甲醇精餾系統(tǒng)的模擬計(jì)算及優(yōu)化

1、甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)的模擬計(jì)算及優(yōu)化近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇開(kāi)辟了許多新的用途，甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。隨著產(chǎn)量的增加，對(duì)精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量也有了更高的要求，部分新上甲醇項(xiàng)目要求甲醇質(zhì)量符合美國(guó)聯(lián)邦A(yù)A級(jí)（O-M-232E）標(biāo)準(zhǔn)。其中對(duì)乙醇的含量有了更苛刻的規(guī)定（乙醇w l0ppnD。在這樣一個(gè)形勢(shì)下，甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)的節(jié)能降耗和精甲醇品質(zhì)成為各廠家關(guān)心的主要話題。 2.現(xiàn)有甲醇精微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2.1兩塔流程雙塔流程中粗甲醇的精微分為兩個(gè)階段，先在預(yù)塔中脫除輕微分，主要是二甲醛。脫除輕微分的甲醇再送入重福分塔-主塔，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重儲(chǔ)分雜質(zhì)分離，從而可得到高純度的精甲

2、醇。因在主塔塔頂其中有時(shí)可能混有極少的低沸點(diǎn)雜質(zhì)，所以在距塔頂37塊塔板上進(jìn)行精甲醇采出。雙塔精微流程對(duì)乙醇的分離程度較差，由于它的揮發(fā)度和甲醇比較接近，分離較為困難。在一般雙塔流程中，根據(jù)粗甲醇質(zhì)量不同，精甲醇中乙醇含量約為 400600mg/kg。遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到美國(guó) AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2.2三塔流程粗甲醇進(jìn)入預(yù)精儲(chǔ)塔， 在預(yù)精儲(chǔ)塔中除去其中殘余溶解氣體和低沸物，預(yù)后甲醇 精加壓泵升壓后，進(jìn)入加壓塔，加壓塔的操作壓力約為0.57 （G） MPa塔頂操作溫度約為 121 C。加壓塔采用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內(nèi)提供熱量。塔頂甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝/再沸器，利用氣相甲醇的冷凝潛熱加熱常壓塔的塔釜，同時(shí)氣

3、相甲醇被冷卻。 加壓塔底部排出的甲醇溶液送至常壓塔下部，常壓塔塔頂?shù)眉状颊羝淠笠徊糠只亓鳎徊糠肿鳛楫a(chǎn)品采出。塔釜廢水泵送至污水處理裝置。 3.甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)指標(biāo) 3.1甲醇蒸汽消耗一般雙塔精儲(chǔ)蒸汽消耗為1.8噸蒸汽/噸精甲醇，但其設(shè)備投資少，流程簡(jiǎn)單。目前新上甲醇精儲(chǔ)流程采用較少。普通三塔甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)（預(yù)塔、加壓塔、常壓塔）+回收塔流程蒸汽耗量約1.2噸蒸汽/噸精甲醇。甲醇質(zhì)量一定的情況下影響甲醇蒸汽耗量的主要因素是 精微塔操作的回流比。 3.2精甲醇的品質(zhì)目前，出口精甲醇要求乙醇含量不超過(guò)50ppm,這對(duì)甲醇精儲(chǔ)塔提出了更高的要求，采用新型高效塔板可以在不增加塔高的基礎(chǔ)上，通過(guò)板效率的提

4、高來(lái)達(dá)到分離乙醇的目的。3.3甲醇的回收率甲醇的回收率同樣是甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)一個(gè)很重要的指標(biāo)。甲醇產(chǎn)量的高低和工廠效益直 接聯(lián)系，而廢水中醇含量太高，不僅影響后續(xù)的污水處理，同時(shí)也損失了未回收的甲醇。4.甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)模擬計(jì)算大型甲醇精儲(chǔ)裝置具有以下特點(diǎn)：精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，雜質(zhì)含量都在ppm級(jí)，屬于精密精微過(guò)程。對(duì)塔內(nèi)件和能 量消耗提出了更苛刻的要求。處理的物料主要是甲醇等有機(jī)物和水，這兩類組分的分子結(jié)構(gòu)截然不同，所構(gòu)成物系的理想性極差。加壓塔和常壓塔塔釜存在著熱耦合，兩塔的分離效果和處理能力相互制約。由于大型甲醇裝置精儲(chǔ)系統(tǒng)涉及到以上幾點(diǎn)，且組分比較復(fù)雜，所構(gòu)成的物系

5、非理想性很強(qiáng)。采用常規(guī)的熱力學(xué)方法，模擬計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)相差較大，尤其有些關(guān)鍵雜質(zhì)含量的誤差高達(dá)幾十倍。我們仔細(xì)分析了各塔的操作工況和組成情況以及有可能產(chǎn)生的共沸現(xiàn) 象，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，擬合了部分熱力學(xué)數(shù)據(jù)。對(duì)于每個(gè)塔都分別采用了不同的熱力學(xué)方 法，利用了醇包數(shù)據(jù)和一些共沸數(shù)據(jù)庫(kù)，力求各塔的工藝模擬計(jì)算真實(shí)而準(zhǔn)確。對(duì)各塔的進(jìn)料位置進(jìn)行優(yōu)化在自上而下逐板計(jì)算中存在一個(gè)加料位置的確定問(wèn)題。合理的進(jìn)料位置可以減小回流比和理論板，實(shí)際生產(chǎn)中和能力消耗及設(shè)備投資直接聯(lián)系，我們通過(guò)軟件模擬計(jì)算， 用分離因 子圖法得出了甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)最佳的進(jìn)料位置。分離因子圖表示如下:預(yù)精儲(chǔ)塔：理論板數(shù) 33塊，進(jìn)料板位

6、置第9塊。SEPARATION PARAMETER PROFILE (SEMI-LOG)1E-2 +|L | S |I | S |G |L | S |I | S |G | S |H 1E-3 +-S+| +-|-+T|S| SK|SE|SY 5.0 + SS/| SSX | S2.0 + S| | |+H E A H E A VS SSS TOC o 1-5 h z Y 1E-4 +S+| SS |K | SSSSS |E | SSSS |Y | SSSSSS |5.0 +| SSSSSS |+| SSS |I I I SS |I I I SS| II I I S I2.0 + I I I S

7、 + SSSI 1E-5 +0510152025303540TRAY NUMBER49塊。4.2.2加壓精儲(chǔ)塔：理論板數(shù)5349塊。SEPARATION PARAMETER PROFILE (SEMI-LOG)1E8 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+IIS 1E6 :IIIII II I+-S+S IS IG 3.0H IT IIK 1E4SS ISS ISS ISS I SS I SSSIIIIII-+-IIIIIIIS 1E6 :IIIII II I+-S+S IS IG 3.0H IT IIK 1E4SS ISS ISS ISS I SS I SSSIIIIII-+-I

8、IIIII-+IIIII II I +IIIIIII I3.0 +E 1E2 A I V Y II K 3.0 E I Y II 1E0IIIIIIIIISSIII SS+II SSS ISS ISS ISSISSSI SSI SS +-+III-+-SSSS1E-2 +0+I I -+1020III +-I-+IIII +III +.Sss.SS ISS ISSS+I I I +304050I +60TRAY NUMBER4.2.3常壓精儲(chǔ)塔：理論板數(shù) 60TRAY NUMBER4.2.3常壓精儲(chǔ)塔：理論板數(shù) 60塊，進(jìn)料板位置第35塊。SEPARATION PARAMETER PROFIL

9、E (SEMI-LOG)1E7II 3.0+I I+SSS+IISSSSSSSSSSS1E4XII IIG 3.0H IT IIK 1E1II II+SSS-+SSI SSI SI SSII I I +-II+II II1E7II 3.0+I I+SSS+IISSSSSSSSSSS1E4XII IIG 3.0H IT IIK 1E1II II+SSS-+SSI SSI SI SSII I I +-II+II IISSS ISSIS-+-IIIIIIII+SSIIII +IIISSSS ISSSSSS I+IIYS-+III III III II II I +-,I I1E-5 +S I3.0

10、+S I -+S ISSSIII +1E-8 +0102030405060TRAY NUMBER4.3對(duì)工藝流程進(jìn)行總體優(yōu)化，達(dá)到蒸汽耗量的最低化。在甲醇精儲(chǔ)工藝流程的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的是熱網(wǎng)絡(luò)交換，如何充分回收利用熱量，提高熱量的利用率。通過(guò)對(duì)工藝流程的模擬計(jì)算和實(shí)際開(kāi)車的經(jīng)驗(yàn)，我們總結(jié)出以下節(jié)能方案：方案1:增加原料甲醇預(yù)熱器。粗甲醇經(jīng)原料預(yù)熱器與加壓塔精甲醇換熱，溫度達(dá)到70c以上進(jìn)預(yù)塔中上部。這樣可節(jié)省預(yù)塔的蒸汽消耗，并節(jié)省了部分精甲醇冷卻水。方案2:增加預(yù)后甲醇預(yù)熱器。 預(yù)后甲醇的溫度低于加壓塔進(jìn)料溫度約50c左右，如按此溫度進(jìn)料，則加壓塔提福段氣液負(fù)荷將明顯增加，所以在進(jìn)加壓塔之

11、前與蒸汽冷凝水換熱后，被加熱到120c以上進(jìn)入加壓塔。該熱量的交換利用經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐是可行的，節(jié)能的。方案3:預(yù)塔增設(shè)一臺(tái)再沸器，回收加壓塔和回收塔的蒸汽冷凝水的余熱，減少了預(yù)精福塔的蒸汽消耗。此再沸器對(duì)于大型甲醇回收能量較多，甲醇生產(chǎn)能力小于 20萬(wàn)噸/年可不設(shè)此再沸器。節(jié)能估算（以50萬(wàn)噸/年甲醇生產(chǎn)能力計(jì)算）：項(xiàng)目節(jié)省熱量，MKJ/H節(jié)省蒸汽，噸/年蒸汽單價(jià)，元/噸節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，萬(wàn)兀力殺15.79772218180177力殺28.51923259480260力7K 36.28022402780192項(xiàng)目節(jié)省熱量，MKJ/H節(jié)省冷卻水，噸/年冷卻水單價(jià)，元/噸節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，萬(wàn)兀力殺1-5.7

12、97711078051110.78節(jié)省的總投資679.78萬(wàn)元以上費(fèi)用不含因流量減小節(jié)省的設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。4.4采用新型塔內(nèi)件，保證足夠的板效率以滿足精甲醇品質(zhì)的要求。甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)塔內(nèi)件的選擇直接影響甲醇的品質(zhì)和設(shè)備投資，常規(guī)設(shè)計(jì)的板式甲醇精儲(chǔ)塔，加壓塔和常壓塔的塔板層數(shù)均在85層以上，隨著能源成本的增加和對(duì)精甲醇品質(zhì)要求的提高，有的甲醇主精儲(chǔ)塔塔板層數(shù)已到95層。對(duì)于新型徑向側(cè)導(dǎo)噴射塔板（ CJST塔板），它的操作狀態(tài)為液相噴射，充分利用了塔內(nèi)空間，可允許較大的空塔氣速，使塔內(nèi)的汽液傳 質(zhì)更劇烈，表面更新速度更快，所以和普通板式塔相比其傳質(zhì)效率較高。CJST加壓塔和常壓塔安裝70層塔板即可滿足精甲醇的分離要求。這在河北建滔焦化有限公司和滕州盛隆焦 完全滿足出口要求。化有限公司已經(jīng)證實(shí)，河北建滔甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)蒸汽消耗1.0化有限公司已經(jīng)證實(shí)，河北建滔甲醇精儲(chǔ)系統(tǒng)蒸汽消耗1.0噸/噸精甲醇，其生產(chǎn)的精甲醇和填料塔相比，采用 CJST塔板，其精微塔塔徑可減少 200mm上，不僅減小塔內(nèi)件的 投資，設(shè)備投資也相應(yīng)降低。對(duì)于常壓塔和回收塔，側(cè)線采出位置直接影響甲醇的品質(zhì)，而 板式塔的側(cè)線采出比填料塔要容易得多，我們可以在側(cè)線采出附近設(shè)多個(gè)采出口，通過(guò)采出位置變化可避免雜質(zhì)