏甲醇气体流304和底部溶液305。
[0054]
底部溶液305流经节流阀320或等效物，基本上在压力p2下得到料流403。所述料流403进料至随后的lp塔400。
[0055]
从塔300底部取出的液体流306，在相应的再沸器301中加热，并再循环进入塔300，从而加热塔的底部并维持蒸馏过程。在一个等效实施方案中，液体流306是底部溶液305的一部分。再沸器301由外部热源q3(例如蒸汽)供热。
[0056]
在此过程中利用气体流304加热塔400。所述料流304被进料至再沸器401的热侧，其中料流304至少部分冷凝，从而提供冷凝甲醇流309。所述冷凝液309的一部分310在300塔中再循环，剩余部分311作为蒸馏甲醇从该过程中输出。所述再沸器401也作为塔300的顶部冷凝器运行，因为它至少冷凝部分蒸馏甲醇304，形成顶部再循环流310。因此，所述再沸器401也称为再沸器/冷凝器。
[0057]
塔400分离出另外的气态甲醇流404，其在顶部冷凝器402中冷凝，从而提供冷凝流。所述冷凝流的一部分410被重新引入到塔400中，而剩余部分411被排出或去除。
[0058]
所述lp塔400也产生了基本上由水组成的料流420和杂醇油侧流430。
[0059]
液体流406从塔400底部取出，与气态甲醇流304在再沸器401中进行热交换，液体流406至少部分蒸发并再循环进入塔400中来维持蒸馏过程。
[0060]
料流311和411汇流在一起形成具有所需纯度等级(如aa)的蒸馏甲醇的总料流412。
[0061]
通过以下操作，对图1中示出的现有技术中的精馏段进行了有利改进以提供图2中的精馏段：
[0062]
安装设置在高于压力p1的压力p3下运行的精馏塔200；
[0063]
安装用于引导从顶部塔100出来的部分底部溶液至新安装的hp塔200的支路108；
[0064]
为所述支路108安装泵121；
[0065]
安装底部锅炉501替代mp精馏塔的底部再沸器301；
[0066]
安装用于将从新安装的塔200顶部回收的蒸馏甲醇气体流进料至底部锅炉501的管线204，其中所述蒸馏甲醇气体流作为热源；
[0067]
安装用于输出来自新安装的塔200的基本上由水组成的液体流产品的底部输出管线205；
[0068]
安装用于输出来自新安装的hp塔的杂醇油产品的侧面输出管线207；
[0069]
安装底部锅炉201；
[0070]
安装蒸汽管线q2和用于从塔200底部提取液体溶液的管线206，所述蒸汽管线q2和所述管线206为所述新安装的锅炉201进料以向塔200提供蒸馏热。
[0071]
通过新安装的管线204进料至底部锅炉501的气体流用于加热塔300。所述气体流被进料至锅炉501的热侧，其中所述气体流至少部分冷凝，而从塔300底部取出的液体流306被进料至其冷侧，其中所述液体流306至少部分蒸发。改进方法包括安装用于输出来自锅炉501的冷凝甲醇的管线209、用于再循环塔200中的部分冷凝甲醇的管线210和用于输出冷凝甲醇的剩余部分作为产品的管线211。
[0072]
料流211、311、411汇流在一起形成所需纯度等级(如aa)的蒸馏甲醇的总料流412。

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