甲醇精馏英文翻译.doc

甲醇精馏系统：过程分析与塔的设计摘要：基于工业的研究和经验,对甲醇精馏过程进行了分析,最重要的是, 高压和低压工艺流程这一新概念的定义。新的流程有助于处理许多中国工厂在生产中碰到的问题。也指出了流程和塔内部结构之间的相互影响。提供了新的塔内部设计的优势。最后,用工业例子说明如何结合工作和新概念,给解决工程问题提供更多的可能性。关键词：甲醇精馏、双效蒸馏、高压和低压工艺流程、工艺流程分析、仿真与液压、塔内部设计作为一种在有机化工中非常重要的材料、甲醇是广泛参与制造塑料材料、合成纤维、橡胶、染料、涂料、香料、医药领域、农药等。同时,它不仅对许多有机化合物是一种优良的溶剂,而且, 在许多国家作为一种成熟的替代汽油的绿色能源。随着国民经济的快速发展,市场（实际的或潜在的）甲醇需求已大幅增加,从而加速了甲醇工业的发展和甲醇产量的增加。目前,甲醇精馏技术已向大规模、低能源消耗和更环保的方向发展。全世界这个行业的主要的专利经销商拥有的设备可提供5 000-7500k t / a的产量。但中国大陆几乎没有运行能力超过200 kt / a高质量甲醇的单位 (如O - M - 232 EUS)。最近, 在天津大学的国家蒸馏技术工程研究中心已经做了很多技术和市场研究,包括模拟所有的熟悉的工业流程和实验室的数据,特别是研究了两个甲醇精制塔之间的双效热传导。作为我们工作的总结, 提出了高压过程和低压过程的3 + 1 塔过程。1 过程描述可以用许多材料合成甲醇,例如,天然气、汽油、燃料油、煤炭等。除了不同催化剂、反应机理和甲醇浓度的初级产品以外,随后的蒸馏过程和设备是相似的,主要有三种分类:双塔过程,三塔过程和3 + 1 -塔过程。双塔过程是由预精馏塔和甲醇精馏塔组成。主要应用在100 kt / a的工厂。其特点工艺简单，设备投资低。三塔过程包括预精馏塔,加压甲醇精馏塔(PMRC)和常压甲醇精馏塔(AMRC)。这个过程的特点是在AMRC和PMRC之间的双效蒸馏模式,这意味着AMRC的底部和PMRC的顶部的热量交换 。这种模式节省能源(30% 40 %)和循环冷却水的用量。如果设置一个甲醇回收塔,或者汽提塔,或水洗塔在低压甲醇精馏塔后，提高废水质量,这个过程会变成3 + 1-塔过程。1.1预精馏塔无论在两塔的过程,三塔过程或3 + 1-塔的过程,预精馏塔(LEC)扮演同样的角色。一些在合成甲醇过程中直接影响甲醇质量的中、轻组分产品在本塔中被除去,如甲酸甲酯(MFOR)、二甲醚(DME),C1 C6,以及丙酮和甲基乙基酮(MEK)。一些作者认为MFOR,DME和C1 C6为醇可溶杂质,同时DME和MEK为水溶杂质。工业调查显示的基本的清除操作同时包括大回流比和大的过程进水口。它的原理是分别采用不同的沸点或者相对挥发度清除溶解性不同的组分。作为一个常规方法，大回流比，比如说0.7 0.9(回流到塔),需要高的冷凝器温度来去除高沸点的轻杂质,例如丙酮。显然,这种方法伴随着高能源消耗。因为上面的方法不能减少甲醇的损失,添加到塔改变甲醇和水的浓度的工艺水,用以降低醇溶杂质在塔中液体混合物的溶解度。工艺水通常通过三种方法加入塔中:进入二级冷凝器,塔顶,或随着合成甲醇的原料进入。为了在进口的位置获得同样的甲醇和水浓度,在第一种方式处理水的量大约为原料的5%,而其他的方式为10% 20%。在许多单装置中,碱性溶液( 15%氢氧化钠)添加到塔中调整合适pH值来精制粗甲醇。1.2精馏塔/主塔工艺流程该塔，可以是填料塔或者板式塔，甲醇产品由蒸馏部分的靠近塔顶的侧线出来，蒸馏部分占据了整塔有效长度的85%。中间部分,这一段用以去除甲醇、乙醇、异丙醇、丙等确保产出高纯度的废水( 100 PPM甲醇)的产品。当需要高质量的甲醇产品,在工厂中称为乙醇段的那部分,打开底部的塔板，只是稍高于进料口,以帮助减少甲醇产品中乙醇的浓度。1.3 三塔工艺流程中的精馏塔在三种多效蒸馏类型，FS、LFS和LSR,齐鲁公司的LSF 双效整流模式是中国最欢迎的模式。粗甲醇由泵送入加压精馏塔。甲醇中大约一半的轻组分去除，蒸馏出相对高纯度的甲醇产品.塔底产品,包含剩下的关键组分，供给AMRC,在本塔之后提纯。一个或两个方面线路将被吸引到帮助净化废水和馏出物。.在这种情况下热集成是质量流量的方向。在高压力下，相对挥发度却降低了。这有助于解释为什么在很多工厂从PMRC中产出的甲醇比从AMRC中产出的甲醇包含更多的杂质,尽管PMPC的回流比比AMRC的大。其他的原因是泡点回流温度和剩余的轻组分的存在。两种产品可以以不同的价格出售或混合后售出。除此之外，缺点包括原料注入压力的成本增加，塔的高压力需要高壁厚，因而增加的采购成本和复杂的工艺流程的操作成本增加。但在许多情况下,与在沸腾和冷凝所大量投入的公共设施相比,这些增加很小。由于在3塔流程中，塔顶甲醇和塔底废水的纯度要求一个最小的温度在AMRC的再沸器和 PMRC的冷凝器之间流动，对这些服务提供足够的热负荷。通常,是由PMRC的操作压力,AMRC的压降决定的,而后者是由内部结构决定的.1.4 高压工艺流程在大规模的甲醇精馏单位(比如说,300 kt / a,通常采用3塔工艺流程)，常压精馏塔侧线中损失的甲醇和高压处理污水的损失不能忽略,。解决方案是在3 塔过程的基础上增加AMRC甲醇回收塔(或汽提塔）。在这种情况下，大多数的废水的净化是从AMRC底部排水,另一个小的部分,来自第四塔。这需要更高的塔底温度以获得含有甲醇和其他轻有机杂质的废水。因为这个塔的再沸器的热资源主要为甲醇蒸汽，为在PMRC中维持正常的操作,高压甲醇精馏塔的操作压力必须足够高来为冷凝器或者再沸器提供温度梯度。1.5 低压工艺流程低压工艺过程来自与高压流程的比较，不同的是甲醇回收塔的进料方式。这就决了AMRC工艺流程放弃对于塔底废水和作为第四塔的进料的塔底产品(5% 10%甲醇wt）的要求。这方面的变化节省了AMRC无效部分,使塔结构简单。而且,最重要的,因为塔底物质的改变得到较低的再沸器温度。这种情况下,作为常规的高压流程，相应地要求在PMRC中使用较低的操作温度，最高的蒸汽流和较低的操作压力。1.6 HPF和LPF的比较在HPF中，PMRC的压力在大约是850 900kpa,而在LPF中的操作压力在大约是640700ka。乍一看起来很明显这对进料泵和所要求的加热介质的条件花费上升了。同样,为获得高纯度甲醇和废水,HPF允许一个可选的甲醇回收塔,这意味着在大规模装置的间歇性关闭或在侧线流量可以忽略的小装置中取消第四塔。,而 LPF必须保证第四塔在持续运行。另一个细微的变化可能是PMRC的甲醇的纯度在同一回流比和两个不同压力所引起的相对挥发度的不同。还有一个事实:由于到第4塔的流量和进料组成，在相同的产品需求条件下,蒸馏难度不同。HPF,伴随小流量和高的甲醇浓度，需要一个小的回流比。因此,直径较小的塔处理不了低浓度甲醇，大回流比、尤其是大流量的甲醇。不可避免的需要一个更大的塔。1.7回收塔和回收类型在运行的单位,可以发现几种甲醇回收塔或者汽提塔的模式,。作为最简单的一个,汽提塔的塔顶进料和塔底产出蒸气。主要作用是在底部物料流中除去甲醇,并自发地在顶部降低甲醇浓度。该操作还直接损失一些蒸汽并把其中的一部分转变为废水。一个回流汽提塔在塔底进料,能在顶部回收到90%浓度的甲醇，但使工艺更复杂。作为一个汽提塔他任然有相同的问题。在许多情况下,HPF中AMRC的回收塔是微型的，有蒸馏部分，或者一到两个侧线，塔顶甲醇产品浓度可达90%有时更高。合格的甲醇,在PMRC和AMRC合并后,轻微的或几乎没有区别的成分差异,导致整个回收单元多达99.2% 99.5%。在这种情况下,返回顶部的蒸汽流送回到原料罐或装置中的其他塔是不必要的。在HPF,第四塔中的包含更多的有机杂质的污水能与从AMRC出来的废水没有任何区别。因为顶部物料流的甲醇浓度远远不合格,AMRC或者 PMRC是一个更好的方法来增加总甲醇回收单元。它的回流位置是由返回的物料流构成和条件决定的。虽然回AMRC看起来更好, 在中国大多数工厂更倾向于用合成甲醇罐。过程仿真为了做到设计、单元分析或故障排除，过程模拟是一种最有效的方式。对工艺流程的细节的理解有利于在软件上建立镜像单元促进和保持结果的合理性。从2001年开始,NERCDT开始相对于甲醇精馏进展,在普吕尔提供的基础上逐步建立起规范的仿真框架。这些信息包括来自实验室研究、工业调查和中国的经销商研究过程包。这个过程框架,或一个简化的流程包,所涉及的不仅是这个过程的目的,部分的换热设备和泵,同时指定塔内部的水力计算。研究结果也有助于优化布置或设计塔的内部结构。相比之下,结合从运行单元中得到的现场的数据,提出了合理的过程框架的一致性。它的运行时间,在不断改进。（从2001年的3天,降低到(人工调整)到30分钟的时间）2.1软件的选择选择软件的决定因素包括用户的熟悉度,更重要的是,描述涉及的组分的热力学行为的准确性,特别是直接影响甲醇质量的微量组分如乙醇、丙酮、甲基乙基酮等组分。因为Porll提供的乙醇包只需要最微小的调整,最终被锁定。2.2流程中塔的热力学选择计划虽然我们发现乙醇包是描述主要的塔或PMRC和AMRC甚至甲醇回收的满意的选择,在模拟LEC的过程中仍然存在问题。尤其是移除轻的石蜡和轻微差别如丙酮。一些出版物指出UNIFAC是对于这个塔最好的热力学包,在认证过程的帮助下,可以有效地去除工艺流程水中的石蜡。但是因为不同的国家之间的质量标准,几乎没有任何报告是关于去除轻组份(比如丙酮和丁酮)。根据实验室和现场调查数据,NERCDT修改了一些参数UNIFAC模型相对于双组份。修改后的新模型描述塔令人满意。在研究中,作者发现,尽管大的工艺用水流量有助于减少石蜡,甲酸甲酯和二甲醚,但它对去除其他关键轻杂质,如丙酮和丁酮却有相反的效果,因为他们都是可溶于水和可溶于酒精的。这项工作指出,分离两个水溶和醇溶的杂质,有一个最佳的比例(水/甲醇)存在,它的功能是集中的两个水溶和醇溶的杂质。2.3其他的备注以上进行的流程仿真框架有一些共同点:（1） 在HPF或LPF，一个蒸汽流被引出作为加热介质来加热常压精馏塔的再沸器。这种方法避免了在模拟中认为因素对加热的影响，并提供与工业数据相比更为精确的结果。在中国东部的一些专门排除故障的工厂认为原因在于在HPF中的一个较低的操作压力且不当的内部结构,模拟输出和现场数据显示,同样的,在AMRC,合格的产品和废水的不能同时获得。在检查原始设计,发现一个错误，设计师模拟时PMRC和AMRC被分开而且对于加压系统的冷凝器和常压系统的再沸器只考虑了相同的的热负荷。（2）为了节能,除了AMRC塔的再沸器冷凝物,在回流到锅炉系统之前,被收集起来并加热精制原料甲醇到沸点附近,随着废水的装置和热甲醇产品从PMRC出来,甲醇的温度提高到67 69 度。前者的预热也帮助加压蒸馏塔的精馏段达到一个气液平衡点（3）通过计算模拟软件,模拟单元的大多数的参数或特性由一种模拟块输出。（4）框架中的所有塔包括水力计算均与仿真同步。原因包括不同的塔的结构、内部模式和吞吐量对产品质量和污水的影响不同。为提供与现场同步的数据，这是最值得推荐的方法。3 塔的内部设计内部选择的目的始终是满足工艺的需求及最低的燃料消耗和最低购买成本。不同甲醇合成材料及其相应的工艺流程对塔的内部设计起决定性影响。3.1过程和决定塔的模式的影响因素设计一个以煤或焦炉煤气合成甲醇，由合成系统产生加热蒸汽。考虑到能源节约的目的,推荐整个LEC采用规整填料，以及HPF中的常压精馏塔的精馏段和进料和侧线的中间部分; 对于整个的加压精馏塔和加压工艺流程中的常压精馏塔的侧线到塔底的部分，有助于侧线出料的安排。甲醇回收塔,或者汽提塔,采用类似的结构在加压工艺流程中作为常压塔。从工艺的角度考虑，AMRC需要压降尽可能低。因此,整个精馏部分看起来是可靠的。但是要求的最低压力降应该不再考虑工艺要求的可选侧线产品。在PMRC里,模拟填料塔或者板式塔几乎没有区别。在这种情况下,整个压降只占一小部分的操作压力, 不论是填料塔还是板式塔,塔底的温度差异很小。也就是说,使用这两种类型的塔结构在这个设备几乎能够获得同样的底部温度,而不影响外界设备的热交换。这就是一个经济的低能耗设计。外国交易商在中国的高质量的甲醇合成单位都采用填料PMRC,同时也给予了一个可行的证据。在为天然气合成甲醇的另一个设计，合成气,而不是蒸汽,通常是来至反应部分用于精馏部分的加热介质。这意味着蒸汽消耗没有意义。蒸馏部分的再沸器作为合成气体的冷却器。在这种情况下,LEC也可以设计成筛板塔。3.2新的甲醇精馏技术工业调查显示出现各种甲醇精馏塔的内部结构:规整填料、板式塔以及由经销商直接配送。尽管不同的内部集成技术受工艺的影响，但内部结构的特征也扮演重要的角色。本节介绍了天津大学的专利技术,适用于这一过程。 （1）喷雾指南梯形浮阀塔一个独特的梯形阀、轮廓与援助的水汽形成独特的指导组件推动液体层在塔板上下行。这个特性,好比低的清澈的液体深度在甲板上,低压降,低液量,等等。这个塔板设计,采用在众多领域塔和直径为9300毫米乙烯单元。在甲醇精馏,最好的位置是有着大量的液体流动的PMRC的精馏段。(2)骨结构丝网规整填料一个高效的有低强度和刚度的丝网规整填料。如果填料层足够高,上表面凹在中间,填料层的重量导致填料层不同位置的密度差异。这将对填料层的质量传递有负面效应。骨结构不影响丝网规整填料的吞吐量和效率,给填料层增加了强度和刚度。通过经验，一个正在运行的公称直径为3000的填料塔，填料层高度大于5000,只有3毫米深度的表面凹陷。(3)烟囱托盘再分布器在气体上升管壁上开孔。一个液体导向管焊在气体上升管内表面保护气体或液体流量过大,直到他们离开湍流区到达塔板下。这个设计保证在填料层上面有稳定的液体流动，减少雾沫夹带。这里也有一个反向设计让液体在槽和蒸汽流外,有更多的路径。这个解决方案促进波谷之间密封,减少了塔板的支撑环直接焊到塔壁。4工业例子 排除故障在过去的几年中,2-3个运行在中国东部的甲醇生产大规模装置发现了问题,高质量的甲醇和废水或者两者是无法使用的,。这是在解决工作的问题和工业调查的概念基础上对HPF和LPF进行了综述。5总结这项工作总结了几个在甲醇精馏工业调查、经验和研究工作有关的技术要点。在过程