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摘 要：本文对三塔精馏工艺在焦炉煤气制甲醇生产工艺中的应用进行了总结，简单介绍了三塔精馏的工艺原理及工艺流程，从工艺特点及运行参数的调节等方面总结了生产过程中出现的问题，并根据实际情况提出了解决方法，并取得了良好的经济效益。
关键词：甲醇 精馏 工艺特点 运行 总结
山西天浩化工股份有限公司（简称天浩公司）10万吨/年甲醇项目采用焦炉煤气转化合成气制取甲醇工艺，是山东兖矿集团在山西独立投资建设的一个集环保、节能为一体，具有良好社会经济效益的项目。该项目充分利用金晖100万吨/年焦化厂辅产的焦炉煤气，采用赛鼎工程有限公司（原化学工业第二设计院）专利技术“换热式焦炉煤气加压催化部分氧化法制取合成气工艺”（专利号为0116056·X），通过部分工艺革新转化合成气制取甲醇。2006年4月开工建设，2008年4月，采用三塔精馏工艺，一次投料成功，生产出优级甲醇产品。
在工业生产中，对精甲醇的质量和纯度要求非常严格，优质甲醇的指标具体体现在沸程短、纯度高、稳定性好并且有机杂质含量极少等方面 ，天浩公司采取三塔精馏工艺，缩短了甲醇采出周期，保证了产品质量。
一、工艺原理
利用甲醇混合液中的各个组分在相同温度和压力下相对挥发度的不同，经过多次简单蒸馏的组合，通过多次加热汽化、多次部分冷凝的化工操作，将其中的杂质除去，最后得到的是近乎纯态的精甲醇产品。
甲醇合成过程中，由于催化剂选择性的限制，且受合成条件（温度、压力、合成气组成等）的影响，在产生甲醇的同时，还伴随着一系列的副反应，造成粗甲醇中除水以外，还包含有醛、酮、醚、酸、烷烃等杂质及少量的羰基铁、催化剂粉末。为脱除杂质以获得高纯度的精甲醇，通常采用精馏的方式按照不同的工艺指标进行合理操作。
二、 工艺流程
（一）预塔
由粗甲醇泵来的粗甲醇经预热器加热至65℃左右，送入预塔中上部。预塔底由0.5MPa蒸汽经热虹吸式再沸器提供热量。汽化后的甲醇蒸汽经过预塔冷凝器大部分冷凝下来回收至预塔回流槽，再由预塔回流泵打至塔顶回流。
预塔冷凝器未冷凝的部分低沸点组分及不凝气经过预塔第二冷却器冷却至40℃，将其中绝大部分甲醇回收，不凝气经预塔压力调节阀通过排放槽放空。为了防止粗甲醇中微量酸性物质腐蚀塔内件及促进胺类和羰基物的分解，在预塔前加入质量分数为1～5%的烧碱液，调节预后甲醇pH值8～9。
（二）加压塔
脱除掉轻组分后的预后甲醇，经预后甲醇泵提压，通过预后第一预热器及预后第二预热器预热后送至加压塔。加压塔塔底才用0.5MPa蒸汽经热虹吸式再沸器提供热量。塔顶甲醇蒸汽进入常压塔再沸器作为常压塔的塔底热源，甲醇蒸汽本身被冷凝后汇集至加压塔回流槽，然后一部分由加压塔回流泵加压后回流，其余部分作为产品经精甲醇冷却器冷却至≤40℃进入精甲醇槽。
（三）常压塔
由加压塔塔底排出的甲醇溶液减压后经预后第一加热器送至常压塔。常压塔塔底再沸器利用加压塔塔顶蒸汽作为热源，被汽化后的甲醇蒸汽经常压塔冷凝器冷却至≤40℃，汽液混合物进入常压塔回流槽，甲醇液体经回流泵加压，一部分作为回流送入常压塔顶部，其余部分作为产品送往精甲醇槽。
由于理论和实际成分的差异，造成实际指标控制也有不同程度的调整。以下两表分别为三塔设计理论指标和实际操作数据对照
表1 三塔设计数据
表2 三塔实际数据
三、主要工艺特点
相对于传统双塔精馏，三塔流程有着以下三个方面鲜明的特点和优点：
（一）回收余热降低成本
（1）蒸汽余热利用。
常压塔再沸器利用加压塔塔顶蒸汽作为热源，将进入常压塔的甲醇液体不断蒸发；同时，常压塔塔釜又被用作加压塔的塔顶冷凝器，加压塔塔顶蒸汽被冷凝回收至加压塔回流槽。此操作称为双效蒸发模式。
（2）蒸汽冷凝液余热利用。
经预塔再沸器及加压塔再沸器换热后的水蒸汽，冷凝后依次进入预后第二加热器和粗甲醇预热器，分别对甲醇进行预热，回收了蒸汽冷凝液的余热。
（二）提高了甲醇质量
在加压塔，甲醇分压的提高，有利于甲醇精馏的进行，使得精甲醇质量大大提高，不仅其中杂质含量减少许多，而且精甲醇的高锰酸钾值有很大提高，稳定性大大增强。
（三）提高了回收率
三塔放空气及各回流槽放空气，经放空总管汇集至排放槽，经脱盐水鼓泡吸收，达到一定浓度后，回收至粗甲醇槽，重新精馏。
四、生产中出现的问题及处理办法
（1）精甲醇氧化性不合格
在实际操作中，有时会出现精甲醇氧化性不合格，导致高锰酸钾值偏低的情况，分析后得知主要是因为粗甲醇中轻组分杂质含量偏高，预塔馏分及杂醇馏分采出少，采出温度高，回流比小等原因造成。经过工艺调整，并适当加大了预塔用碱量，取得了良好的效果。
（2）精甲醇水分含量超标
在生产过程中，还出现过因常压塔采出水分含量不合格，致使精甲醇中间槽水分跑高。原因分析为：在生产中，个别班组一味追求增高精甲醇产量，降低甲醇单耗，加大采出，减小了回流，回流比下降，重组分上移，加上分析不及时，造成采出的不合格品进入精甲醇中间槽。
为避免这种状况的发生，必须保证足够的回流比及常压塔进料量，严格控制进料板温度与进料温度一致，一旦发现进料板温度跑高现象，立即减少采出，增加回流，甚至采用全回流操作；并且在分析结果未检出前将常压塔回采，当温度指标恢复，分析确认正常后再采出。
（3）常压塔超压
由于循环水设计能力限制，水压达不到0.35MPa，所以经常会出现常压塔超压，放空管冒汽现象，特别是夏季，尤为严重，在无法提高水压的情况下，经常对水冷器进行清洗，并且减少常压塔的负荷，将负荷向加压塔倾斜，缓解了常压塔超压现象。
（4）常压塔冷凝器内漏，导致常压塔采出长时间不合格
由于频繁的清洗水冷器，加上循环水加药过量，冷凝器列管腐蚀严重，导致开车过程中，常压塔采出长时间不合格，经过取样分析综合判断，确定常压塔冷凝器内漏，在屡次焊补后，向公司申请，更换为不锈钢列管冷凝器，解决了后顾之忧。
本流程通过三年多的运行实践，实现了最高班产128吨，最高日产363吨的生产水平，大大超过了100kt/a的设计能力。并且，精甲醇的各项指标均符合国际优等品标准，纯度大于99.99%，酸度（以 HCOOH计） 0.0008，残液中甲醇含量小于0.01%，其它各项指标均达到了设计水平。
五、结论
在甲醇生产过程中，三塔精馏流程作为一种成熟的生产工艺，经过天浩公司近四年稳定运行，暴露的问题已逐步解决，针对从安装、试车直至满负荷生产遇到的各种意外情况，建议同类型厂家注意如下几点：
（1）在安装过程中，仔细排查，如发现不利于生产的项目，要及时联系设计院进行整改，以免去试车过程中不必要的麻烦。
（2）试车前要抓好职工的培训工作，在培训期间就掌握好三塔精馏工艺操作技术，这样才能为试开车打下良好的基础。
（3）在开车过程中，升温要缓慢，蒸汽投用前要排净系统中积水，防止液击。
（4）当首次分析合格，不要急于采出，要坚持两次分析合格在采出产品。
（5）甲醇精馏的所有换热设备要定期查漏，因为生产过程中设备内漏会频繁出现。
（6）在生产过程中，严禁粗甲醇缓冲槽及加压塔超压。
总之，在甲醇生产过程中，精馏系统气液平衡的控制相当重要，生产单位基本是按照原始设计中的物料衡算、热量衡算进行操作的，加上化工生产的连续性、系统性，必须抓好工艺指标的控制。
（作者单位：山西天浩化工股份有限公司）
参考文献：
[1]王正烈，周亚平.物理化学上册[M]，高等教育出版社，2005（4）：271-275
[2]孙希瑾，陈建娟，秦岭.大型填料塔液体分布器的设计应用[J]，石油化工设计，2002（1）：10-15
[3]冯元琦.甲醇生产操作问答[M]，化工工业出版社，2003
[4]宋维端.甲醇工艺学[M]，化学工业出版社，1991
关键词：甲醇 精馏 工艺特点 运行 总结
山西天浩化工股份有限公司（简称天浩公司）10万吨/年甲醇项目采用焦炉煤气转化合成气制取甲醇工艺，是山东兖矿集团在山西独立投资建设的一个集环保、节能为一体，具有良好社会经济效益的项目。该项目充分利用金晖100万吨/年焦化厂辅产的焦炉煤气，采用赛鼎工程有限公司（原化学工业第二设计院）专利技术“换热式焦炉煤气加压催化部分氧化法制取合成气工艺”（专利号为0116056·X），通过部分工艺革新转化合成气制取甲醇。2006年4月开工建设，2008年4月，采用三塔精馏工艺，一次投料成功，生产出优级甲醇产品。
在工业生产中，对精甲醇的质量和纯度要求非常严格，优质甲醇的指标具体体现在沸程短、纯度高、稳定性好并且有机杂质含量极少等方面 ，天浩公司采取三塔精馏工艺，缩短了甲醇采出周期，保证了产品质量。
一、工艺原理
利用甲醇混合液中的各个组分在相同温度和压力下相对挥发度的不同，经过多次简单蒸馏的组合，通过多次加热汽化、多次部分冷凝的化工操作，将其中的杂质除去，最后得到的是近乎纯态的精甲醇产品。
甲醇合成过程中，由于催化剂选择性的限制，且受合成条件（温度、压力、合成气组成等）的影响，在产生甲醇的同时，还伴随着一系列的副反应，造成粗甲醇中除水以外，还包含有醛、酮、醚、酸、烷烃等杂质及少量的羰基铁、催化剂粉末。为脱除杂质以获得高纯度的精甲醇，通常采用精馏的方式按照不同的工艺指标进行合理操作。
二、 工艺流程
（一）预塔
由粗甲醇泵来的粗甲醇经预热器加热至65℃左右，送入预塔中上部。预塔底由0.5MPa蒸汽经热虹吸式再沸器提供热量。汽化后的甲醇蒸汽经过预塔冷凝器大部分冷凝下来回收至预塔回流槽，再由预塔回流泵打至塔顶回流。
预塔冷凝器未冷凝的部分低沸点组分及不凝气经过预塔第二冷却器冷却至40℃，将其中绝大部分甲醇回收，不凝气经预塔压力调节阀通过排放槽放空。为了防止粗甲醇中微量酸性物质腐蚀塔内件及促进胺类和羰基物的分解，在预塔前加入质量分数为1～5%的烧碱液，调节预后甲醇pH值8～9。
（二）加压塔
脱除掉轻组分后的预后甲醇，经预后甲醇泵提压，通过预后第一预热器及预后第二预热器预热后送至加压塔。加压塔塔底才用0.5MPa蒸汽经热虹吸式再沸器提供热量。塔顶甲醇蒸汽进入常压塔再沸器作为常压塔的塔底热源，甲醇蒸汽本身被冷凝后汇集至加压塔回流槽，然后一部分由加压塔回流泵加压后回流，其余部分作为产品经精甲醇冷却器冷却至≤40℃进入精甲醇槽。
（三）常压塔
由加压塔塔底排出的甲醇溶液减压后经预后第一加热器送至常压塔。常压塔塔底再沸器利用加压塔塔顶蒸汽作为热源，被汽化后的甲醇蒸汽经常压塔冷凝器冷却至≤40℃，汽液混合物进入常压塔回流槽，甲醇液体经回流泵加压，一部分作为回流送入常压塔顶部，其余部分作为产品送往精甲醇槽。
由于理论和实际成分的差异，造成实际指标控制也有不同程度的调整。以下两表分别为三塔设计理论指标和实际操作数据对照
表1 三塔设计数据
表2 三塔实际数据
三、主要工艺特点
相对于传统双塔精馏，三塔流程有着以下三个方面鲜明的特点和优点：
（一）回收余热降低成本
（1）蒸汽余热利用。
常压塔再沸器利用加压塔塔顶蒸汽作为热源，将进入常压塔的甲醇液体不断蒸发；同时，常压塔塔釜又被用作加压塔的塔顶冷凝器，加压塔塔顶蒸汽被冷凝回收至加压塔回流槽。此操作称为双效蒸发模式。
（2）蒸汽冷凝液余热利用。
经预塔再沸器及加压塔再沸器换热后的水蒸汽，冷凝后依次进入预后第二加热器和粗甲醇预热器，分别对甲醇进行预热，回收了蒸汽冷凝液的余热。
（二）提高了甲醇质量
在加压塔，甲醇分压的提高，有利于甲醇精馏的进行，使得精甲醇质量大大提高，不仅其中杂质含量减少许多，而且精甲醇的高锰酸钾值有很大提高，稳定性大大增强。
（三）提高了回收率
三塔放空气及各回流槽放空气，经放空总管汇集至排放槽，经脱盐水鼓泡吸收，达到一定浓度后，回收至粗甲醇槽，重新精馏。
四、生产中出现的问题及处理办法
（1）精甲醇氧化性不合格
在实际操作中，有时会出现精甲醇氧化性不合格，导致高锰酸钾值偏低的情况，分析后得知主要是因为粗甲醇中轻组分杂质含量偏高，预塔馏分及杂醇馏分采出少，采出温度高，回流比小等原因造成。经过工艺调整，并适当加大了预塔用碱量，取得了良好的效果。
（2）精甲醇水分含量超标
在生产过程中，还出现过因常压塔采出水分含量不合格，致使精甲醇中间槽水分跑高。原因分析为：在生产中，个别班组一味追求增高精甲醇产量，降低甲醇单耗，加大采出，减小了回流，回流比下降，重组分上移，加上分析不及时，造成采出的不合格品进入精甲醇中间槽。
为避免这种状况的发生，必须保证足够的回流比及常压塔进料量，严格控制进料板温度与进料温度一致，一旦发现进料板温度跑高现象，立即减少采出，增加回流，甚至采用全回流操作；并且在分析结果未检出前将常压塔回采，当温度指标恢复，分析确认正常后再采出。
（3）常压塔超压
由于循环水设计能力限制，水压达不到0.35MPa，所以经常会出现常压塔超压，放空管冒汽现象，特别是夏季，尤为严重，在无法提高水压的情况下，经常对水冷器进行清洗，并且减少常压塔的负荷，将负荷向加压塔倾斜，缓解了常压塔超压现象。
（4）常压塔冷凝器内漏，导致常压塔采出长时间不合格
由于频繁的清洗水冷器，加上循环水加药过量，冷凝器列管腐蚀严重，导致开车过程中，常压塔采出长时间不合格，经过取样分析综合判断，确定常压塔冷凝器内漏，在屡次焊补后，向公司申请，更换为不锈钢列管冷凝器，解决了后顾之忧。
本流程通过三年多的运行实践，实现了最高班产128吨，最高日产363吨的生产水平，大大超过了100kt/a的设计能力。并且，精甲醇的各项指标均符合国际优等品标准，纯度大于99.99%，酸度（以 HCOOH计） 0.0008，残液中甲醇含量小于0.01%，其它各项指标均达到了设计水平。
五、结论
在甲醇生产过程中，三塔精馏流程作为一种成熟的生产工艺，经过天浩公司近四年稳定运行，暴露的问题已逐步解决，针对从安装、试车直至满负荷生产遇到的各种意外情况，建议同类型厂家注意如下几点：
（1）在安装过程中，仔细排查，如发现不利于生产的项目，要及时联系设计院进行整改，以免去试车过程中不必要的麻烦。
（2）试车前要抓好职工的培训工作，在培训期间就掌握好三塔精馏工艺操作技术，这样才能为试开车打下良好的基础。
（3）在开车过程中，升温要缓慢，蒸汽投用前要排净系统中积水，防止液击。
（4）当首次分析合格，不要急于采出，要坚持两次分析合格在采出产品。
（5）甲醇精馏的所有换热设备要定期查漏，因为生产过程中设备内漏会频繁出现。
（6）在生产过程中，严禁粗甲醇缓冲槽及加压塔超压。
总之，在甲醇生产过程中，精馏系统气液平衡的控制相当重要，生产单位基本是按照原始设计中的物料衡算、热量衡算进行操作的，加上化工生产的连续性、系统性，必须抓好工艺指标的控制。
（作者单位：山西天浩化工股份有限公司）
参考文献：
[1]王正烈，周亚平.物理化学上册[M]，高等教育出版社，2005（4）：271-275
[2]孙希瑾，陈建娟，秦岭.大型填料塔液体分布器的设计应用[J]，石油化工设计，2002（1）：10-15
[3]冯元琦.甲醇生产操作问答[M]，化工工业出版社，2003
[4]宋维端.甲醇工艺学[M]，化学工业出版社，1991