一种利用低温热高效生产高纯甲醇的精馏方法与流程

本发明涉及甲醇精馏，具体涉及一种通过对加压塔、常压塔、减压塔、回收塔进行优化组合，并充分利用低温热作为热源，以实现高效生产乙醇含量低于10ppm的高纯度甲醇的精馏技术。

背景技术：

1、甲醇作为一种至关重要的基础化工原料，在化工、医药、农业等诸多领域都有着极为广泛的应用。目前，工业上生产甲醇大多以合成气为原料，经过合成反应得到粗甲醇，再经过初步的闪蒸分离后进入精馏工序。然而，粗甲醇中不仅含有乙醇、水、二甲醚、丙酮等多种杂质，还溶解有二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氩、氮等气体成分。

2、在甲醇的质量标准体系中，主要包含美国联邦a级和aa级标准以及我国的gb3382011标准。其中，对乙醇含量的控制尤为关键。例如，联邦aa级标准明确规定乙醇的最大值为10ppm，而联邦a级标准对此未作规定。尽管随着乙酸催化剂技术的不断发展，在一定程度上对甲醇中乙醇含量的要求有所放宽，但在电子、医药等特定的高端应用领域，仍然需要对其进行严格控制。

3、传统的甲醇精馏装置通常按照美国联邦aa级标准进行设计，但在实际的生产过程中，由于技术难度较大，很难达到这一标准。为了降低能耗，行业内先后开发出了双效精馏、三效精馏、四效精馏、五效精馏、甚至六效精馏以及热泵精馏等节能技术。虽然这些技术在一定程度上能够降低每吨甲醇生产过程中的蒸汽消耗量，但在大规模的工业实践中，仍然难以稳定地生产出乙醇含量低于10ppm的高精甲醇产品。

4、四塔精馏技术作为一种较为常见的甲醇精馏工艺，通过预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和回收塔的组合，实现了热量的部分梯级利用，能够生产出较高纯度的甲醇产品。

5、然而，随着工业生产规模的不断扩大以及对产品质量要求的进一步提高，四塔精馏技术在处理高杂质含量的粗甲醇时，对于某些关键杂质(如乙醇、高级醇等)的分离效果并不理想，并且在能源利用效率方面仍有较大的提升空间。此外，当面对不同来源、不同组成的粗甲醇时，其工艺的灵活性和适应性也存在不足。

6、在此背景下，四效甲醇精馏技术应运而生。现有的四效甲醇精馏技术通常由预精馏塔、多个加压精馏塔(如1加压塔、2加压塔、3加压塔)和常压精馏塔组成。在传统的四效甲醇精馏工艺中，粗甲醇首先进入预精馏塔，在塔内通过加热，使其中的低沸点杂质(如二甲醚、甲酸甲酯等)和溶解气体被分离出来，从塔顶排出。预精馏塔塔釜的物料依次进入各个加压精馏塔。各加压精馏塔在不同的压力下操作，压力依次降低，塔顶蒸汽的温度也相应递减。前一个加压精馏塔的塔顶蒸汽作为后一个加压精馏塔再沸器的热源，实现了热量的多级利用。最后，从加压精馏塔出来的物料进入常压精馏塔，在常压下进一步分离，从塔顶得到精甲醇产品，塔釜则排出含有少量甲醇等杂质的废水。

7、尽管四效甲醇精馏技术在一定程度上提高了能源利用率和产品纯度，但仍然存在一些亟待解决的问题。一方面，对于粗甲醇中一些微量杂质的分离不够彻底，难以满足高端电子、医药等行业对高纯甲醇的严格要求。另一方面，虽然采用了多效精馏，但在低温热回收和利用方面仍不够充分，工业生产过程中产生的大量低温余热未能得到高效利用，导致整体能耗依然较高。此外，该工艺的操作参数较为复杂，不同塔之间的协同控制难度较大，容易出现操作不稳定的情况，从而影响产品质量和生产效率。

8、现有技术存在的主要问题如下：

9、1.高精甲醇生产难度大：现有的甲醇精馏技术难以稳定地生产出乙醇含量低于10ppm的高精甲醇。由于传统工艺中杂质成分复杂，且对纯度的要求极为严格，导致生产技术难度大幅增加，难以达到预期的纯度标准。

10、2.能耗高：传统的甲醇精馏过程需要消耗大量的蒸汽用于加热，同时还需要大量的循环水进行冷却，使得能耗居高不下。尽管现有的一些节能技术能够降低部分蒸汽的消耗，但在大规模生产高精甲醇时，能耗问题依旧十分突出。

11、3.低温热利用不足：现有的精馏技术未能充分有效地利用工业过程中产生的低温余热资源，不仅浪费了大量的低品位能量，还增加了整体的能耗和运行成本。

12、因此，迫切需要一种新的技术来解决上述问题，以实现高精甲醇的稳定生产，并大幅降低能耗。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种利用低温热高效生产高纯甲醇的精馏方法，旨在解决现有技术中高精甲醇生产难度大、能耗高以及低温热利用不足的问题，从而实现高精甲醇的稳定生产，并显著降低能耗。

2、技术方案及具体物流流程：

3、流程1：如图1所示：预塔后粗甲醇分流：预塔塔釜的粗甲醇含80％-95％(质量分数)甲醇及水、乙醇等杂质，按0.8-1.2:1配比，经管线2和3分别进入并联的t1常压塔和t2加压塔。

4、常压塔与加压塔处理：t2加压塔以蒸汽凝液或其它低温余热供热，加压塔的操作压力维持在0.2-0.4mpag，塔顶温度达到90-115℃，蒸汽供t1常压塔，塔顶精甲醇(≥99％(质量分数))经c2冷凝后由管线6采出。

5、t1常压塔的再沸器与t2加压塔的冷凝器是同一台设备，即c2，借t2加压塔塔顶冷凝蒸汽供热，形成双效精馏，操作压力为0.01-0.05mpa(表压)，塔顶温度65-75℃。塔顶精甲醇(≥99％(质量分数))经c1冷凝后由管线4采出，其余经管线5进入后续流程。

6、减压塔处理：t1及t2塔釜采出物经混合后进入减压塔，减压塔操作压力为-0.02～-0.06mpag，塔顶温度40-60℃。设置塔节换热器(参见流程2)，热源多样，例如，采用c1冷凝汽加热，塔节换热器可与塔集成一体或独立于塔设置。最终，塔顶经c3冷凝得高精甲醇(≥99.9％(质量分数))由管线9采出，塔釜排含醇废水，经管线10排出。

7、回收塔处理：减压塔t3塔釜采出物进入回收塔，回收塔也为减压操作，操作压力为-0.02～-0.06mpag，塔顶温度40-60℃。塔内设置侧线采出杂醇油，经管线12排出。

8、流程2，设置塔节换热器的减压塔，如图2所示：图2中为t3减压塔设置内部塔节换热器的流程：t3内部设置塔节换热器，塔节换热器的热源来自常压塔冷凝汽或其它低温热。

9、流程3：塔节换热器移出塔外的减压塔，如图3所示：图3中t3减压塔塔节换热器移出塔外的流程：液相物料从减压塔引出，经移出塔外的塔节换热器汽化后返回减压塔。移出塔外的塔节换热器的热源来自常压塔冷凝汽或其它低温热。

10、对比本发明与传统甲醇精馏技术的优势，本发明提出的利用低温热高效生产高纯甲醇的精馏技术，与传统甲醇精馏技术相比，在多个方面具有显著优势，具体对比如下：

11、产品纯度：本发明通过对加压塔、常压塔、减压塔和回收塔的优化组合，以及塔节换热器的应用，能够稳定生产出乙醇含量低于10ppm的高精甲醇，最终产品中甲醇含量可达99.9％(质量分数)及以上。在电子、医药等高端应用领域，对甲醇纯度要求极为严格，本发明技术可满足其对杂质尤其是乙醇含量的严格控制要求，为这些领域提供高质量的原料。

12、传统技术：传统的甲醇精馏装置通常按美国联邦aa级标准设计，但实际生产中很难达到该标准。例如传统四塔双效精馏工艺生产的甲醇乙醇含量约50ppm，传统三塔精馏技术在处理高杂质含量粗甲醇时，对于乙醇等关键杂质的分离效果不理想，难以满足高端行业对高纯甲醇的需求。

13、能耗方面：本发明充分利用低温热作为热源，通过加压塔和常压塔的并联设计，使加压塔能充分利用低温热，减少对高温蒸汽的依赖；减压塔也采用低温余热供热，并通过塔节换热器高效回收利用低温热；回收塔也采用低温余热供热。几项节能措施可使吨甲醇鲜蒸汽消耗降至0.2吨以下，远低于常见的甲醇精馏装置(绝大部分蒸汽消耗在1.0吨蒸汽/吨甲醇左右，极少部分可达0.65吨蒸汽/吨甲醇左右)，极大地降低了能耗，提高了经济效益，同时减少了碳排放，符合环保要求。

14、传统技术：传统甲醇精馏过程需要消耗大量蒸汽用于加热，且需要大量循环水进行冷却，能耗居高不下。虽然一些节能技术能降低部分蒸汽消耗，但在大规模生产高精甲醇时，能耗问题依旧突出。如传统四塔双效精馏工艺吨甲醇鲜蒸汽消耗为1.0～1.2吨，远高于本发明技术的能耗水平。

15、低温热利用：本发明创新性地将加压塔与常压塔的串联改为并联、在其后引入减压塔并使用塔节换热器、引入减压回收塔，使得该技术可以使用多种来源的低温热作为再沸器的热源，降低蒸汽消耗。塔节换热器可灵活设置，其热源可来自常压塔塔顶甲醇蒸汽、蒸汽凝液或其他低温余热，能够充分回收和利用工业过程中产生的低温余热资源，既减少了对高温蒸汽等常规热源的依赖，又降低了整体运行成本，提升了系统的经济性和稳定性。

16、传统技术：现有精馏技术未能充分有效地利用工业过程中产生的低温余热资源，大量低品位能量被浪费，不仅增加了整体能耗，还提高了运行成本，在能源利用效率方面存在较大提升空间。

17、工艺灵活性和适应性：本发明装置操作灵活，节能措施可部分实施，也可全部实施。塔节换热器既可以与精馏塔集成一体，也可以独立设置，这种灵活的设计提高了系统的灵活性和适应性，能够更好地应对不同来源、不同组成的粗甲醇，可根据实际情况进行调整和优化，保证系统的稳定运行和产品质量。

18、传统技术：以三塔精馏技术为例，当面对不同组成的粗甲醇时，其工艺的灵活性和适应性不足，对于某些关键杂质的分离效果会受到影响，难以保证产品质量的稳定性。

19、传统技术：传统的四效甲醇精馏技术操作参数较为复杂，不同塔之间的协同控制难度较大，容易出现操作不稳定的情况，从而影响产品质量和生产效率。

20、综上所述，本发明的精馏技术在产品纯度、能耗、低温热利用、工艺灵活性和操作稳定性等方面均优于传统甲醇精馏技术，具有广阔的应用前景和显著的经济、环保效益。