谷志杰

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西西安 710015）

在化工生產(chǎn)中最主要的內(nèi)容就是精餾，精餾在生產(chǎn)的時候會消耗很多的能量。多效精餾就是把一個精餾分解成多個串聯(lián)精餾的過程，以更好地利用能量資源，多效精餾現(xiàn)在也已經(jīng)成為最先進的精餾設(shè)計理念。

1 甲醇

1.1 甲醇介紹

甲醇是一種無色、透明有乙醇氣味的易揮發(fā)液體，甲醇能和水互溶，非常容易燃燒，其蒸汽能和空氣形成一種爆炸性的混合物。

1.2 甲醇用途

（1）甲醇可以制作成甲醛，現(xiàn)在我國大部分生產(chǎn)出來的甲醛需要的原料都是甲醇。甲醇經(jīng)過催化氧化會變成甲醛，過氧的甲醇會和空氣反應(yīng)產(chǎn)生甲醛氣體，之后溶于水形成甲醛溶液。

（2）甲醇和一些催化劑反應(yīng)會生成甲基叔丁基醚，以甲醇和異丁烯為主，利用催化劑進行制取。

（3）甲醇氨解制甲胺，現(xiàn)在有很多高壓合成分離的方法。甲胺主要用在農(nóng)藥上，現(xiàn)在這種有機磷農(nóng)藥正在開始代替一些毒性比較高的農(nóng)藥進行使用。

（4）甲醇還能夠合成一些其他甲酯，這些甲酯能夠作為溶劑或者是助劑來幫助生產(chǎn)。

（5）甲醇還能夠制成一些烯烴，現(xiàn)在越來越多的人為此進行研究，甲醛制成烯烴的過程就是把放熱過后的甲醇通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)和吸熱之后的反應(yīng)結(jié)合在一起，這樣可以平衡熱效應(yīng)，進而可以相應(yīng)的控制熱量，節(jié)約更多的能量，并且還能夠和烯烴等物質(zhì)結(jié)合在一起。

（6）甲醇還能生成碳酸二甲酯，碳酸二甲酯是一種無毒性、綠色的化工原料，是一種比較有機的中間體，除此之外還可以生產(chǎn)聚碳酸酯，在很多行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。

（7）甲醇還能直接用作甲醇染料電池，這種電池在使用的過程中運行的溫度比較低，可以直接的作為一種電解質(zhì)燃料電池使用。

（8）甲醇還能用作氫能，氫能是現(xiàn)實生活中比較理想的一種清潔能源，在未來也會成為比較好的高節(jié)能染料，轉(zhuǎn)化完成之后能夠有效地解決目前存在的困難，現(xiàn)在人們已經(jīng)重點開始研究這方面的使用。

（9）甲醇還能夠促進單細胞水藻的新陳代謝，用不同濃度的甲醇溶液噴在農(nóng)作物上，能夠大量的增產(chǎn)，同時農(nóng)作物在這種情況下還能長得非常的茂盛，使用完成之后就可以減少灌溉的情況。

現(xiàn)在甲醇市場發(fā)展得越來越好，已經(jīng)成為第四個重要的有機化工原料，現(xiàn)在也已經(jīng)成為天然氣的主要原料。甲醇發(fā)展最好的時期就是20世紀90年代，成為了汽油的主要成分，但是在21世紀之后美國發(fā)現(xiàn)了大量的污染水，開始禁止在汽油中添加甲醇，這樣就影響了甲醇的發(fā)展。

2 雙效精餾流程的能源利用

雙效精餾的主要原理就是通過重復(fù)利用能量的方式來提高精餾的熱力效應(yīng)。精餾系統(tǒng)由很多的塔組成，高壓力的塔頂能夠成為低壓力塔頂再沸器的熱源。低壓力塔的再沸器能夠成為高壓力塔的冷凝器。通過這樣回收利用的方式能夠在很大程度上節(jié)約精餾裝置的能耗。雙效精餾根據(jù)加熱蒸汽和物流的流向能夠分成3種不同的工藝流程。

2.1 雙效順流的精餾流程

順流操作就是讓物料進入到高壓塔里面分離之后把高壓塔的物料作為低壓塔的原料再次進行精餾，工作蒸汽在工作的時候只承擔(dān)輸入高壓塔再沸器的作用，高壓塔產(chǎn)生的塔頂蒸汽成為低壓塔再沸器的熱源，最后再進行冷卻、回流處理。

2.2 雙效平流的精餾流程

雙效平流就是精餾操作流程和順流精餾操作流程有不同的物料走向，平流主要是通過進料得到甲醇和水，工作蒸汽的走向大致和順流相同，只負責(zé)輸入高壓塔的再沸器里面。對于雙效順流和雙效平流的精餾流程，因為底下排出來的都是水，所以溫度也會有一定的升高，這個時候高壓塔就是在壓力比較大的情況下進行工作，高壓塔再沸器工作的時候蒸汽壓力要求也就比較高，這個時候物料里面如果存在一些微量雜物，溫度高的操作就會出現(xiàn)雜質(zhì)的分解和變質(zhì)。

2.3 雙效逆流精餾操作

雙效逆流精餾操作就是物料從低壓塔中進料，之后作為高壓塔的進料，加熱蒸汽從高壓塔再沸器進入，之后再成為低壓塔再沸器的熱源。因為低壓塔里面的甲醇比較高，所以這個時候低壓塔再沸器加熱之后的高壓塔的溫度也會出現(xiàn)下降。

3 建立甲醇精餾工藝模型內(nèi)容

在甲醇精餾的時候會提前設(shè)計好一個預(yù)精餾塔，預(yù)精餾塔能夠在工作的時候去除相應(yīng)的雜質(zhì)。為了保證整個過程數(shù)據(jù)的準確性，在建立甲醇精餾工藝模型的時候需要把預(yù)精餾塔省略掉。在整個過程研究的時候還需要忽略少量的雜質(zhì)，整個過程主要以甲醇-水體系作為研究對象。在相同狀態(tài)下，建立甲醇單效精餾和雙效精餾的模型，表1為某公司的工況數(shù)據(jù)。

表1 工況數(shù)據(jù)表

3.1 建立雙效精餾過程模型

圖1是某公司甲醇裝置精餾系統(tǒng)的雙效精餾過程模型工藝流程圖。

圖1 雙效精餾過程模型圖

整個工藝流程步驟為：粗甲醇經(jīng)過預(yù)精餾塔之后會減輕一部分的雜質(zhì)，進入加壓塔之后再一次分離，這個時候能分解出99.9%的精甲醇蒸汽，最后通過常壓塔再沸器對物料進行冷凝，這個時候一部分會進入到產(chǎn)品罐中，剩下的一部分會進入到加壓塔頂部回流。加壓塔頂部回流里面的物料在常壓塔之后會繼續(xù)分離、冷凝，最終得到產(chǎn)品精甲醇，底部物料通過再沸器和加壓塔頂部氣相物料換熱，最后常壓塔里面的底部熱源，去生化系統(tǒng)進行處理。整個精餾系統(tǒng)中唯一的熱量消耗量就是加壓塔再沸器的蒸汽使用量，常壓塔頂部冷凝器的冷卻水使用的量就是冷量消耗量。加壓塔和常壓塔的相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 加壓塔和常壓塔數(shù)據(jù)表

根據(jù)圖上的數(shù)據(jù)內(nèi)容分析能夠得出以下的結(jié)論：加壓塔頂部的物料冷凝之后能夠完全滿足常壓塔底部需要的熱量。

3.2 建立單效精餾過程的模型

在進行對比的時候某公司又用相同的條件建立了單效精餾系統(tǒng)工藝模型。圖2是建立完成的工藝流程示意圖。

工藝流程：首先粗甲醇通過預(yù)精餾塔的幫助先除去一部分的雜質(zhì)，之后進入甲醇精餾塔分離，分離出來的精甲醇通過塔頂收集到產(chǎn)品罐中，剩下的從塔底流出，流出之后通過生化系統(tǒng)進行處理。在精餾系統(tǒng)中熱量的消耗量主要就是精餾塔再沸器的輸入量，冷量的消耗量就是塔頂?shù)睦淠骼鋮s水的使用量，單效精餾系統(tǒng)模擬計算出來的數(shù)據(jù)見表3。

表3 單效精餾系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)表

從表4看出，單效精餾系統(tǒng)需要的熱量比塔頂冷凝需要的冷量高。

4 單效精餾和雙效精餾的能耗比較

4.1 單效精餾和雙效精餾在熱公用工程方面的對比與分析

研究發(fā)現(xiàn)，某公司的熱力系統(tǒng)提供的低壓飽和蒸汽表壓為0.5MPa，單效精餾蒸汽量為21.5t/h，雙效精餾蒸汽量為9.8t/h，對比之后發(fā)現(xiàn)單效精餾的蒸汽量要大于雙效精餾蒸汽量一倍，這說明雙效精餾系統(tǒng)在工作的時候能夠降低加壓塔里面的采出負荷，這樣需要的熱量就可以降低一半，在生產(chǎn)的時候通過增加壓力提高加壓塔頂部的熱量，這樣再次傳遞出來的熱量就可以進行二次利用。

4.2 單效精餾和雙效精餾在冷公共工程方面的對比與分析

某公司在進行生產(chǎn)的時候冷卻水上溫度能夠達到32℃，回水溫度能夠達到42℃，通過計算發(fā)現(xiàn)單效系統(tǒng)里面的冷卻水量能夠達到1 066t/h，雙效精餾系統(tǒng)里面的冷卻水量能夠達到457t/h。上述數(shù)據(jù)能夠證明單效精餾的冷卻量要比雙效精餾的冷卻量大一倍，這是因為精餾塔頂部氣相介質(zhì)里面的熱量大部分都是來源于底部再沸器供給的熱量，所以雙效精餾系統(tǒng)里面雖然有兩個精餾塔，但還是能夠算作是一個系統(tǒng)，系統(tǒng)的熱輸入量減少，輸出量也在不斷地減少，這樣就能夠起到節(jié)約冷卻水的目的。

5 實際工況下雙效精餾系統(tǒng)分析

在分析某公司實際工況下雙效精餾工藝計算溫度和實際溫度分析對比時候發(fā)現(xiàn)，實際的工藝計算溫度和理論的數(shù)據(jù)值非常接近，實際生產(chǎn)溫度和理論生產(chǎn)溫度對比數(shù)據(jù)見表4。

表4 溫度數(shù)據(jù)表

通過表4的數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，實際數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)雖然相似，但還是有一定的差距存在，加壓塔頂部理論數(shù)據(jù)比實際的數(shù)據(jù)高，塔底理論數(shù)據(jù)要比實際的數(shù)據(jù)低；常壓塔中塔頂溫度理論數(shù)據(jù)要比實際的數(shù)據(jù)高，塔底理論數(shù)據(jù)要比實際的數(shù)據(jù)低。出現(xiàn)這些問題的原因就是有部分的熱量從塔底傳到了常壓塔底部，出現(xiàn)回流量抑制溫度，最終導(dǎo)致常壓塔頂部出現(xiàn)了一定的微負壓環(huán)境，最終常壓塔頂部實際溫度低于理論的數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，發(fā)現(xiàn)雙效精餾系統(tǒng)的節(jié)能效果要比單效精餾系統(tǒng)的節(jié)能效果好。效數(shù)越多，公用工程的消耗量就變得越低，但不能盲目地增加精餾的效數(shù)，應(yīng)該先進行系統(tǒng)的分析，在找到最大利潤點的時候合理設(shè)計精餾的效數(shù)，這樣才能更好地完成生產(chǎn)工作。