200 kt/a甲醇精餾系統(tǒng)的優(yōu)化設計

，，

(1.新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830006；2.新疆大學物理科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046)

0 前 言

甲醇是一種基礎化工原料，在本研究中，作為甲基化劑生產甲醛，以供應下游BDO裝置。在甲醛生產過程中，甲醇原料的質量是其關鍵控制因素；鑒于此，本文探討200 kt/a甲醇裝置精餾系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以期滿足甲醛生產對原料甲醇品質的要求。在甲醇精餾工藝模擬過程中，產品甲醇質量參考取值范圍比較苛刻的GB 338-2011國標優(yōu)等品及美國聯(lián)邦AA級標準。

本文針對裝置的實際要求，基于Aspen Plus軟件對四塔精餾過程進行全流程模擬；對塔溫、塔壓、塔頂回流比、進料位置、進料溫度進行優(yōu)化分析以確定其最佳操作參數(shù)；提出雙效精餾模型，將加壓塔塔頂氣用作常壓塔再沸器熱源，將各再沸器凝水用于塔進料預熱，優(yōu)化其換熱網絡；并運用EDR軟件，對裝置中的換熱器進行選型計算。

1 設計基礎資料

(1)產品規(guī)模 200 kt/a精甲醇

(2)年操作時間 7 200 h

(3)生產方式 連續(xù)生產

(4)操作彈性 60%～110%(負荷)

(5)原料粗甲醇成分(見表1)

表1 原料粗甲醇成分表 %(wt)

2 甲醇精餾系統(tǒng)模擬計算

2.1 工藝流程(圖1)概述

粗甲醇經預熱器加熱后進入預精餾塔，塔頂不凝氣冷卻后送出裝置，塔底出料進入加壓塔。加壓塔塔頂氣相溫度約127 ℃，去常壓塔再沸器作熱源，冷凝液部分回流，另一部分作為精甲醇產品送出。加壓塔塔底出料進入常壓塔，常壓塔塔底排出廢水，塔頂精甲醇產品送出。常壓塔側線采出液進入回收塔，回收塔塔底廢水送出裝置，回收塔側線采出雜醇油送出裝置，塔頂甲醇蒸氣冷卻后送回常壓塔。常壓塔塔底0.8 MPa(G)蒸汽冷凝液作為預精餾塔和加壓塔預熱器熱源，以回收能量。

圖1 甲醇精餾四塔工藝流程簡圖

2.2 模型建立及熱力學方法

粗甲醇屬于非極性體系，可選的物性方法有WILSON、NRTL、UNIQUAC等。據文獻及現(xiàn)有裝置模擬分析，預精餾塔及加壓塔采用UNIQUAC熱力學方法，常壓塔及回收塔選用NRTL熱力學方法。精餾選用Radfrac嚴格法精餾模型，換熱器選用HeatX模型，回流罐選用Flash模型，輸送泵選用Pump模型。

計算過程采用Sensitivity及Optimization優(yōu)化工具對各塔塔板數(shù)、進料位置、溫度、壓力、回流比等操作參數(shù)進行優(yōu)化設計。

2.3 工藝過程模擬計算

運用Aspen Plus軟件對甲醇精餾四塔工藝過程進行全流程模擬，結果見表2。

通過物料衡算，參照GB 338-2011國標優(yōu)等品質量要求，對本設計進行對標分析可以知道，產品指標均達到要求；精甲醇產品純度為99.99%(wt)、甲醇收率為99.67%、蒸汽單耗為1.09 t、循環(huán)冷卻水單耗為83.24 t，裝置能耗水平達到國內先進水平。對標結果詳見表3。

3 設備選型計算

3.1 精餾塔器

運用Aspen Plus軟件Tray Sizing及Pack Sizing模塊對精餾塔器進行初步選型計算，結果見表4。

表2 甲醇精餾裝置工況及物料平衡表

表3 甲醇精餾裝置模擬計算值對標表

表4 甲醇精餾塔器選型計算表

3.2 換熱器

運用EDR軟件，對換熱器進行初步選型計算，結果見表5。

表5 換熱器選型計算表

注：換熱器主要材質均為CS(碳鋼)。

4 總 結

(1)通過模擬優(yōu)化設計，本四塔甲醇精餾裝置生產的精甲醇純度高、收率高；裝置能耗低，蒸汽單耗僅為1.09 t，循環(huán)冷卻水單耗為83.24 t；環(huán)保水平高，廢水中甲醇含量僅為12×10-6，遠低于30×10-6的限額。

(2)全流程模擬中，選擇了合適的熱力學模型及設備模型，采用優(yōu)化工具對操作參數(shù)進行處理，以降低能耗，并得出了優(yōu)化的設計方案。

(3)方案設計過程中，采用雙效精餾及換熱網絡優(yōu)化，降低了再沸器蒸汽用量，保證了蒸汽單耗低于1.2 t的限額。

(4)精餾塔器及換熱器選型計算，提供了可供參考的設備選型方案。總而言之，本研究可為甲醇精餾系統(tǒng)的設計提供較為完備的工藝包。

參考文獻：

[1]董華.高硫煤綜合利用甲醇生產危險有害性分析評價及預控[D]. 天津：天津大學學生論文，2012.

[2]褚立志.甲醇三塔精餾工藝[J]. 河北化工，2010，33(6)：50～52.

[3]黃風林，向小鳳.甲醇精餾過程四塔流程模擬分析[J].石油與天然氣化工，2007，36(1)：18～21.

[4]牛寶玉，吳紅超，王玉斌.甲醇裝置三塔精餾運行總結[J]. 化工設計通訊，2012，38(4)：80～82.

[5]劉源貴，馬希凱，蘭文禮.三塔精餾技術在甲醇工業(yè)精餾中的應用[J]. 石油化工應用，2009，29(2)：113～114.

[6]葛方晉.三塔流程甲醇精餾技術的應用[J].小氮肥，2007，35(12)：12～14.

[7]臧楠.甲醇精餾工藝模擬計算與優(yōu)化及新工藝研究[D].西安：西安石油大學碩士論文，2011.

[8]薛長征.精甲醇中水含量的優(yōu)化控制[J].中國化工貿易，2012，4(9)：102.

[9]陳金.焦爐摻燒甲醇弛放氣提高甲醇產量的工藝及裝備研究[D].天津：河北工業(yè)大學碩士論文，2011.

[10]田旭，劉小英，秦麗萍，等.甲醇精餾工藝流程分析[J].小氮肥，2011，39(11)：1～5.

[11]孟旭光，張云玲，王劍鋒.甲醇精餾過程節(jié)能降耗初探[J].化學工業(yè)與工程技術，2013，34(1)：36～39.

[12]張銳.年產50萬噸甲醇精餾裝置的數(shù)值模擬計算及優(yōu)化[D].天津：天津大學研究生論文，2012.

[13]王宗濤，楊龍慧.甲醇精餾操作優(yōu)化[J].化工設計通訊，2013，39(2): 70～71.