闫建国
哈密广汇环保科技有限公司，哈密 伊吾 839300
摘要：针对甲醇制取乙醇技术的问题，在分析单塔、双塔以及三塔精馏工艺流程的基础上，根据实际生产情况基于ＡspenPlus软件建立三塔精馏工艺模型，并结合理论分析和降能的综合因素下，对各塔工艺环节中的关键参数进行优化。经实践表明，优化后的工艺参数有效提升了甲醇的回收率，降低了甲醇精馏的能耗。
关键词：甲醇；工艺参数；乙醇
引言
甲醇是一种无色透明且具有浓烈气味极易挥发的有毒性液体，作为化工产业必不可少原料，可参与诸多化学反应以制备甲酸、乙酸、氯甲烷等有机产品。近年来，随着我国化工行业的发展和能源结构的转变，甲醇的应用范围越来越广，应用量也越来越大。在实际制备过程中，除了采用传统的有机物合成外还可采用人工合成蛋白制备甲醇。然而，在实际制备过程中所得到粗甲醇中含有一定量的醚、酮以及高级醇等杂质。为此，制备所得的粗甲醇还需经过精馏操作得到精甲醇。经统计可知，基于当前的精馏流程其耗能占甲醇整个生产流程的20％，因此需对甲醇精馏工艺参数进行优化设计。
1甲醇制备工艺概述
在具体生产环节，无论是使用哪种催化剂，因为反应过程中受到温度以及压力的作用，其产物中存在较多杂质，主要成分包括水、醚、酮等有机杂质混合液。通常情况下，可以将粗甲醇划分为轻组分、甲醇以及重组分。其中，轻组分属于沸点低于甲醇的杂质，重组分则是沸点高于甲醇的杂质。粗甲醇的杂质主要包括水、有机物和乙醇。三者中水的含量较少，具有特殊性，能够使用常规方法分离；乙醇含量较少，但是，对甲醇质量有较大的影响，因此，精馏的过程中应重视对其的处理。粗甲醇的精馏工艺主要原理为：因为其中杂质和甲醇的挥发性存在差异，使用蒸馏法将其分离。当下具体时间过程中的甲醇精馏流程可以分为单塔流程、双塔流程和三塔流程。单塔精馏流程仅仅根据精馏塔对粗甲醇实现蒸馏操作，导致轻组分从精馏塔塔顶分离出去，重组分则当作残余的液体从精馏塔的塔底排出。该精馏流程的主要优势在于成本低、结构简单，但是，在这一流程下得到甲醇的纯度不佳。双塔精馏工艺主要是通过预精馏塔和主精馏塔实现。预精馏塔是单塔精馏的一个重要组成部分，双塔精馏工艺将其中获得的重组分杂质在主精馏塔中进行二次处理，进而提高最终得到甲醇的浓度。双塔精馏工艺得到了我国中小甲醇生产企业。三塔精馏工艺主要需要预精馏塔、加压精馏塔和常压精馏塔。当前，该厂所使用的的精馏工艺为三塔精馏工艺，完成对粗甲醇的三次蒸馏处理，进而保证能够得到纯度更好的甲醇。本文重点分析三塔精馏工艺中的重要参数优化，不仅要保证甲醇纯度，同时，还需要使其具有节能的作用。精馏塔是甲醇精馏装置中的最重要设备，其内部结构对装置的耗能、产品登记以及设备成本等由决定性影响，因此，对于其内部的设计和选型十分重要。我国甲醇精馏塔内部构件多为浮阀、筛板以及导向浮阀等塔板式内部构件。除此之外，还包括填料式内部构件。填料式内部构件精馏塔的操作弹性较好，效率较高，能够降低精馏塔高度，优势明显，其主要不足之处体现在壁流现象严重，致使热量损失较大，耗能增加，而且采出点位于分布器，调节产品质量较为困难。
2甲醇精馏工艺流程模拟
2.1粗甲醇精馏要求
粗甲醇通过三塔精馏工艺后得到的甲醇含量约为100%，通过甲醇中乙醇的含量≤10×10-6，全部工艺流程中甲醇的回收率高于99%。
2.2甲醇精馏模拟工艺流程的建立
（1）预精馏塔工艺流程模拟。与具体生产过程中预精馏塔工艺流程结合，将AspenPlus软件作为基础，建立相应的模拟流程图，进入预精馏塔粗甲醇的参数。（2）加压精馏塔工艺流程模拟。与具体生产加压精馏塔工艺参数结合，在AspenPlus所建立的模拟流程具体参数。
（3）与具体生产环节中加压精馏塔工艺参数结合，在AspenPlus建立的模拟流程相关参数。
3甲醇精馏工艺参数的优化
3.1预精馏塔工艺参数的优化
影响预精馏塔甲醇纯度及耗能的因素包括理论板数、质量回流比、采出率、进料位置、工艺萃取水量以及不凝气放空温度等。因此，针对预精馏塔工艺参数的优化主要从以下几项参数着手。１）理论板数直接影响质量回流比。理论研究表明，理论板数增加会导致质量回流比减小，其对其影响拐点的理论板数为35。而且，当理论半数小于35时，会增加预精馏塔的热负荷和操作费用。因此，理想理论板数为35块。２）随着质量回流比的增加，虽然提升了粗甲醇组分的分离程度，但是会增加系统的热负荷，进而增加能耗。因此，综合分析组分程度和耗能因素，选用最佳回流比为７５，塔顶最佳采出率控制在0.85％。３）经理论分析可知，当进料位置在10块板以上时，精馏塔中丙酮的含量超过15×10－６；而在10块板以下时，其丙酮含量低于15×10－6达到了分离要求。但是，考虑到节能的目的，当进料板位置在17块板以下时，其热负荷基本稳定且热负荷也较低。因此，选用进料板的位置在第17块板。此外，综合考虑丙酮分离效果和经济性因素，应将工艺萃水量控制在5500ｋｇ／ｈ，不凝气放空温度控制在42℃。
3.2加压精馏塔和常压精馏塔工艺参数优化
对上述分析方法进行总结，优化加压精馏塔及常压精馏塔参数，最终的结果如表1所示。通过以上优化后的工艺参数能够应用于甲醇精馏工艺流程中，其主要使用价值主要体现在下述两大方面：第一，甲醇的回收率得到有效改善；第二，甲醇精馏工艺的总耗能显著降低，约10%。
4项目简介及应用领域
乙醇是世界公认的优良汽油添加剂和重要的基础化学品，可以部分替代乙烯用作化工原料，也可以方便地转化为乙烯。目前，全世界乙醇产量约1亿t，主要由美国和巴西利用粮食、甘蔗等生物原料生产，而我国乙醇产量只有700万t，主要利用陈粮进行生产。长期以来，利用化石资源生产乙醇一直是全世界努力的目标。煤经合成气直接制乙醇是一项世界性的挑战，因难以回避贵金属催化剂、效率较低及设备腐蚀等问题，一直难以实现工业化。大连化物所提出以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线，采用非贵金属催化剂，可以直接生产无水乙醇，是一条独特的环境友好型新技术路线。2017年1月11日，采用中科院大连化学物理研究所（简称“大连化物所”）自主知识产权技术的陕西延长石油集团10万t/a合成气制乙醇装置成功打通全流程，产出合格无水乙醇，标志着全球首套煤基乙醇工业示范项目一次试车成功。此项目被列为中科院“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”A类战略先导专项重大任务，也被列入国家能源局《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》
结束语
在当前甲醇制备工艺中，不可避免地在甲醇产品中夹杂着水、乙醇、醚、酮等杂质，影响着甲醇的应用场合，且我厂甲醇精馏工艺的耗能较大约占整个甲醇制备流程的20％。为此，对我厂三塔精馏工艺流程中预精馏塔、加压精馏塔以及常压精馏塔中理论板数、进料位置等参数进行优化。实践表明，基于优化后的甲醇精馏工艺参数可提升甲醇的回收率为0.3％，节能效率约为11.1％。
参考文献
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