关于甲醇单效精馏与双效精馏的能耗分析与对比
闪俊杰
摘要：对甲醇精馏系统进行了能耗分析，将单效精馏系统与双效精馏系统的能耗进行了计算与对比，计算数据表明双效精馏系统的蒸汽消耗量与冷却水使用量比单效精馏系统低一半以上。另外对实际工况下双效精馏系统的能量传递进行了分析，解释了实际工况下常压塔顶呈现负压的原因。
关键字：单效精馏 双效精馏 能耗分析
1、前言
能耗是影响企业利润多少的主要因素之一，对于化工行业而言，能耗的大小关系着冷热公用工程的消耗量，是生产成本的最直接体现。在一个化工工艺流程中，精馏单元占据着非常重要的地位，也是能量消耗的主要单元之一，因此对于精馏系统的能耗研究，其意义可见一斑。多效精馏，是指将一个精馏过程分为多个串联的精馏过程，从而达到能量的重复利用，是目前较为先进的精馏过程设计理念。本文以甲醇精馏过程为主要研究对象，对单效精馏与
双效精馏的能耗进行对比和分析。
2、甲醇精馏工艺模型的建立
甲醇精馏工艺一般会先设置一个预精馏塔，其主要作用为除去粗甲醇中极少量的气态以及低沸点杂质，这些杂质约占粗甲醇的1%左右，含量很低。加之精馏系统的能耗及产品质量的稳定一般主要取决于采出精甲醇的精馏过程，因此，为保证分析的准确性本次精馏系统模型的建立将省略预精馏塔。另外，由于粗醇中甲醇与水的含量超过99%，因此为简化计算过程，减少干扰因素，本次研究将极少量的乙醇、杂醇等杂质忽略不计，仅以甲醇-水体系作为研究对象。下面在同等的工况条件下分别建立甲醇单效精馏与双效精馏工艺模型，以我公司甲醇分厂的工况数据为基本参数，具体见表1：
表1 基础条件
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进料量
Kg/h
进料组成%
进料温度 ℃
顶部产品纯度%
甲醇
水
19000
86
14
70
99.99
2.1 单效精馏
单效精馏的工艺流程如图1所示，粗甲醇在经过预精馏塔除去少量轻组分后进入甲醇精馏进行分离，含量为99.9%的精甲醇从塔顶采出进入产品罐，以水为主要成分的甲醇残液从塔底采出去往生化系统进行处理。在该精馏系统中热量消耗为精馏塔再沸器蒸汽的输入量，而冷量的消耗为塔顶部冷凝器的冷却水使用量。甲醇精馏塔的相关计算数据见表2，可以看出单效精馏系统所需要的热量为45GJ/h，而塔顶气相冷凝所需的冷量为44.8 GJ/h。
表2 单效精馏系统模拟计算数据
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法学 就业顶部
底部
温度℃
压力MPa
冷负荷GJ/h
组分含量
温度℃
压力MPa
热负荷GJ/h
组分含量
甲醇
水
甲醇
水
64.2
0.1
-44.8
1
87ppm
99.6
0.1
45
536ppm
0.999
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图1 单效精馏系统工艺流程图
2.2 双效精馏
双效精馏的工艺流程如图2所示，粗甲醇在经过预精馏塔除去少量轻组分后进入加压精馏塔进行部分分离，含量为99.9%的精甲醇蒸汽从加压塔顶引出后进入常压塔底部再沸器被常压塔底部物料冷凝后一部分作为产品采出进入产品罐，另一部分回到加压塔顶部回流。加
压塔底部物料进入常压塔继续进行分离，顶部气相物料经冷凝后得到产品精甲醇，底部物料经再沸器与加压塔顶部气相物料换热后作为常压塔底部热源，以水为主要成分的甲醇残液从常压塔底采出去往生化系统进行处理。在该精馏系统中唯一的热量消耗为加压塔再沸器蒸汽的输入量，而冷量的消耗则为常压塔顶部冷凝器的冷却水使用量。表2为同等基础条件下采用双效精馏工艺时的相关计算数据，可以看出加压塔顶部气相物料所需冷负荷为17.2GJ/h，而常压塔底部所需热量为16.5 GJ/h，这就说明加压塔顶部气相物料的冷凝潜热足以供给常压塔底部所需的热量；因此，对于双效精馏系统来说，所需的热量仅仅为加压塔底部的热量，即20.5GJ/h，而系统所需冷量为加压塔顶部气相物料冷凝所需冷量，即19.2GJ/h。
表3 双效精馏系统模拟计算数据
顶部
底部
温度℃
压力MPa
冷负荷GJ/h
组分含量
温度℃
压力MPa
热负荷GJ/h
组分含量
甲醇
水
甲醇
水
加压塔
123.2
0.7
-17.2
1
101ppm
129.02
0.7
20.5
0.788
0.212
常压塔
64.2
0.1
-19.2
0.999
0.001
108
0.14
19
0.002
0.998
图杨紫 秦俊杰2 双效精馏系统工艺流程图
3、单效精馏与双效精馏的能耗分析与对比
3.1 对于热公用工程的分析与对比
我公司热公用工程为表压为0.5MPa的低压蒸汽，因此按照仅仅消耗蒸汽潜热来计算的话，所消耗的蒸汽量见表4，数据表明双效精馏系统所需蒸汽量仅为单效精馏系统的一半左右，
这是由于双效精馏系统中降低了加压塔的产品采出负荷，使得加压塔所需热量减半，同时利用压力增加使得加压塔的顶部热量品阶得以提高，从而传递给所需能量品阶较低的常压塔，实现了加压塔底部输入热量的第二次利用。