Спосіб і установка для дистиляції метанолу з регенерацією тепла

Реферат: У заявці описано спосіб і установка для очищення сирого метанолу, що включають принаймні три ступені дистиляції, що працюють у каскаді при тиску, що знижується, де перший ступінь (200) працює при максимальному тиску (р2) дистиляції, другий ступінь (300) дистиляції працює при середньому тиску (р3) дистиляції та кінцевий ступінь (400) дистиляції працює при мінімальному тиску (р4) дистиляції, при цьому на першому ступені та на ступені дистиляції на кожному отримують відповідний газоподібний потік (204, 304) перегнаного метанолу, і розчин, який містить метанол, який направляють на перший ступінь дистиляції, і де принаймні один перший газоподібний потік перегнаного метанолу (204), одержаний на першому ступені дистиляції, та другий газоподібний потік перегнаного метанолу (304), одержаний на другому ступені дистиляції, використовують як джерела тепла для другого ступеня дистиляції та кінцевому ступені дистиляції, відповідно. UA 112341 C2 (12) UA 112341 C2 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь даного винаходу Даний винахід належить до способу і установки для дистиляції метанолу з регенерацією тепла. Передумови створення даного винаходу Відомо, що продуктом установок для синтезу метанолу, так званим сирим метанолом, є водний розчин метанолу, який містить побічні продукти реакції синтезу, що включають етанол, кетони, вищі спирти і деякі розчинені гази, в основному включають Н 2, СО, СО2, N2, СH4. Сирий метанол піддають дистиляції для відповідності показникам чистоти, встановленим в ТУ для комерційного метанолу. Наприклад, згідно ТУ, клас чистоти АА означає, що мінімальна концентрація метанолу складає 99,85 мас. %, і вміст етанолу не перевищує 10 мас. част./млн. Відомі процеси дистиляції в основному засновані на використанні однієї або більше очисних колон. В основному очисна колона здатна розділити легкий (низькокиплячий) продукт (наприклад, газ) у верхній частині і важкий (висококиплячий) продукт (наприклад, водний розчин) в нижній частині або хвостовій частині. Перші широко розповсюджені процес і відповідна установка, включають дві колони, які експлуатують при атмосферному або близькому у атмосферному тиску. Більш детально, зазначений процес включає колону для попередньої обробки, відому як "відбензинююча" колона або перед-колона, і другу дистиляційну колону. Основне призначення першої колони полягає в відділенні легколетких компонентів, що містяться в сирому метанолі, причому на вказаний колону надходить сирий метанол і в її верхній частини відокремлюються більш легкі компоненти (передгон), а в нижній частині відділяється водний розчин, при цьому на другий колоні здійснюють істинну дистиляцію і отримують очищений метанол у верхній частині, краще водний потік в нижній частині ("кубова вода"), бічний потік, відомий як "сивушне масло", в основному який містить воду, залишковий метанол (приблизно 1 % в розрахунку на весь продукт) і більшість побічних продуктів реакції синтезу. Зазначені "сивушні масла" характеризуються певною теплотворною здатністю і зазвичай використовуються в якості палива. Кожна колона включає відповідний кубовий нагрівач, який нагріває нижню частину колони і підтримує процес дистиляції. Нагрівання забезпечується потоком низького тиску, або технологічним газом, якщо є, з придатним тепловим рівнем. Більш того, кожна колона вимагає верхнього зрошення, тобто, щоб частина перегнаного метанолу конденсувалась і знову надходила в верхню частину колони. З цією метою кожна колона обладнана відповідним верхнім конденсатором, який зазвичай являє собою повітряний або водний конденсатор. Така конфігурація з двома колонами є простою з точки зору конструкції установки, але її основний недолік полягає в значному споживанні енергії за рахунок тепла, що подається в нижні нагрівачі, і за рахунок споживання охолоджуючої води та / або електроенергії верхніми конденсаторами. Більш того, колони характеризуються відносно великим діаметром відносно продуктивності і отже високою вартістю установки. Більш детально, порядок величини споживання тепла двома нижніми нагрівачами становить приблизно 0,8 Гкал на тонну очищеного метанолу. Оскільки споживання енергії, необхідної для отримання сирого метанолу, становить 6-8 Гкал, порядок споживання енергії для дистиляції складатиме 10 % від загального споживання енергії на установці. Споживане конденсаторами тепло порівнянно з теплообміном в нагрівачах. В теорії, наприклад, для видалення такого тепла виключно з використанням охолоджуючої води потрібна значна швидкість циркулюючого потоку, тобто приблизно 80 м /т метанолу, і отже висока вартість насосів і т.п. Існують відомі дистиляційні установки і процеси, які були розроблені принаймні для часткового усунення таких недоліків. У патенті US 4210495 описаний спосіб з трьома очисними колонами, тобто спосіб включає колону попередньої обробки або "відбензинюючу" колону і дві дистиляційні колони -колону, експлуатовану при середньому тиску приблизно 7-8 бар, і кінцеву дистиляційну колону або "виснажуючу" колону, відповідно. Відбензинюючу і кінцеву дистиляційну колони експлуатують в основному при атмосферному тиску або незначно підвищеному тиску (наприклад, 1,5 бар). Така конфігурація дозволяє конденсувати верхню парову фракцію з колони середнього тиску в нижньому нагрівачі кінцевої колони при атмосферному тиску і тим самим регенерувати тепло. Однак необхідно нагрівати обидві відбензинюючу і проміжну колони, і таке специфічне споживання енергії є досить високим, хоча і є зниженим у порівнянні з конструкцією установки тільки з двома колонами. У патенті US 4592806 описано удосконалення зазначеного способу з трьома колонами, згідно з яким використовують четверту колону для обробки двох бічних потоків сивушних масел, що надходять з двох очисних колон. Таке рішення дозволяє регенерувати принаймні частину метанолу, що міститься в сивушних маслах, яке становить, як було зазначено вище, 1-1,5 % від 1 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 загального вмісту в сирому метанолі, і отже, такий вміст не слід вважати незначним, однак таке вдосконалення незначно підвищує продуктивність, але в незначній мірі знижує енерговитрати. Перш за все, нова колона також включає нижній нагрівач і верхній конденсатор, які відповідно споживають тепло і охолоджуючу воду чи електроенергію. Описані вище конфігурації все ще широко використовуються. В основному, способи, відомі в попередньому рівні техніки, все ще характеризуються недоліками, пов'язаними зі значним енергоспоживанням порядку 0,6-0,8 Гкал / τ метанолу. Існує нагальна потреба в зниженні зазначеного енергоспоживання, а також у зниженні тепла, що витрачається в верхніх конденсаторах дистиляційних колон. Інша проблема полягає в розмірі обладнання (колон), який пропорційний вартості установки. Короткий виклад суті даного винаходу Метою даного винаходу є зниження витрат на енергію, охолоджуючу воду та / або електроенергію в процесі дистиляції сирого метанолу. Зазначена мета досягається за допомогою способу очищення потоку сирого метанолу, який включає наступні ступені: - принаймні три ступені дистиляції, що працюють в каскаді при відповідно тиску, який знижується, що включають принаймні один перший дистиляційний ступінь при максимальному тиску дистиляції, другий ступінь дистиляції при середньому тиску дистиляції та кінцевий ступінь дистиляції при мінімальному тиску дистиляції. - де на зазначених першому і другому ступенях дистиляції на кожному одержують принаймні один відповідний газоподібний потік перегнаного метанолу і відповідний розчин, що містить метанол, який надходить на наступний ступінь дистиляції, а на зазначеному кінцевому ступені одержують принаймні один газоподібний потік перегнаного метанолу і розчин, в основному складається з води, - де принаймні один відповідний газоподібний потік перегнаного метанолу, одержаний на першій ступені дистиляції, і другий газоподібний потік перегнаного метанолу, одержаний на другому ступені дистиляції, використовують в якості джерел тепла для нагрівання принаймні зазначеному другого ступеня дистиляції та зазначеному кінцевому ступені дистиляції, відповідно. У цьому винаході пропонуються принаймні три рівня тиску дистиляції і насамперед, перед першим ступенем дистиляції при високому тиску проводять попередню обробку (відбензинююча колона) для відділення летких речовин від сирого метанолу. Краще вказаний перший ступінь дистиляції проводять при номінальному тиску від 10 до 35 бар, і краще принаймні при 20 бар, згідно конкретного варіанта здійснення. Слід зазначити, що в попередньому рівні техніки максимальний тиск дистиляції не перевищує величину приблизно 8 бар. В даний винахід включений ступінь дистиляції, експлуатована при відносно високому тиску (наприклад, 20 або 30 бар), і для цього потрібно джерело тепла з високим рівнем енергії, наприклад, пар, що конденсується при тиску 10 бар або більше. Заявниками було встановлено, що ступінь дистиляції при високому тиску підвищує можливість регенерації тепла всередині процесу дистиляції самого по собі, за рахунок наявності газоподібного потоку перегнанного метанолу при високій температурі і тиску. Було встановлено, що поліпшена регенерація тепла в надлишковій мірі компенсує необхідність в підводі тепла з високим рівнем енергії. Термін "каскад" означає, що рідкий розчин, що містить метанол, одержаний на ступені дистиляції, знову піддають дистиляції на наступному ступені. На спільному проміжному ступені дистиляції одержують принаймні один потік перегнаного метанолу в газоподібному стані і розчин метанолу, призначений для подальшої дистиляції на наступному ступені. Останній ступінь дистиляції зазвичай є так званої "виснажуючим" ступенем. На останньому ступені зазвичай отримують перегнаний метанол в газоподібному стані, розчин, в основному складається з води, і бічний потік, що представляє собою так звані "сивушні масла". Бічні потоки сивушних масел при необхідності можна також відводити з проміжних ступенів дистиляції. В деяких варіантах здійснення даного винаходу пропонуються також більше трьох ступенів дистиляції, навіть якщо три ступені є кращими. Термін "газоподібний потік перегнаного метанолу" означає потік, одержаний в процесі дистиляції, наприклад, що відбирається з верхньої частини колони. Такий потік в основному складається з метанолу з низьким вмістом домішок згідно з вимогами, вказаними в ТУ (клас чистоти АА). Краще тиск встановлюють таким чином, щоб зазначені потоки перегнаного метанолу можна було використовувати в якості джерел всього тепла для відповідному ступені дистиляції, 2 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташованому в каскаді вниз по потоку. Наприклад, потік перегнаного метанолу, одержаний на першому ступені дистиляції, є джерелом усього тепла для другого ступеня і т.д. Краще зазначені газоподібні потоки перегнаного метанолу принаймні частково конденсуються в процесі теплообміну, при цьому утворюються відповідні потоки перегнаного метанолу в рідкому стані. Наприклад, кожен газоподібний потік перегнаного метанолу постачає теплом наступний ступінь дистиляції за рахунок непрямого теплообміну з відповідним рідким розчином, що містить метанол, призначений для дистиляції. Більш краще газоподібний потік перегнаного метанолу конденсується в процесі випарювання рідкого розчину. Конденсація і випарювання, відповідно, є принаймні частковими і краще вони є повними. Рідкий розчин, наприклад, відбирають з нижньої частини дистиляційної колони, а нагрітий розчин (частково або повністю випаровування) знову подають в нижню частину колони і таким чином нагрівають колону. В цьому випадку поєднану стадію випаровування і конденсації реалізують відповідно для розчину метанолу (на рівні тиску дистиляції) і перегнаного метанолу (на рівні більш високого тиску). Цю поєднану стадію випаровування і конденсації можна проводити в теплообміннику, наприклад, в теплообміннику з трубним пучком або пластинчастому теплообміннику, де перегнаний метанол конденсується на гарячій стороні, а розчин випаровується на холодній стороні. Теплообмінник працює як в якості нижнього нагрівача дистиляційної колони, так і в якості верхнього випарника в колоні високого тиску. Така конструкція відповідно до одного з об'єктів даного винаходу характеризується додатковою перевагою, яке полягає в усуненні необхідності принаймні в деяких верхніх конденсаторах, як буде більш детально описано в розділі Приклади. У способі пропонується попередня відбензинююча обробка для видалення більш летких компонентів. Зазначений відбензинюючий ступінь зазвичай проводять при атмосферному тиску, в типовому випадку при 1-1,5 бар. Інший об'єкт даного винаходу включає підвищення мінімального тиску дистиляції (або тиску виснаження) на відміну від попереднього рівня техніки, в якому існує тенденція підтримувати тиск виснаження по можливості на більш низькому рівні і зазвичай на рівні, такому, що дорівнює тиску відбензинювання. Дійсно, підвищення тиску відбензинювання представляє додаткову перевагу відносно енергії, так як потік перегнаного метанолу, одержаний на останньому ступені дистиляції знаходиться при температурі, достатньої для його використання в якості джерела тепла для попереднього відбензинюючого ступені. Наприклад, в деяких варіантах здійснення даного винаходу тиск відбензинювання приблизно дорівнює атмосферному тиску, а мінімальний тиск дистиляції становить принаймні 2 бар і краще приблизно 5 бар. Іншими словами заявником було встановлено, що, - на відміну від попереднього рівня техніки, в якомув основному описана дистиляція при найбільш низькому тиску виснаження, і зазвичай при тиску, такому, що дорівнює тиску відбензинювання - використання значно більш високого тиску виснаження дозволяє зберігати енергію та оптимізувати теплові потоки, щоб використовувати газоподібний метанол, перегнаний на виснажуючому ступені, для нагрівання на попередньому відбензинюючому ступені. Краще спосіб без регенерації тепла, отриманого на кінцевому ступені дистиляції, характеризується наступними величинами тиску: тиск відбензинювання і тиск кінцевого виснаження складають приблизно 1,5 бар, тиск на ступені при високому тиску становить приблизно 18-20 бар, на ступені при середньому тиску - приблизно 8-10 бар. Краще спосіб з регенерацією тепла, також отриманого на кінцевому ступені дистиляції, проводять при наступних величинах тиску: тиск відбензинювання становить приблизно 1,5 бар, тиск на ступені при високому тиску становить приблизно 30 бар, на ступені при середньому тиску становить приблизно 15-20 бар, на ступені при мінімальному тиску (виснаження) приблизно 5 бар. Слід зазначити, що точний розрахунок величин тиску можна здійснювати з урахуванням теплового балансу випарників / конденсаторів і з урахуванням відповідного мінімального Dt теплообміну, температури випаровування розчину і т.п. Дійсно, тиск також визначають температура гарячого газоподібного потоку метанолу і, отже, температура конденсації метанолу. Згідно варіанту здійснення даного винаходу, підвід тепла для процесу дистиляції може бути представлений тільки теплом ступені при максимальному тиску і, можливо, теплом із ступеня відбензинювання. В основному, ступінь відбензинювання вимагає низькотемпературного тепла (низькотемпературний рівень) і, отже, краще використовувати газоподібний перегнаний метанол 3 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при високому / середньому тиску для нагрівання ступені дистиляції при середньому тиску або ступені виснаження. Краще ступінь відбензинювання нагрівають з використанням тепла, регенерованого згідно варіантам здійснення, в яких дистиляцію виснаження проводять при більш високому тиску, як описано вище. Описані ступені відбензинювання і дистиляції в каскаді краще забезпечені відповідними очисними колонами. На кожному ступені можна використовувати єдину колону або при необхідності безліч колон, з'єднаних паралельно. Кожна колона з'єднана принаймні з одним нижнім нагрівачем і можливо також з верхнім конденсатором. Деякі дистиляційні колони можуть бути з'єднані з нагрівачем / конденсатором, котрі представляють собою єдиний теплообмінник, який виконує функцію нижнього нагрівача для дистиляційної колони і верхнього конденсатора для розташованої вгору за потоком колони, яка експлуатується при більш високому тиску. Об'єкт даного винаходу також включає установку для проведення способу, описаного в формулі винаходу. Нижче представлені деякі переваги даного винаходу. Згідно винаходу можна зберігати значно кількість енергії, яка може становити приблизно 0,20 Гкал / τ метанолу в порівнянні з попереднім рівнем техніки, згідно з яким енергозбереження становить приблизно 30 %. Для установки з продуктивністю 5000 τ / добу метанолу, енергозбереження становить приблизно 40 Гкал / год., що дорівнює 3 % від загального енергоспоживання на установці, включаючи дистиляцію. Таке енергозбереження дозволять знизити собівартість метанолу. Споживання охолоджуючої води для конденсаторів також знижується в порівнянні з попереднім рівнем техніки. Перевага нового способу також полягає в зниженні капіталовкладень, насамперед для великомасштабних установок продуктивністю більше 5000 τ / добу. Так як отримання перегнаного метанолу розділене принаймні на три очисні колони, кожна із зазначених колон має менший діаметр, ніж дистиляційні колони відомої установки, призначені для експлуатації на одному або двох рівнях тиску. Маса і вартість колон також знижена в порівнянні з попереднім рівнем техніки, за рахунок меншого обсягу і поверхні дистиляційних тарілок, при одній і тій же продуктивності дистиляції. Інша перевага полягає в можливості заміни охолоджуваних повітрям верхніх конденсаторів на більш компактні теплообмінники. Зазвичай охолоджувані повітрям верхні конденсатори використовують на установках для отримання метанолу, розташованих на місцевості з малодоступною охолоджуючою водою. Охолоджувані повітрям конденсатори є громіздкими і, хоча і не споживають воду, але споживають електроенергію. Отже, представляє перевагу їх заміна на теплообмінники, краще з пучком труб, які суміщають функції конденсаторів і нагрівачів. Короткий опис фігур На фіг. 1 представлена схема секції дистиляції метанолу відповідно до варіанту здійснення даного винаходу. На фіг. 2 представлена схема секції дистиляції метанолу згідно з іншим варіантом здійснення даного винаходу, де нагрівач відбензинюючої колони нагрівається регенерованим теплом перегнаного метанолу, отриманого в вичерпній колоні. Детальний опис кращих варіантів здійснення даного винаходу На фіг. 1-2 представлені схеми процесів і установок згідно з деякими варіантами здійснення даного винаходу. По суті, потік 103 сирого метанолу піддають попередньому відбензинюванню в колоні 100, при цьому розділяють леткі компоненти 104 і перший розчин 105. Потім вказаний розчин 105 піддають дистиляції і отримують метанол 412 необхідного ступеню чистоти (наприклад, клас АА). Дистиляція метанолу в прикладах, описаних на фіг. 1-3, включає три рівня тиску, в колоні 200 при високому тиску, в колоні 300 при середньому тиску і в колоні 400 (відомої як вичерпна колона) при низькому тиску, відповідно. На проміжних ступенях дистиляції, в колонах 200 і 300, отримують відповідні газоподібні потоки 204, 304 перегнаного метанолу необхідної для способу ступеня чистоти (наприклад, клас АА). Зазначені потоки 204, 304 використовують в процесі для нагрівання колони 300 і колони 400, відповідно. На фіг. 2 представлений варіант, де потік перегнаного метанолу, який надходить з вичерпної колони 400, можна використовувати для нагрівання відбензинюючої колони 100. Отже, зовнішні підводи тепла представлені тільки теплом Q1 і Q2 відповідно до варіанту, представленому на фіг. 1, і теплом Q2 відповідно до варіанту, представленому на фіг. 2. Слід 4 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зазначити, що тепло Q2 не можна регенерувати всередині самого процесу, так як він знаходиться при максимальній температурі. Два варіанти здійснення даного винаходу більш докладно описані нижче. Перший варіант здійснення винаходу На фіг. 1 представлена схема установки, яка включає відбензинюючу колону 100, вичерпну колону 400 і дві дистиляційні колони 200, 300. Дистиляційні колони 200, 300 і 400 експлуатують в каскаді з величинами тиску, що знижуються р2>рЗ>р4. Відбензинюючу колону 100 експлуатують при тиску рі, зазвичай що дорівнює приблизно 1,5 бар, а тиск р4 в колоні 400, в цьому прикладі, в основному дорівнює тиску рі в відбензинюючій колоні, тобто p4=~pl. У цьому винаході не розглядаються локалізація і розподіл падінь тиску за рахунок трубопроводів, вентилів, допоміжних деталей і т.п. Як відомо фахівцям в даній галузі техніки, кожна колона характеризується номінальним тиском, причому тиск газу у верхній частині і тиск рідини, яка надходить з нижньої частини, в незначній мірі відрізняються. Відбензинююча колона 100 включає нижній нагрівач 101 і верхній конденсатор 102. Колони 200, 300 і 400 включають відповідні нижні нагрівачі 201, 301 і 401. Колона 400 також включає верхній конденсатор 402. В відбензинюючу колону 100 надходить потік сирого метанолу 103 і в ній розділяються газоподібний верхній потік 104, що утворюється з більш летких компонентів, ніж метанол (легкі фракції), і нижній розчин 105, який містить метанол. Частину 106 зазначеного розчину 105 нагрівають, краще за рахунок принаймні часткового випаровування і подають в рециркулюючу систему нижнього нагрівача 101. Останню частину 107 зазначеного розчину 105 подають в нанос 120, який накачує в колону 200 високого тиску потік розчину метанолу 203. Тиск потоку 203 в основному становить р2 на відміну від падіння тиску в трубопроводі, що живить колону 200. Частина верхнього потоку 104 конденсується і надходить в рециркулюючу систему, як показано лінією 110. Останню частину 115 скидають або видаляють. В колоні 200 відокремлюють верхній потік 204 газоподібного метанолу, перегнаного при тиску р2, від нижнього розчину 205. Частина нижнього розчину 205 надходить через рециркулюючу систему (лінія 206) в нижню частину колони 200 через нагрівач 201, а інша частина (лінія 207) надходить в наступну другу колону 300. Потік 207 проходить через дросельний клапан 220 або його еквівалент, при цьому утворюється потік 303 в основному при тиску рЗ, який подають в колону 300 або навіть на наступний ступінь дистиляції. Нагрівач 101 відбензинюючої колони і нагрівач 201 колони 200 при високому тиску нагріваються зовнішніми джерелами тепла відповідно позначеними символами Q1 і Q2. Зазначені джерела тепла можуть являти собою пар, що конденсується при придатному тиску, якщо є, або інше джерело тепла. В деяких варіантах джерело тепла може бути представлений технологічним газом. Розчин метанолу 303 знову піддають дистиляції і отримують потік газоподібного метанолу 304 і нижній розчин 305. Потік рідкого розчину 306, що виходить з нижньої частини колони 300, нагрівають у відповідному нагрівачі 301 з метою нагрівання нижньої частини колони 300 і підтримки процесу дистиляції. В еквівалентних варіантах потік 306 може також являти собою частину потоку 305. Зазначений нагрівач 301 нагрівають за рахунок принаймні часткової конденсації потоку газоподібного метанолу 204 при високій температурі і високому тиску, що надходить з верхньої частини колони 200. Потік 204 принаймні частково конденсується на гарячій стороні нагрівача 301, при цьому отримують потік конденсованого метанолу 209, частина зазначеного конденсату 209 надходить через рециркулюючу систему в колону 200 (лінія 210) а інша частина (лінія 211) являє собою перегнаний метанол, який направляють в потік кінцевого продукту. В основному аналогічним чином, потік газоподібного метанолу 304 нагріває колону 400, при цьому нагрівається розчин 406 в нагрівачі 401. Більш докладно, розчин 305 розширюється при тиску р4 у вентилі (або його еквіваленті) 320, при цьому утворюється розчин метанолу 403, який надходить в колону 400. Потік 304, наприклад, конденсується в нагрівачі 401, утворюючи рідкий потік 309, який частково надходить через рециркулюючу систему в колону 300 (лінія 310), а частково являє собою перегнаний метанол 311. Розчини 206, 306 і 406 краще випаровуються, принаймні частково, в нагрівачах. В вичерпній колоні 400 відбувається подальше відділення потоку газоподібного метанолу 401, частина 411 зазначеного потоку являє собою кінцевий потік перегнаного метанолу, а іншу частину 410 знову подають в колону 400. Загальний потік перегнаного метанолу 412 утворюється з потоків 211,311 і 412. Потоки 211 і 311 при високому тиску можна розширити в дросельних вентилях або їх еквівалентах (не показані). В колоні 400 також одержують потік 420, 5 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 в основному який містить воду, і бічний потік 430 сивушних масел, який містить приблизно 1 % залишкового метанолу. Як видно на фіг. 1, зовнішні вводи тепла відносно процесу дистиляції представлені тільки джерелами Q1 і Q2. Дійсно, сумарне тепло для колон 300 і 400 регенерується всередині процесу за рахунок конденсації газоподібних потоків перегнаного метанолу 204, 304. Слід також зазначити, що нагрівач 301 експлуатують також в якості верхнього конденсатора колони 200, так як в ньому конденсується принаймні частина перегнаного метанолу 204. при цьому утворюється верхній циркулюючий потік 210. Отже, його також можна назвати нагрівачем / конденсатором. Аналогічним чином, нагрівач 401 експлуатують в якості верхнього конденсатора колони 300. Краще зазначені нагрівачі / конденсатори 301, 401 краще представлені теплообмінником з трубним пучком, наприклад, в якому відбувається упарювання розчину 306, 406 на стороні кожуха і конденсація дистиляту 204, 304 на стороні труб (або навпаки). В інших варіантах здійснення даного винаходу можна використовувати пластинчастий теплообмінник з теплообмінними пластинами, розташованими всередині кожуха. Слід розуміти, що подвійна функція нагрівача і конденсатора теплообмінників 301, 401 є значною перевагою, оскільки дозволяє виключити верхні конденсатори, використовувані в попередньому рівні техніки, наприклад, для роботи яких використовують воду або повітря, і відповідне споживання води та / або електроенергії для повітродувок. Краще, величини тиску р2 і рЗ визначаються як функція тепла та рівня температури, які є необхідними для нагрівачів 301 і 401, відповідно. Дійсно, тиск дистиляції визначає температуру і необхідність в різниці температур (ΔΤ) в нагрівані, зазвичай приблизно 10°. Таким чином, наприклад, тиск р2 визначають таким чином, щоб температура газоподібного потоку 204 становила величину на кілька градусів вище, ніж температура кипіння розчину 306. В деяких варіантах можна використовувати додаткову регенерацію тепла (не показана) принаймні з одного з потоків 211, 311, 411. Наприклад, потік 211 знаходиться при відносно високій температурі (більше 100°) і в деяких варіантах його можна використовувати для попереднього нагрівання розчину 203, щоб таким чином знизити потребу в джерелі тепла Q2, так як така конфігурація являє значну перевагу, оскільки тепло Q2 є найбільш дорогим з точки зору енергоспоживання. Другий варіант здійснення даного винаходу На фіг. 2 показаний інший варіант здійснення винаходу. Компоненти, еквівалентні компонентам, зазначеним на фіг. 1, позначені однаковими номерами. Зазначена на фігурі 2 конфігурація належить до варіанту, в якому тиск р4 в колоні 400 значно вище, ніж тиск рі в відбензинюючій колоні. Наприклад, тиск рі становить приблизно 1-1,5 бар, а тиск р4 становить принаймні 2 бар, краще 3-5 бар. В цьому випадку газоподібний потік 404 перегнаного метанолу, що надходить з верхньої частини вичерпній колони 400, знаходиться при відносно високій температурі і тиску (зазвичай 3-5 бар і більш 100°) і такий потік може являти собою використовуване джерело тепла для нагрівача 101 відбензинюючої колони. Наприклад, на фіг. 2 показано, що частина 440 зазначеного потоку 404 прямує в нагрівач 101 і охолоджується, краще конденсується в зазначеному нагрівачі 101, в той час як іншу частину 414 направляють в верхній конденсатор 402. Конденсат 415, що утворюється в нагрівачі 101, змішують з конденсатом, що надходить з конденсатора 402, при цьому утворюється потік перегнаного метанолу, який частково знову направляють в вичерпну колону (потік 410) і частково в потік кінцевого продукту (потік 411). Приклади Приклад 1 Потік сирого метанолу характеризується наступним складом: 83 % метанолу СНзОН, 15 % Н2О, 1,9 % розчинених газів, 0,1 % домішок. Передбачається отримувати метанол класу АА з продуктивністю 5000 т/сут. Стандартна конфігурація згідно попереднього рівня техніки включає відбензинюючу колону при тиску 1,5 бар, вичерпну колону при тиску 1,5 бар і дистиляційну колону при тиску 8 бар і температурі приблизно 130 °C. Для цих умов можна розрахувати такі показники: сумарне енергоспоживання в нижніх нагрівачах 0,63 Гкал / τ (тобто на тонну перегнаного метанолу), поглинене тепло в верхніх конденсаторах відбензинюючої колони і вичерпної колони 0,60 Гкал/т. На установці, представленій на фіг. 1, було встановлено наступні показники тиску і температури. Тиск р1 у відбензинюючій колоні: 1,5 бар. Температура у нижній частині колони (потік 105): 90 °C. Потік 204: 19 бар, 163 °C. 6 UA 112341 C2 5 Потік 205: 171 °C. Потік 304: 9 бар, 132 °C. Потік 305: 144 °C. Тиск у вичерпній колоні: 1,5 бар. Потік 404: 70 °C. Для цих умов були розраховані наступні показники, зазначені нижче в таблиці. Тепло Q1 (нагрівач 101) Тепло Q2 (нагрівач 201) Споживання питомої теплоти Поглинуте тепло у верхньому конденсаторі 102 Поглинуте тепло у верхньому конденсаторі 402 Поглинута питома теплота у конденсаторах 10 15 20 25 Гкал/г Гкал/г Гкал/тонна Гкал/г Гкал/г Гкал/тонна 37 69 0,50 28 70 0,46 Згідно з даним винаходом, як показано у цьому прикладі, енергозбереження становить 0,10 Гкал (20 %) на тонну метанолу в порівнянні з попереднім рівнем техніки, розглянутим вище. Для установки з продуктивністю 5000 τ / добу метанолу енергозбереження становить 21 Гкал/г, що відповідає 1,5 % сумарного енергоспоживання на установці (включаючи дистиляцію). Для такої установки потрібно джерело тепла з більш високим термічним рівнем порівняно з попереднім рівнем техніки, наприклад, пар при тиску приблизно 11 бар або еквівалентне джерело, однак, енергоспоживання компенсує таку вимогу. Споживання охолоджуючої води для конденсаторів також знижено в порівнянні з попереднім рівнем техніки. В типовому випадку споживання охолоджуючої води становить 46 м /т метанолу, причому енергозбереження становить 14 м /т метанолу в порівнянні з попереднім рівнем техніки (-22 %). Приклад 2 На установці, представленій на фіг. 2, були використані аналогічні умови, описані у прикладі 1, за винятком таких показників: Тиск р4: 3,3 бар. Температура потоку 404: 100 °C. Потік 204: 29 бар, 183 °C. Потік 304: 17 бар, 158 °C. Як видно, перегнаний пар 404, що виходить з вичерпної колони 400, тепер характеризується достатнім термічним рівнем для нагрівання теплообмінника 101 і джерела тепла Q1, який, як зазначено на фіг. 1, є зовнішнім джерелом. Для цих умов можна розрахувати такі показники: 30 Тепло Q2 (нагрівач 201) Поглинута питома теплота Поглинута питома теплота у конденсаторах 102 и 402 35 40 Гкал/г Гкал/тонна Гкал/тонна 84 0,400 0,34 Як видно, цей варіант забезпечує додаткове енергозбереження. У прикладах показано, що переваги даного винаходу кількісному відношенні полягають у наступному: енергозбереження для нагрівачів колон становить 35-40 % в порівнянні з попереднім рівнем техніки, заощадження охолоджуючої води для верхніх конденсаторів колон становить 40-45 % порівняно з попереднім рівнем техніки (якщо використовують охолоджену воду), зниження енергоспоживання для дистиляції становить приблизно 40-45 % (як для охолодження з використанням повітроохолоджувачів, так і з використанням циркуляційної води), зниження максимального діаметра очисних колон, і, отже, більша продуктивність однієї технологічної лінії для одного і того ж допустимого максимального діаметра колони, зниження інвестиційних витрат, необхідних для системи енергоносіїв: охолоджуюча вода і електросистема, заощадження вартості внутрішнього оснащення колон. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 1. Спосіб очищення сирого метанолу, що включає - принаймні три ступені дистиляції, що працюють у каскаді при тиску, що відповідно знижується, що включають принаймні перший ступінь (200) дистиляції при максимальному тиску (р2) дистиляції, другий ступінь (300) дистиляції при середньому тиску (р3) дистиляції та кінцевий ступінь (400) дистиляції при мінімальному тиску (р4) дистиляції, 7 UA 112341 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - де на зазначених першому і другому ступенях дистиляції на кожному одержують принаймні один відповідний газоподібний потік (204, 304) перегнаного метанолу і відповідний розчин, що містить метанол, який надходить на наступний ступінь дистиляції, а на зазначеному кінцевому ступені одержують принаймні один газоподібний потік перегнаного метанолу і розчин, що в основному складається з води, - де принаймні один перший газоподібний потік перегнаного метанолу (204), одержаний на першому ступені дистиляції, та другий газоподібний потік перегнаного метанолу (304), одержаний на другому ступені дистиляції, використовують як джерела тепла для нагрівання принаймні зазначеного другого ступеня дистиляції та зазначеного кінцевого ступеня дистиляції, відповідно. 2. Спосіб за п. 1, де зазначений максимальний тиск дистиляції становить від 10 до 35 бар, і краще складає принаймні 20 бар. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, де вказаний перший і вказаний другий газоподібні потоки перегнаного метанолу є джерелами всього тепла, відповідно, необхідного для зазначеного другого ступеня дистиляції та зазначеного кінцевого ступеня дистиляції. 4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вказаний перший і вказаний другий газоподібні потоки перегнаного метанолу постачають теплом зазначені ступені дистиляції за допомогою непрямого теплообміну з відповідним потоком розчину, що містить метанол (306, 406), призначений для дистиляції, і вказаний розчин краще принаймні частково випаровується під дією зазначеного теплообміну. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що зазначені газоподібні потоки перегнаного метанолу принаймні частково конденсуються у процесі зазначеного теплообміну, при цьому отримують відповідні потоки перегнаного метанолу у рідкому стані (209, 309). 6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що частина (210, 310) зазначених потоків перегнаного рідкого метанолу повертається на відповідний ступінь дистиляції, а інша частина (211, 311) являє собою перегнаний метанол, одержаний способом за винаходом. 7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, що включає ступінь (100) попередньої обробки, названої відбензинюючим ступенем, що працює при тиску відбензинювання (р1), де вказаний потік сирого метанолу поділяють принаймні на один газоподібний потік летких компонентів і рідкий розчин, який надходить на вказаний перший ступінь дистиляції. 8. Спосіб за п. 7, де зазначений мінімальний тиск дистиляції (р4) значно вище в порівнянні з вказаним тиском відбензинювання (р1), і газоподібний потік (440) перегнаного метанолу, одержаний на останньому ступені дистиляції, що працює при зазначеному мінімальному тиску, використовують принаймні для часткового нагрівання зазначеного тимчасового ступеня відбензинювання. 9. Спосіб за п. 8, де вказаний газоподібний потік (440) перегнаного метанолу, одержаний на останньому ступені дистиляції, принаймні частково конденсують за допомогою непрямого теплообміну з розчином (106), що містить метанол, при тиску відбензинювання, і краще вказаний розчин принаймні частково випаровується у процесі зазначеного теплообміну. 10. Спосіб за п. 8 або п. 9, де тиск відбензинювання приблизно дорівнює атмосферному тиску, а мінімальний тиск дистиляції становить принаймні 2 бар і краще приблизно 5 бар. 11. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, що включає три ступені дистиляції при високому тиску, середньому тиску і мінімальному тиску, відповідно, і включає попередній ступінь відбензинювання, де тиск відбензинювання становить приблизно 1,5 бар, і - мінімальний тиск дистиляції приблизно дорівнює тиску відбензинювання, причому зазначений високий тиск становить приблизно 20 бар, а середній тиск становить приблизно 8-10 бар, або - мінімальний тиск дистиляції становить принаймні 3 бар і краще 5 бар, причому зазначений високий тиск становить приблизно 30 бар, а середній тиск становить приблизно 15-20 бар. 12. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, де ступені дистиляції і попередній ступінь відбензинювання кожен проводять принаймні у одній відповідній очисній колоні (100, 200, 300, 400). 13. Установка для очищення сирого метанолу, що включає - принаймні три дистиляційних колони, що працюють у каскаді при величинах тиску, що відповідно знижуються, і включають принаймні першу дистиляційну колону (200), призначену для роботи при максимальному тиску дистиляції (р2), другу дистиляційну колону (300), призначену для роботи при середньому тиску дистиляції (р3), і кінцеву дистиляційну колону (400), призначену для роботи при мінімальному тиску дистиляції (р4), 8 UA 112341 C2 5 - де зазначена перша колона і зазначена друга колона кожна включає принаймні одну верхню вихідну лінію для газоподібного потоку (204, 304) перегнаного метанолу, і нижню вихідну лінію для подачі розчину, що містить метанол, в другу колону і у кінцеву колону, відповідно, - і де верхні вихідні лінії першої колони та другої колони включають відгалуження для направлення принаймні однієї частини перегнаного метанолу до нагрівачів другої і третьої колон, відповідно, і таким чином, зазначена принаймні одна частина перегнаного метанолу являє собою джерело тепла для зазначених нагрівачів. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9